3 января 2019 года Китай. Чанъэ-4 спускаемый аппарат приземлился на обратной стороне Луны и развернул Юту вездеход. В дополнение к многочисленным инструментам, марсоход провел важный научный эксперимент, известный как «Полезная нагрузка биологического эксперимента» (BEP). В течение следующих восьми дней эта полезная нагрузка провела жизненно важный эксперимент, в ходе которого попыталась вырастить первые растения на Луне. В полезную нагрузку входили семена хлопка, картофеля, арабидопсиса и рапса, а также яйца мух, дрожжи и 18 мл (0,6 жидких унций) воды, которая хранилась при постоянном атмосферном давлении.
Результаты этого эксперимента помогут создать будущую биорегенеративную систему жизнеобеспечения (BLSS), которая окажется жизненно важной для среды обитания и миссий за пределами низкой околоземной орбиты (LEO). Группа ученых из Китая недавно опубликовала исследование, в котором были рассмотрены эксперимент, его результаты и его потенциальные последствия для будущих миссий на Луну, Марс и другие места в дальнем космосе. По их мнению, эксперимент продемонстрировал, что растения могут расти на Луне, несмотря на сильную радиацию, низкую гравитацию и продолжительное интенсивное освещение.
В состав команды вошли исследователи из Центра космических исследований, Колледжа аэрокосмической техники и Ключевой лаборатории биологии и генетической селекции клубней и корнеплодов Университета Чунцина, а также Университета электронных наук и технологий Китая и Лаборатория космической биологии Китайской академии сельскохозяйственных наук в Чэнду. Результаты их анализа были опубликованы в двух статьях, опубликованных 20 июня в журнале Микрогравитационная наука и технологии и 17 октября в Астронавтика соответственно.
Растения… в космосе!
Выращивание растений в лунных, марсианских и космических средах необходимо по многим причинам. Помимо обеспечения источника питания и снижения потребности в миссиях по пополнению запасов, они также будут удалять углекислый газ и обеспечивать свежий кислород, помогать перерабатывать отходы и способствовать ощущению благополучия экипажей. И в то время как традиционные системы экологического контроля и жизнеобеспечения (ECLSS) полагаются на механические компоненты, которые со временем выходят из строя и требуют замены, биорегенеративная система может со временем восполняться сама.
Это делает технологию BLSS идеальной для миссий в глубокий космос, где возможности пополнения запасов будут немногочисленны и редки. В течение многих лет астронавты проводили на борту Международной космической станции (МКС) эксперименты по выращиванию растений и водорослей, такие как Система производства овощей (Veggie), Пассивная орбитальная система доставки питательных веществ (PONDS), Усовершенствованная среда обитания растений (APH) и Менеджер реального времени Plant Habitat Avionics (PHARM). Однако до сих пор неясно, как естественная среда внеземных тел повлияет на функцию BLSS.
Ведущий автор Се Гэнсинь, профессор экологической инженерии Центра космических исследований Университета Чунцина, также является главным конструктором BEP. Как он объяснил Universe Today по электронной почте, возможность выращивать растения в космосе является необходимым шагом на пути к созданию баз за пределами Земли:
«При создании базы выживания на Луне, Марсе и других внеземных планетах невозможно перевезти больше вещей с Земли. Необходимость использования ресурсов для производства кислорода и продуктов питания на месте особенно важна и является первым шагом к созданию базы выживания, поэтому эксперименты по посадке растений очень важны».
Первый биологический эксперимент
Полезная нагрузка BEP, разработанная в Университете Чунцина, стала первым биологическим экспериментом, проведенным людьми на обратной стороне Луны. Целью эксперимента была оценка влияния условий лунной поверхности (низкая гравитация, сильная радиация и интенсивный свет) на рост и здоровье земных организмов. Полезная нагрузка весила 2,608 кг (5,75 фунта), имела высоту 198 мм и диаметр 173 мм (7,75 на 6,8 дюйма), обеспечивая общий объем 0,82 литра и пространство для биологической активности 0,42 литра. Солнечный свет поступал через направляющую трубку, позволяя растениям внутри фотосинтезировать.
Эти шесть компонентов представляют собой производителей, потребителей и редуцентов — все элементы, необходимые для функционирования экосистемы. Растения должны были производить кислород и питательные вещества посредством фотосинтеза и питаться плодовыми мухами. Между тем, дрожжи будут действовать как агент разложения, перерабатывая отходы мух и мертвых растений, создавая дополнительные питательные вещества для экосистемы. Как сказал Се, этот эксперимент был первым в своем роде и был призван решить опасения ученых по поводу лунной среды:
«Перед нашим экспериментом многие учёные были обеспокоены тем, что растения не смогут прорасти в условиях интенсивного света и интенсивного излучения Луны, поэтому мы намеренно использовали естественный солнечный свет на Луне для фотосинтеза, а не искусственный свет. В то же время наши биологические нагрузки не были предназначены для защиты от радиации, что доказывает, что растения все еще могут расти в условиях интенсивной радиации на Луне».
Через несколько часов после того, как посадочный модуль достиг поверхности, температура биосферы была доведена до 24 ° C (75,2 ° F), и семена были политы. 15 января стало известно, что семена хлопчатника, рапса и картофеля проросли, а также были опубликованы фотографии внутренних помещений БЭП. «В этом полезном грузе есть животные, растения и микроорганизмы, которые создают микроэкосистему в закрытой среде», — сказал тогда Се Гэнсинь. «Мы направляем солнечный свет внутрь банки, который намного сильнее, чем на Земле. Мы изучим их фотосинтез при ярком солнечном свете и сравним с экспериментом на Земле».
Полученные результаты
На следующий день эксперимент вступил в новую фазу: наступила лунная ночь, внешняя температура упала до -52 °C (-62 °F), и эксперименту не удалось поддерживать комфортную температуру. Поскольку температура продолжала падать, в конечном итоге достигнув -190 ° C (-310 ° F), эксперимент продолжал проверять долговечность BEP. В конце концов стало известно, что проросшие растения погибли, картофель не пророс и что плодовые мухи не вылупились. Общая продолжительность эксперимента составила девять дней вместо запланированных 100. Но, как отметил Се, была получена ценная информация. Сказал Си:
«Хотя наши растения могут расти при естественном солнечном свете и радиационных условиях Луны, безопасность этих растений не оценивалась. Здорово оно или нет, требует дальнейших исследований. Наши эксперименты также показывают, как сложно выжить на Луне и как пережить лунную ночь. Наши первые биологические эксперименты на Луне для человечества полностью демонстрируют, что на Луне можно построить регенеративную экосистему, чтобы создать человеческую базу».
Забегая вперед, Се и его коллеги планируют провести дальнейшие эксперименты с использованием стабильных лавовых труб, которые Китай также рассматривает в качестве потенциальной базовой площадки:
«Впервые мы отправили шесть видов с Земли на Луну для проведения биологических экспериментов, что стало важной вехой в создании базы для выживания человека на Луне», — сказал он. «Наша команда сейчас проводит исследования о том, как создать человеческую базу и экспериментировать с космической фермой, используя лунные пещеры с лавовыми трубами».
Менее чем через два года НАСА планирует отправить астронавтов на Луну впервые со времен эры Аполлона. Китай надеется сделать то же самое, отправив первых тайконавтов в южный полярный регион Луны к 2030 году. Долгосрочные цели этих и других агентств – таких как ЕКА, Роскосмос и Индийская организация космических исследований (ISRO) – не что иное, как создания постоянного человеческого аванпоста на Луне, который позволит проводить исследования, исследования, международное сотрудничество и миссии в глубокий космос. Ключевым аспектом этого будет использование местных ресурсов для удовлетворения потребностей экипажей.
Один из лучших способов обеспечить стабильное снабжение пищей, пригодным для дыхания воздухом и здоровье экипажа (физическое и психическое) — это построить среду обитания, в которой можно разместить теплицы и проводить эксперименты с растениями. Короче говоря, астронавты должны взять с собой элементы биосферы Земли, чтобы жить, работать и процветать во внеземной среде. Уроки этого исследования помогут проложить путь всем, кто намерен следовать им.
Дальнейшее чтение: Астронавтика, Микрогравитационная наука и технологии
