Можно ли вырастить на Марсе картофель?

Сегодня, 8 октября, в России состоится премьера фильма Ридли Скотта «Марсианин». Так можно ли вырастить на Марсе картофель? Исследователь Брюс Багби рассказал, что он начал изучать вопрос выращивания космонавтами собственных продуктов еще в 1982 году.

Сейчас Багби изучает перспективы самообеспечения космонавтов при создании первых космических колоний. На фотографии ниже можно увидеть редис и салат-латук, которые растут под светодиодами в одной из исследовательских камер. Эти растения испытывают так называемый «орбитальный фотопериод» МКС, когда циклы повторяются каждые 90 минут: 60 минут яркого света и 30 минут темноты. Посевы выращивают по гидропонной технологии (без почвы) и поливаются гидропонным раствором путем капельного орошения.

Из семян, побывавших в космосе, вырастили кукурузу — результат удивляет

Судя по предварительным исследованиям, темпы роста таких растений снижены незначительно по сравнению с ростом растений из контрольной группы, которые растут с периодичностью земного цикла (16 часов дня и 8 часов ночи). Есть множество проблем и преимуществ в идее выращивании еды на Марсе. Что касается долгосрочных миссий, то брать еду с собой просто нерентабельно, если есть возможность выращивать ее на месте, рассказывает Багби в своей статье для издания Huffington Post.

Однако дело не только в питании. Посевы могут дать больше, нежели просто обеспечение провизией. Если выращивать 100 % всей еды в закрытых системах, то фотосинтез растений удержит кислород и углекислый газ в идеальном балансе. Но эти важные газы находятся не в идеальном балансе каждую минуту каждого дня.

Растения не станут автоматически расти быстрее, чтобы обеспечить дополнительный кислород при необходимости, соответственно нужны буферы для стабилизации их концентрации. Оптимизация массы таких буферов — непростая задача, поскольку они должны быть достаточно большими, чтобы поддержать жизнь в периоды нестабильности, но достаточно маленькими, чтобы быть экономичными. Однако в системах жизнеобеспечения «маленький» и «стабильный» — это несочетаемые понятия. Веками на Земле массивные океаны играли роль таких буферов, но на Марсе их нет.

Достаточный запас пресной воды — это вторая задача, которую нужно решить для выращивания продовольствия на Марсе. Растениям требуется не менее 200 литров воды для производства одного килограмма еды. Хорошей новостью является то, что растения перерабатывают и фильтруют воду — даже если полить корни не слишком чистой водой, водяной пар, который будет исходить из пор на листьях (устьиц) будет более чистым, чем лучшая бутилированная вода. Пока мы будем выращивать еду в замкнутой системе, мы будем иметь достаточно чистую воду — и нет необходимости в высокотехнологичных системах фильтрации.

А теперь, после пресс-конференции НАСА, на которой было объявлено, что на Марсе есть соленая вода, можно подумать о системах жизнеобеспечения путем фильтрации соли из воды, которая на планете уже есть. Такая технология уже применяется в городах с ограниченными запасами воды, так что можно использовать этот метод и на Марсе.

Третьей серьезной проблемой является свет, необходимый для фотосинтеза. В отличие от комнатных, культурные растения не могут выжить без яркого света, их процессы фотосинтеза идут быстрее. В обычном (хорошо освещенном!) офисе в сто раз меньше света, чем на улице, и в 30 раз меньше минимального света, необходимого, чтобы вырастить картофель или другие культуры. При этом Марс находится в 1,5 раза дальше от Солнца, чем Земля и, хотя тонкая атмосфера планеты минимально фильтрует солнечное излучение, интенсивность освещения на поверхности составляет около 60 % от земного.

Однако в фильме главный герой Марк Уотни, оказавшись на Марсе, выращивает картофель при помощи офисного освещения в помещении, предназначенном для того, чтобы блокировать электромагнитную радиацию от Солнца. Проектирование марсианской теплицы сопряжено с огромными трудностями. Необходима чрезвычайно прочная, прозрачная мембрана, которая выдержит метеоритную бомбардировку. Она должна фильтровать космическую радиацию, пропуская фотосинтетически активную.

В новейшей на данный момент технологии используются параболические концентрирующие рефлекторы, а солнечный свет передается с помощью оптоволокна. Вычисления показывают, что с такими технологиями, а также оптимальными условиями среды, для одного человека была бы достаточна площадь посадок в 25 квадратных метров.


Что еще в фильме выглядит неправдоподобным? Мы знаем, что Марк Уотни выживал на протеиновых батончиках, витаминах и углеводах из картофеля в течение почти двух лет. Мы еще не знаем долгосрочных последствий такой ограниченной диеты. Мы обычно едим продукты из сотни растений в неделю. Можем ли мы уменьшить рацион до 50 видов растений или даже до 10? Возможно, но нам нужны долгосрочные исследования с людьми в замкнутых системах на Земле, чтобы определить последствия столь ограниченного рациона. Если мы предполагаем, что площадь среды на Марсе будет ограничена, необходимо учитывать, что диета будет строго веганской, без фруктов или орехов, растущих на деревьях.

Ранние исследования указывают на огромную психологическую ценность растений. Марк Уотни вспоминал о растениях картофеля, которых ему не хватало после сбора урожая. Когда космонавты возвращаются на Землю, они часто рассказывают об экспериментах с выращиванием растений и о той связи, которая у них с ними возникала. 10 лет назад космонавт, который провел в космосе год, заявил: «Длительные космические экспедиции без растений невозможны».

Наша планета — эта замкнутая система, которая мчится сквозь космическое пространство. Лучшие умы планеты сейчас сосредоточены на решении проблемы последствий, возникших в результате, казалось бы, незначительного изменения — роста концентрации углекислого газа в атмосфере с 0,03 % до 0,04 %. Мы только начинаем понимать последствия и воздействие этого кажущегося незначительным изменения.

Возможно, приключения Марка Уотни вдохновят молодых людей на дальнейшие научные изыскания и помогут спасти нашу планету от возможной гибели.