Марсианин: как выжить на Красной планете

Позднее на «Салюте-6» побывала установка «Лютик» с тюльпанами – луковицы были пророщены на Земле, и им оставалось только распуститься. Но делать этого они категорически не захотели. Тогда ученые предприняли попытку обмануть суровый космос, послав на орбиту блок «Малахит-2» с уже распустившимися орхидеями. Цветы опали почти сразу же, но сами растения дали прирост, у них образовались не только новые листья, но и воздушные корни. Что примечательно, вернувшись на Землю, орхидеи обильно зацвели.

Эксперименты с растениями были продолжены на станции «Салют-7» в оранжерее «Фитон-3». 2 августа 1982 года космонавт Валентин Лебедев сообщил, что невзрачный сорняк арабидопсис (родственник горчицы и капусты) наконец-то зацвел. Прибывшей на станцию Светлане Савицкой экипаж вручил небольшой букетик из цветов арабидопсиса. Она тщательно зарисовала его. На рисунке запечатлены семь растений высотой до 10 см; при подсчетах на Земле в их стручках обнаружили 200 семян. Этот опыт опроверг крепнувшее в научном мире мнение о невозможности полноценного развития растений (от семени до семени) в условиях космического полета. Правда, арабидопсис – самоопылитель, оплодотворение у него происходит еще до раскрытия бутона.

Для орбитальной станции «Мир» была создана оранжерея нового поколения «Свет». Она проработала в составе модуля «Кристалл» с 1990 по 2000 годы. В этой оранжерее космонавтам удалось вырастить корнеплоды редиса, а также добиться полного цикла роста и вызревания в нормальные сроки жизнеспособных семян у сурепки, арабидопсиса и пшеницы.

В ноябре 1998 года на «Мире» начался эксперимент «Оранжерея-4». Космонавты пытались прорастить пшеницу сорта «Апогей». К 15 января 1999 года началось колошение пшеницы, 27 января – в колосьях появились семена. У всех растений были зерна. 22 февраля за день до спуска на Землю космонавты срезали 29 колосьев и уложили их в специальную тару. На орбите оставили 12 зерен, которые были посеяны 9 марта 1999 года и дали всходы. В ходе эксперимента было получено в общей сложности 508 зерен.

Успехом завершился и эксперимент «Оранжерея-6», в рамках которого экипаж «Мира» выращивал листовые культуры: мизуну, пекинскую капусту, брокколи рааб и красную гигантскую горчицу. 24 мая 2000 года космонавты произвели посев, и уже через неделю все растения взошли, а еще через несколько дней космонавты смогли оценить вкус нежных листочков.

Космические огороды были заведены и на Международной космической станции. В период с марта 2003 года по апрель 2005 года в оранжерее «Лада» космонавты провели пять экспериментов по культивированию генетически маркированных растений карликового гороха и получили четыре «космических» поколения этого растения. Результаты проведенной работы показали, что горох в течение полного цикла выращивания практически не отличается от контрольных образцов на Земле.

В конце концов удалось определить и главную причину проблем проращивания семян и «отказа» высших растений от цветения. Ученые Института общей физики Российской Академии наук, использовав высокочувствительный диодно-лазерный спектрометр, достоверно установили, что молодые проростки высших растений не производят, а потребляют кислород, выделяя в атмосферу окись углерода, причем наиболее активно этот процесс идет в теплое время года. На борту орбитальной станции создан «летний» температурный режим, однако при этом газовый состав искусственной атмосферы поддерживается на заданном уровне, наиболее подходящем для человека. Если же состав изменить в пользу ростков, то люди начнут задыхаться. Получается, человек и растение плохо совместимы в герметичном объеме. Решение тут только одно – изолировать отсеки с молодыми ростками от жилого объема станции, пока не пройдет начальный период вегетации.

Понятно, что эксперименты с растениями будут продолжены в дальнейшем, причем в двух направлениях: совершенствование конструкции оранжерей и селекция новых сортов растений, лучше приспособленных к условиям космического корабля. Пока же данные, которые удалось накопить ученым, заставляют сделать малоутешительные выводы. Хотя высшие растения удалось заставить жить и размножаться в условиях космического полета, они не дают каких-то особенных всходов и обильных урожаев. Исследования также показали, что в третьем поколении резко падает продуктивность орбитальных оранжерей – это обусловлено снижением в корневом модуле питательных веществ и накоплением продуктов метаболизма. Следовательно, модули придется регулярно заменять новыми. А как это сделать в условиях продолжительного космического полета? Брать с собой запас? Такой вариант возможен, однако он натыкается на серьезное препятствие: согласно расчетам, космическая оранжерея способна регенерировать всего лишь до 5 % кислорода, до 3,6 % воды и около 1 % основных элементов питания в общем балансе экспедиции. При этом она нуждается в непрерывном контроле и тщательном уходе. Позитивный эффект от присутствия растений на борту межпланетного корабля только один – психологический: космонавтам нравится работать с оранжереей и пользоваться результатами своего труда.

Еще большие проблемы возникли при первых опытах с птицами, которых предполагалось взять в полет с целью пополнения рациона космонавтов свежим мясом. Для экспериментов были выбраны японские перепела. Они мельче кур (взрослая особь весит около ста граммов), причем их масса, приходящаяся на единицу корма, значительно выше, чем у курицы. Перепелиные яйца тоже невелики, но вкусны, по питательной ценности не уступают куриным и очень полезны: в них содержится лизоцим – вещество, укрепляющее иммунную систему. Кроме того, перепел не болеет (температура тела птицы около +41 °C, а сальмонелла гибнет при температуре +38 °C). Очень важно и то, что японским перепелам не требуется много времени для развития: птенец появляется на свет на 17–21-е сутки после закладки яйца в инкубатор. Перепела начинают нестись гораздо раньше кур, в возрасте 35–40 суток, и некоторые особи дают по два яйца в сутки.

Впервые перепелиные яйца попали на орбиту в 1979 году на борту биоспутника «Космос-1129» в установке «Инкубатор-1». Ученые хотели установить, смогут ли в условиях невесомости развиваться эмбрионы птенцов. Выяснилось, что развитие эмбрионов шло не хуже, чем на Земле. Опыт учли при создании новой установки «Инкубатор-2» для экспериментов на станции «Мир». Первым живым существом, родившимся в космосе, стал перепеленок, пробивший скорлупу 22 марта 1990 года. За ним появился второй, третий. Однако перепелята не смогли адаптироваться к условиям невесомости. Они хаотично летали внутри отсека. Из-за невозможности фиксировать тело в пространстве птенцы не смогли самостоятельно кормиться и вскоре погибли.

В 1992 году на орбиту было отправлено 40 яиц и специальные мешки-фиксаторы для имитации гравитационного воздействия. Тогда вывелось шесть птенцов, которые затем были доставлены на Землю, став ценным научным материалом для биологов. В 1999 году на «Мире» продолжили эксперимент, который получил название «Перепел СК-6». На этот раз планировалось изучить поведение птенцов в первые сутки жизни в условиях искусственной «гравитации», для чего использовалась специальная центрифуга, дававшая нагрузку от 0,3 до 0,8 g. Однако центрифуга сломалась, проработав всего 15 часов. По просьбе ученых десять птенцов разместили в спускаемом аппарате и отправили на Землю. Из них выжили только трое.

Таким образом, результат этих экспериментов неоднозначен. Зародыши внутри яиц развиваются нормально, однако птенцы не могут приспособиться к невесомости и погибают без специальных фиксаторов. Очевидно, и здесь требуются продолжительные исследования, которые позволят сделать окончательные выводы о приспособляемости птиц к условиям космического полета.

Наверное, многие проблемы можно было бы решить, создав на корабле искусственную «гравитацию». Теоретики космонавтики считают, что нет никаких противопоказаний для замены силы тяжести центробежной силой. Подсчитано, что оптимальной скоростью вращения должна быть скорость 10 град/с с радиусом вращения 90 м – в этом случае искусственная сила тяжести приобретет величину, равную 0,25–0,35 g, чего вполне достаточно для устранения вредоносного воздействия невесомости на экипаж и биосферу корабля. Однако те, кто видит «панацею» в раскрутке корабля, обычно забывают о силе Кориолиса, которая проявляет себя именно в раскрученных системах. А ее проявления весьма неприятны: брошенный предмет относит в бок, вытянутая рука сама отклоняется в сторону. Что если адаптация к такой среде окажется еще труднее, чем адаптация к невесомости? Может ли система искусственной «гравитации» гарантировать, что космонавты в таких условиях будут точно и быстро выполнять все необходимые операции? Следовательно, раньше или позже придется провести соответствующий эксперимент.

Имеются и другие опасные космические факторы, влияние которых на человека, животных и растения изучены крайне слабо. На Земле и низких околоземных орбитах мы защищены от воздействия космических частиц незримым толстым «щитом» магнитных полей, задерживающих их в радиационных поясах. В межпланетном пространстве от потока частиц космонавта защищает только тонкая стенка корабля.

Чтобы разобраться, какие дозы радиации опасны, воспользуемся устаревшей, но весьма наглядной единицей измерения – биологическим эквивалентом рентгена (бэр). Один бэр соответствует такому облучению живого организма, при котором наблюдается тот же биологический эффект, что и при получении дозы гамма-излучения в один рентген. Для работников атомных электростанций, которые постоянно работают с источниками ионизирующих излучений, медицинскими нормативами установлен предел в 30 бэр в год, что на два порядка выше естественного фона у поверхности Земли. Для советских космонавтов был установлен норматив 150 бэр в год, причем однократная доза «оправданного риска», которую космонавт мог получить, например, при выходе в открытый космос в условиях солнечной вспышки, не должна превышать 50 бэр (к развитию лучевой болезни гарантировано приводит однократная доза в 100 бэр). Сегодня установлены более жесткие нормативы: для российских космонавтов – 66 бэр в год, для американских астронавтов – 50 бэр в год. В реальности космонавты, работающие на Международной космической станции, «набирают» от 0,1 до 0,8 бэр в сутки, что с учетом неравномерности получаемых доз считается приемлемым. Во время рекордной по интенсивности вспышки на Солнце, которая произошла 20 января 2005 года, экипаж МКС «поймал» по 1 бэр, что примерно соответствует облучению во время посещения рентгеновского кабинета.