Растения в космосе презентация. Мой эксперимент в космосе

В наши дни космическое питание доставляется на МКС с Земли, и все космические экспедиции снабжаются пищей еще с космодрома. Но недалек тот день, когда пища космонавтов будет производиться прямо в космосе. Уже сегодня ведутся активные исследования по выращиванию и производству еды в космосе. Впереди нас ждет многолетняя экспедиция на Марс, возможно, даже его колонизация, поэтому вопрос выращивания еды в космосе как нельзя актуален.

История

Космическая индустрия очень молода. Покорение космоса началось лишь во второй половине 20-ого века, но развивалось семимильными шагами во время космической гонки. Сегодня к исследованиям космоса присоединился Китай, Япония и даже Франция. Такая компания стран, во главе с космическими державами - Россией и США, продолжает исследование космоса. Многое изменилось со временем первого полета человека в космос, в том числе и питание космонавтов. Но одно осталось неизменным - пища для космонавтов как доставлялась с Земли, так и доставляется до сих пор.

На МКС постоянно проживают космонавты разных стран, и вопрос их пропитания всегда решается с Земли. Доставка 1 килограмма еды обходится примерно в 5-6 тысяч долларов США. Но это не главный аргумент в пользу выращивания еды в космосе. Главный аргумент - ограниченные возможности по объемам перевозки. И если сегодня мы можем регулярно доставлять еду на МКС партиями, то в случае с долгими экспедициями, например на Марс, важно придумать, как космонавты могут снабжать себя продуктами питания самостоятельно.

Так как космонавты целиком и полностью зависят от Земли, в истории МКС есть и неприятные моменты, связанные с пищей. Несколько лет назад, космический носитель с грузом для российских космонавтов не смог долететь до орбиты. Большую часть груза составляла именно еда. Это была очередная порция космической пищи, призванная пополнить запасы уже заканчивающейся еды. Ситуация осложнялась еще тем, что следующий запуск ракеты с едой для космонавтов, можно было осуществить лишь через продолжительное время. Это было связано не только с особенностями космического полета, но также с необходимостью выяснить причины падения первой ракеты, и снаряжения повторной миссии. Ситуация разрешилась гладко - наземные космические службы смогли вовремя разрешить все трудности. Но реальный прецедент дал определенный толчок для развития исследований на тему выращивания еды в космосе.

Актуальное состояние

NASA провело два успешных эксперимента по выращиванию еды на МКС. Для этого на МКС была создана специальная система выращивания растений, получившая название Veggie. Оба раза выращивались листья салата, и оба раза эксперимент завершился успехом. Первый урожай был послан на Землю, для детального исследования. Второй урожай, в августе 2015-ого, был съеден на МКС под объективами камер в прямом эфире. Запись этого события вы можете увидеть на ролике:

Эксперименты показали, что салат, выращенный в космосе, по своим питательным свойствам ничем не отличается от земного. Скорость его роста и прочие показатели - также соотсветвует земным. Но данный эксперимент показал, что выращивание еды в космосе при нынешнем уровне технологий - это нерациональное занятие.

Чтобы вырастить еду в космосе требуется большое количество энергии, а также места. В результате, сегодня проще и выгоднее доставить еду с Земли. Но первые шаги были сделаны, и получены важные данные. Например, что для выращивания растений зеленого цвета необходимы специальные лампы. И хотя растения в искусственных условиях могут вырасти без солнечного света, но для привычного цвета растений, необходимо добавлять специальное освещение. А главное, был получен ответ на самый волнующий вопрос - да, в космосе действительно можно выращивать пищу.

Космонавты действительно съели второй космический урожай, но о полноценном обеспечении себя питанием речи не шло. Листья салата были выращены при колоссальных затратах энергии, и росли они 33 дня. Сюда стоит добавить, что на МКС ограниченное количество пространства, поэтому решить вопрос пропитания увеличением «посевных» площадей, просто невозможно. Но эксперимент показал, что в условиях невесомости растения могут расти не только в горизонтальной «земле». В космосе растениям все равно в какой проекции находится «почва». Кроме этого, опыт наглядно иллюстрирует, что для выращивания еды в космосе нужно столько же воды, как и на Земле, и что H2O невозможно заменить каким - либо веществом.

На МКС выращивают не только еду, но и цветы. В конце 2015-ого года на МКС впервые раскрылся бутон астры. Это стало еще одним доказательством, что выращивание растений в космосе - реальность.

Будущее

Ученые со всего мира работают над тем, чтобы выращивать в космосе столько пищи, чтобы ее хватало для 100% пропитания космонавтов. Сегодня нельзя говорить даже об 1%, но через какое-то время нас ждут долгие экспедиции и колонизации планет. Будущее - за выращиванием еды в космосе.

Ближайший длительный перелет запланирован в 2030-ом году экспедицией NASA на марс. Перелет будет проходить от 150 до 300 дней, и в этом полете людям наверняка понадобится источник пищи, производимой на борту. Вместимость космического аппарата ограничена, и его способности перевезти груз - тоже. Семена, или молодые растения, занимают меньше места и обладают меньшим весом. Ученым предстоит найти оптимальное решение для обеспечения условий произрастания сельскохозяйственных культур. Вопрос не только в «почве», но и в поливе растений. Ученым еще не удалось научиться заменять воду. Даже в эксперименте NASA, для проращивания салата, использовалось столько же воды, сколько и на Земле. А вода в космосе это не менее ценный ресурс. Конвертация воды в еду, в условиях ограниченного пространства - пока что происходит по невыгодному курсу. Но этот вопрос будет решен.

Из ближайших планов - вырастить на МКС не только салат, но и другие растения. На очереди находятся следующие культуры - зеленый перец, редис, лук, капуста и картошка. Набор не случайный, эти овощи являются потенциальными кандидатами для выращивания на космических «огородах» будущего. Как вы могли заметить, ученые планируют выращивать культуры, чьи плоды находятся не только над землей, но и корнеплоды - редис и картошка. Для этого разрабатывается аппарат другого типа, отличный от аппарата Veggie для салата.

Над выращиванием еды в космосе работают не только в России и США, но и в Китае. Китайское космическое агентство планирует создать лунную станцию к 2030-ому году. На ней отдельное место уделено выращиванию еды. На станции «Лунный дворец-1» (временное название), планируется выделить 58 кв. метров для выращивания еды. Это для космоса беспрецедентно большое помещение для выращивания растений, и даже больше, чем модуль для жизни космонавтов на будущей лунной станции. Пока что китайские ученые лишь испытали аналог лунной станции на Земле, и эксперимент оказался удачным. По результатам этого эксперимента стало понятно, что проект жизнеспособен, но китайские ученые внесли коррективы в космический модуль для выращивания еды. К 2030-ому году, возможно, мы увидим его в действии.

Радует, что эксперименты по выращиванию еды в космосе не просто продолжаются, но и становятся все более и более частыми. Мы надеемся, что в ближайшем будущем еда космонавтов , хотя бы частично, но будет производиться в космосе. Это снизит зависимость от Земли и откроет новые горизонты для космических экспедиций.

Космическая биология

Запуск первого в мире искусственного спутника Земли, осуществленный в Советском Союзе 4 октября 1957 г., положил начало освоению космического пространства. Успехи в развитии ракетной техники и астронавтики за истекшие годы внесли много нового в уже сложивщиеся науки, привели к рождению новых наук, и среди них космической биологии.
И хотя наши первые эксперименты с собаками на геофизических ракетах относятся к 1949 г., космическая биология как самостоятельная наука сложилась именно после 1957 г., когда стали возможны достаточно длительные опыты над животными и растениями непосредственно в космосе, на искусственных спутниках и космических кораблях.
Космическая биология изучает влияние на живые организмы Земли факторов космического полета и космического пространства. Одна из ее проблем - обеспечить жизнь людей в космических летательных аппаратах, на орбитальных и планетных станциях. Ученые также занимаются поиском и изучением внеземных форм жизни.
Необходимость биологических исследований при освоении космического пространства предвидел еще в 1908 г. К. Э. Циолковский. Один из первых советских ракетостроителей Ф. А. Цандер проводил опыты по использованию растений для регенерации воздуха. Теперь биологические эксперименты и наблюдения над животными проводятся в космосе. На советских спутниках и кораблях побывали собаки Лайка, Стрелка и Белка, Пчелка, Мушка, Чернушка, Звездочка, Ветерок, Уголек, а также мыши и крысы, черепахи, растения (традесканция и хлорелла), насекомые (дрозофила). Объектами эксперимента были кожная ткань человека и кролика, раковые клетки, вирусы, множество микроорганизмов. В опытах, проведенных американскими учеными, участвовала и обезьяна.
Все эти исследования обогатили космическую биологию. Диапазон объектов ее изучения широк - от сложных сообществ различных организмов и взаимодействия живых организмов и машин до тонких механизмов внутриклеточной регуляции и молекулярной генетики.
Эта отрасль биологии, как ни одна другая, органически связана с физикой, химией, медициной, электроникой, аэродинамикой, астрономией, геофизикой и др.
При проведении биологических экспериментов в космосе исследователь часто оказывается отдаленным на сотни и тысячи километров от животных, растений, микроорганизмов и других изучаемых объектов. В связи с этим все необходимое в опыте делают автоматические устройства, их действия заранее программируются. Различные датчики учитывают все физиологические процессы и состояния организмов: частоту дыхания, кровяное давление, пульс, нервное возбуждение, скорость роста, интенсивность фотосинтеза, скорость размножения водорослей или бактерий и др.
Управляют опытами с помощью дистанционных радиосистем. Результаты приходят на Землю по радиотелеметрическим линиям в виде специальных кодов. Электронные вычислительные машины расшифровывают и обрабатывают полученную информацию, после чего она поступает в распоряжение ученых.
Таким образом, экспериментатор и исследуемый объект связаны целой системой радиотелеметрических устройств.
Какие же факторы влияют на живые земные организмы при полете в космос и в самом космическом пространстве?
Во-первых, это факторы, связанные с динамикой полета космического аппарата. При старте ракеты и с возрастанием скорости ее движения возникают и быстро увеличиваются перегрузки. Быстро растет вес всех тел на корабле, увеличиваясь в 5-10 раз, а иногда и больше. Работа мощных двигателей ракеты вызывает сильные шумы и вибрации.
С выходом корабля на орбиту, или траекторию свободного полета, в кабине наступает состояние невесомости.
Воздействие на живые организмы перегрузок, вибрации, шумов, невесомости - все это в поле зрения космической биологии. Особенно важно изучить последствия длительного состояния невесомости. Этим занимается один из разделов той же науки - гравитационная биология.
Опыты показывают, что состояние невесомости (если оно не слишком длительно) не отражается губительно на жизнедеятельности организмов. Однако еще не ясно, не будет ли чрезмерной нагрузкой для земных организмов возвращение в условия земного притяжения после длительного состояния невесомости. Кроме того, неизвестно, насколько глубоко воздействие земного притяжения на физиологию клетки, на образование и развитие зародышей. Есть предположение, что сила тяжести оказывает влияние в первых стадиях на дробление оплодотворенной яйцеклетки.
Особенно чувствительными к состоянию невесомости могут оказаться растения в период развития, ведь и на них сильно влияет земное притяжение и, как известно, под его действием растения ориентируются в пространстве. Важно знать, как будут протекать эти процессы, если сила тяжести отсутствует, и какова минимальная сила тяжести для нормального развития различных организмов. От этого может зависеть конструкция будущих обитаемых космических аппаратов.
Во-вторых, это факторы космического пространства. Живые организмы подвергаются действиям космических и гамма-лучей, рентгеновского излучения, ультрафиолетовых лучей. Космическая биология изучает их действие в сочетании с невесомостью, перегрузками, вибрациями, своеобразным тепловым режимом и др., определяет их дозы, допустимые для жизни, а также средства необходимой защиты.

И, наконец, фактор изоляции. Ограниченность пространства и свободы движений в сравнительно небольших герметизированных кабинах космических кораблей, монотонность и однообразие обстановки, отсутствие многих привычных для жизни условий - все это необычно для земных организмов. Поэтому ученые проводят специальные исследования высшей нервной деятельности высокоорганизованных существ, в том числе и человека, выясняют, насколько приспособлены они к длительной изоляции и как сохранить в этих условиях их работоспособность.
Космической биологии предстоит сложный поиск надежных систем, которые неограниченно долго могли бы обеспечивать жизнь людей в корабле и снабжали бы их всем необходимым для нормальной жизни в случае высадки на другие планеты.
Ученые полагают, что если на борту корабля и планетных станций разместить сообщества определенных растительных и животных организмов, космонавты смогут иметь кислород, пищу и воду, а накапливающиеся в результате жизнедеятельности углекислота и различные отходы будут использоваться повторно.
Полный биологический круговорот веществ на Земле обеспечивается взаимодействием различных организмов, в котором важное место занимают зеленые растения. Используя солнечный свет, они связывают углекислоту, синтезируют органические вещества, выделяют кислород и создают тем самым условия для жизни других организмов. Имея в виду именно эту особенность растений, еще К. А. Тимирязев отмечал "космическую роль зеленых растений".
Зеленые растения на кораблях при неограниченном солнечном свете позволят создать такие замкнутые системы (космонавт станет их составной частью), в которых одно и то же взятое с Земли количество веществ будет находиться в непрерывном круговороте. Эти системы названы замкнутыми экологическими комплексами. (Экология - наука о взаимоотношениях растений и животных с окружающей средой.)
Человек, поглощая кислород, будет выдыхать углекислоту. Растения же, поглотив углекислоту, создадут из нее пищевые вещества и выделят кислород. Все отходы человеческого организма будут полностью использованы для питания растений.

Особенно интересны в этой связи одноклеточные зеленые водоросли, такие, как (хлорелла. Она быстро размножается и очень питательна. Хлорелла может расти насточных водах и их очищать. Для ее культивирования создаются самонастраивающиеся автоматические аппараты. Кроме растений, в экологическую систему будут включены определенные животные и некоторые микроорганизмы.
Энергию для многих процессов даст солнце.
Работа по созданию замкнутого экологического комплекса связана с большими трудностями. Все звенья такого биологического сообщества должны быть строго согласованы друг с другом, управляемы и надежны.
Людей издавна интересует: есть ли жизнь на других планетах, какова она, может ли жизнь быть занесенной с одного небесного тела на другое, как изменяются при этом ее формы и свойства?
Ученые давно предполагают, что жизнь существует не только на Земле. Но неопровержимого, научного доказательства этого до сих пор нет.
Попытки решить, существует ли жизнь на Марсе, наблюдениями с Земли с помощью

оптических инструментов оказались бесплодными. Полеты в космическое пространство позволили начать изучение жизни вне Земли опытным путем. Поисками и изучением простейших форм жизни в космосе, а также изучением жизни на других планетах занимается экзобиология - составная часть космической биологии. Автоматические устройства на искусственных спутниках, ракетах и автоматических планетных станциях дают возможность брать пробы в самом космическом пространстве, чтобы обнаружить органические вещества, микроорганизмы и споры внеземного происхождения. Межпланетные автоматические станции, подобные станциям "Луна-9", "Луна-13", позволят брать пробы непосредственно с поверхности небесных тел.
Космические аппараты могут случайно перенести на другие планеты земные организмы, которые способны развиваться в новых условиях и подавить существовавшую там до этого жизнь или же остаться на этих планетах в "земном" или измененном виде, а человек, когда-либо попав туда, будет введен в заблуждение, приняв земные организмы за внеземные. И наоборот, возвращающиеся на Землю корабли могут занести внеземные микроорганизмы, которые в земных условиях могут вызвать непредвиденные вспышки новых заболеваний.
Важность контроля в этой области не подлежит сомнению. Он возложен также на экзобиологов.

В августе 1960 г. Стрелка благополучно вернулась из космического полета. Тот факт, что Стрелка принесла щенят, имеет большое медико-биологическое значение. Сейчас ученые наблюдают уже не только за ними, но и за их потомством.

В.Е. Семененко

Размещение фотографий и цитирование статей с нашего сайта на других ресурсах разрешается при условии указания ссылки на первоисточник и фотографии.

Растения в космосе - это не только важная тема современных прикладных научных исследований, но и уникальная возможность проникнуть в глобальные тайны растительного мира.

Почему растения в космосе не цветут? Как и по какой причине меняется биохимическая структура их организма? Возможна ли полноценная растительная жизнь в космосе? На эти и многие другие вопросы предстояло или еще предстоит ответить ученым, прежде чем зазеленеют межпланетные космические корабли, а в будущем, возможно, и далекие планеты.

Наш мир полон загадок, невидимых связей, не выявленных закономерностей. Даже притом, что обычно мы ограничиваем свои представления окружающим нас земным миром, а ведь за его пределами еще лежит Космос, в отношении которого у нас куда больше теорий, догадок и предположений, нежели чем реальных фактов.

Рождение «растительной космонавтики»

К. Э. Циолковский, «отец космонавтики», первым заговорил о необходимости использования высших растений в качестве средства обеспечения людей кислородом и питанием в длительных космических полетах.

Более полувека назад под руководством С. П. Королева на втором космическом корабле-спутнике начались первые эксперименты по воздействию факторов космического полета на растения. Тогда стали «космонавтами» и успешно вернулись на Землю традесканция, хлорелла, семена лука, гороха, пшеницы, кукурузы.

Проведенный на Земле анализ показал, что, несмотря на внешнее сходство с контрольными, «космические» растения отличались по структуре клеток, биохимическому составу и другим характеристикам.

Дальнейшие эксперименты выявили проблему, которую не удавалось решить на протяжении десятилетий - растения в космосе не только не давали «потомства», то есть семян, но и вовсе отказывались цвести.

Цветы в космосе — не цветы

В 1979 году в Главном ботаническом саду АН СССР подготовили тюльпаны для выгонки на борту станции «Салют-6». Цветам оставалось лишь распуститься в космосе, но этого-то они и «не захотели» сделать по неизвестной причине. Почему — понять до сих пор не удалось. При этом в аналогичном эксперименте на Северном полюсе тюльпаны порадовали полярников дружным цветением.

Хочется рассказать еще об одном занимательном эксперименте прошлого, когда ученые остановили выбор на тропических орхидеях, поскольку полагали, что эпифитный образ жизни орхидей может сделать их более устойчивыми к условиям космоса.

Операция «Орхидея», хоть и вошла в историю космического растениеводства как одно из самых ярких событий, не завершилась успехом.

Экзотические растения в космосе не зацвели, но зато продержались на «Салюте-6» почти полгода. Стоило орхидеям вернуться в оранжерею родного ботанического сада в Киеве, как они тут же покрылись цветами.

Космический успех арабидопсиса

Слава первого растения, зацветшего в космосе, выпала на долю не великолепной орхидеи, а невзрачного растения - арабидопсиса. Арабидопсис, он же резушка, - скромный род сорных растений из семейства Крестоцветные. Кстати, это еще и первое растение, геном которого был полностью расшифрован, правда случилось данное событие значительно позже.

Прибывшей на станцию «Салют -6» Светлане Савицкой космонавты вручили небольшой букетик из цветов арабидопсиса. На Земле в стручках арабидопсиса обнаружили 200 семян. Этот опыт наконец-то опроверг мнение о невозможности прохождения растениями в невесомости всех стадий развития — от семени до семени.

Фотография K.U.Leuven Campus Kortrijk

Введение в Марсианские хроники

Сегодняшние опыты с растениями в космосе, хотя и оставляют еще множество загадок, становятся все более успешными. Например, горох, выращиваемый на Международной космической станции, относится уже к третьему поколению космической флоры.

По мнению многих исследователей, растения обладают восприятием, чувствами, памятью - уникальными свойствами, ничем в их сравнительно примитивном организме не обусловленными.

Ученые полагают, что даже межпланетный перелет на Марс - давнюю мечту человечества - ряд растений в состоянии не только успешно пережить самим, но и помочь в этом космонавтам. При длительных космических полетах растения становятся не просто предметом эксперимента, они должны решать ряд задач, связанных с жизнеобеспечением экипажа корабля (вспомните слова Циолковского, сказанные чуть меньше столетия назад). И может быть то, что совершается сегодня, уже войдет в будущие «Марсианские хроники».

Расшифровывая ДНК и до последней клетки «разбирая» строение живых организмов, ученые пока очень мало продвинулись в другой области, лежащей за гранью физического мира. По мнению многих исследователей, растения обладают восприятием, чувствами, памятью - уникальными свойствами, ничем в их сравнительно примитивном организме не обусловленными. И если мы не нашли души цветка внутри него, может быть ответ есть где-то там, во Вселенной?