Антон Первушин - Кто угрожает России? Вызовы будущего
Отчаянные попытки добиться цветения в условиях невесомости обернулись курьезом. 30 июля 1980 года Рюмин в телерепортаже сказал: «У нас есть система с растениями „Малахит“. Так вот к прилету нашего друга Фам Туана из Вьетнама в ней даже цветок вырос». И он показал этот цветок. Сообщение вызвало настоящую сенсацию, ученые потребовали немедленно доставить образец на Землю. И получили. В спускаемом аппарате в одном из пеналов среди листьев обнаружился красивый бледно-розовый цветок. Он был… сделан космонавтами из бумаги.
Эксперименты с растениями продолжили в оранжерее «Фитон-3» на станции «Салют-7». 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 историческом рисунке запечатлены семь цветущих растений высотой до 10 сантиметров, на них 27 стручков. При подсчете на Земле в стручках обнаружили 200 семян.
Этот опыт опроверг крепнущее в научном мире мнение о невозможности прохождения растениями в невесомости всех стадий развития – от семени до семени. Правда, арабидопсис – самоопылитель, оплодотворение у него происходит еще до раскрытия бутона.
Так или иначе, но стало очевидным, что растения нуждаются в особом внимании и уходе – недостаточно их высадить и обеспечить светом, как это делали персонажи фантастической повести Циолковского.
Для орбитальной станции «Мир» была создана оранжерея нового поколения – «Свет». Она проработала в составе модуля «Кристалл» с 1990 по 2000 годы. Эксперименты доказали возможность образования корнеплодов у редиса, а также прохождения полного цикла роста и получения в нормальные сроки жизнеспособных семян у сурепки, арабидопсиса и пшеницы.
К примеру, в ноябре 1998 года на «Мире» проводился 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 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.
Полный успехом завершился и эксперимент «Оранжерея-6», в рамках которого экипаж «Мира» выращивал листовые культуры: мизуну, пекинскую капусту, брокколи рааб и красную гигантскую горчицу. 21 мая 2000 года состоялся посев, уже через неделю все растения взошли, а еще через несколько дней космонавты смогли оценить вкус нежных листочков.
Свои космические огороды были заведены и на Международной космической станции. В период с марта 2003 года по апрель 2005 года в оранжерее «Лада» было проведено пять экспериментов по культивированию генетически маркированных растений карликового гороха. Результаты проведенной работы показали, что космический горох в течение полного цикла выращивания практически не отличается от контрольных образцов на Земле.
Понятно, что эксперименты будут продолжены в дальнейшем. Однако и тех данных, которые удалось накопить ученым, достаточно, чтобы прийти к малоутешительным выводам. Хотя высшие растения могут жить и размножаться в условиях космического полета, они не дают каких-то особенных всходов и урожаев, на которые рассчитывал Циолковский. Исследования также показали, что в третьем поколении снижается продуктивность орбитальных оранжерей – это обусловлено истощением питательных веществ и накоплением продуктов метаболизма растений в корневом модуле оранжереи. Следовательно, модули придется регулярно менять на новые – 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 до 5 % кислорода, до 3,6 % воды и около 1 % основных элементов питания в общем балансе экспедиции. При этом она очень зависима от условий окружающей среды, нуждается в непрерывном контроле и особом уходе. При любом раскладе получается, что выгоднее захватить провиант с собой в виде консервов, а с оранжереей лучше не связываться. Впрочем, позитивный психологический эффект от присутствия растений на борту межпланетного корабля трудно переоценить – космонавтам очень нравится работать с ней и пользоваться результатами своего труда.
В любом случае необходимы еще многолетние и кропотливые исследования, которые позволят окончательно ответить на вопрос, какие из земных растений имеет смысл брать в длительный космический полет, а какие нет. Пока же ботанические опыты проводят от случая к случаю – нет даже серьезной генетической экспертизы, которая позволила бы выявить изменения, вносимые в генетику тех или иных растений факторами космического полета.
* * *Еще больше проблем выявили первые опыты с птицами, которых предполагалось взять в полет для пополнения рациона космонавтов.
Прежде всего исследователей интересовало, способны ли птенцы к росту в условиях невесомости. Для экспериментов были выбраны японские перепела. Несмотря на то, что они значительно меньше кур по своей массе (взрослая особь весит всего-то около 100 граммов), их масса, приходящаяся на единицу корма, значительно выше куриной. Яйца же перепелиные маленькие, но очень вкусные, по питательной ценности не уступают куриным и содержат 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 для развития много времени: 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 выдают по два яйца в день.
Первый опыт с перепелиными яйцами в условиях космического полета был проведен в 1979 году на борту биоспутника «Космос-1129» в установке «Инкубатор-1». Целью его было установить, могут ли в условиях невесомости развиваться эмбрионы птенцов. Исследования показали, что развитие эмбрионов шло вполне успешно, на основании чего был сделан вывод: невесомость не препятствует развитию живых организмов.
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 в специальном космическом инкубаторе. За ним появился второй, третий. Однако перепелята не смогли адаптироваться к условиям невесомости. Они хаотически летали внутри каюты, не умея зацепиться за решетку. Из-за отсутствия фиксации тела в пространстве они 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 были зафиксированы и 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 поведения птенцов в первые сутки жизни в условиях искусственной гравитации, для чего использовалась специально изготовленная центрифуга, работавшая в диапазоне от 0,3 g до 0,8 g. Однако в ходе эксперимента центрифуга сломалась, проработав всего 15 часов, и его пришлось остановить. По рекомендациям ученых, десять птенцов разместили в спускаемом аппарате и отправили на Землю. Из них выжили только трое.
Как видите, результат этих экспериментов неоднозначен. Зародыши внутри яиц развиваются нормально, однако птенцы не могут приспособиться к условиям невесомости и погибают без специальных фиксаторов – их развитие затруднено. Очевидно, что и здесь требуются продолжительные исследования, которые позволят сделать окончательные выводы о приспособляемости новорожденных организмов к условиям невесомости.
* * *Наверное, многие проблемы можно было бы решить, создав на корабле искусственную силу тяжести. Первый космический корабль, на котором планировалось испытать такого рода систему, мог отправиться на орбиту еще в рамках программы «Восход». Запуск «Восхода-3» с двумя космонавтами на борту был назначен на ноябрь 1965 года – корабль в космосе должна была сопровождать третья ступень ракеты-носителя (блок И), соединенная с ним 50-метровым тросом. После выхода на орбиту предполагалось развести их и раскрутить вокруг центра масс, получив искусственную силу тяжести за счет центробежной силы. Однако этот очень интересный эксперимент так и не состоялся.
Теоретики космонавтики считают, что никаких противопоказаний для замены силы тяжести центробежной силой нет. Уже подсчитано, что оптимальной скоростью вращения должна быть скорость 10 град/с с оптимальным радиусом вращения 90 метров – в этом случае искусственная сила тяжести приобретет величину, равную 0,25 – 0,35 g, что вполне достаточно для того, чтобы снять вредоносное воздействие невесомости на экипаж.
