Последний космический шанс - Антон Первушин

Широкий резонанс получили исследования в большом комплексе «БИОС-3» объемом 315 м3, построенном в подвале Института биофизики. Понимая, что воспроизвести весь земной цикл невозможно, ученые поставили целью сделать минимальную биосферу из трех звеньев: «человек – хлорелла – растения». Строительство комплекса завершилось в 1972 году. В «БИОС-3» были проведены десять экспериментов с экипажами от одного до трех человек. Самый продолжительный эксперимент проходил 180 дней (1972–1973 годы). Удалось достичь полного замыкания системы по газу и воде, но главное – до 80 % потребностей экипажа в пище. В оранжереях при искусственном освещении выращивались пшеница, соя, салат, чуфа. Растения имели укороченные стебли, что позволяло снизить количество отходов. Продукты животного происхождения поставлялись в виде консервов. Дольше всех в «БИОС-3» прожил инженер Николай Бугреев – в общей сложности тринадцать месяцев. В начале 1990-х годов комплекс был законсервирован, а эксперименты в нем прекращены.

Если на Земле высшие растения удалось сравнительно легко включить в состав искусственной биосферы, то в космосе с этим возникли затруднения. Основоположники предполагали, что факторы космического полета окажутся, скорее, благоприятными для развития растений, причем прогнозировалась фантастическая урожайность. Первые исследования, проведенные на «Союзе-9», «Зонде-8» и «Союзе-12» с ростками пшеницы, картофеля, гороха, подтверждали предвидения теоретиков. Освободившись от тяжести, растения и вправду росли подчас быстрее, чем на Земле. Весьма обнадеживающими поначалу выглядели и результаты, полученные на орбитальной станции «Салют-4» в миниатюрной оранжерее «Оазис-1». Горох и лук, высаженные в ней, выросли до нормальных размеров.

Комплекс «БИОС-3»

Однако попытки получить растения из семян оказались неудачными. У опытных образцов, по сравнению с контрольными, медленнее росли стебли и образовывались первые настоящие листочки; затем многие из них захирели и увяли, не дав плодов. Космонавт Валерий Рюмин, который провел 175 дней на орбитальной станции «Салют-6», показывая перед бортовой телекамерой увядшие ростки огуречной рассады, комментировал: «Второй раз сажаем семена, и опять та же история: как только кончается то, что заложено природой в семени, рост прекращается и растение погибает».

Позднее на «Салюте-6» побывала установка «Лютик» с тюльпанами – луковицы были пророщены на Земле, 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, но сами растения дали прирост, у них образовались не только новые листья, но и воздушные корни. Примечательно, что, 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, 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 уровне, наиболее подходящем человеку. Если же состав изменить в пользу ростков, то люди начнут задыхаться. Получается, человек и растение плохо совместимы в герметичном помещении. 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 конструкций 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 трудности 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.