Қараша айында NASA-ның Артемида 1 миссиясының Айға ұшырылуы бір күні адамдардың ең жақын планеталық көршіміз Марсқа баруына әкелетін саяхаттағы тағы бір қадам болды. Адамның миссиясы, сайып келгенде, бірнеше робот-ғарыш аппараттарының өкшесін басып өтеді, оның ең соңғысы 2021 жылдың ақпанында қызыл планетаға Perseverance роверінің қонуы болды. Адамдардың Марсқа сапарлары үшін көптеген технологиялық мәселелер шешілуге тиіс. олар күн радиациясынан және экипаждың денсаулығынан қорғау, соның ішінде нәрлі тағаммен қамтамасыз ету. Соңғысын зерттейтін көптеген сарапшылардың назары мен мәселесі мұздатылған кептірілген тағамды үнемі тұтынудан туындаған жасырын кемшіліктерді болдырмау болып табылады. Жаңа піскен тағамның болуы денсаулық пен психологиялық жағынан үлкен артықшылық болатыны анық, бұл үшін жол бойында өсімдіктерді өсіру және жинау қажет. Бұл мақалада авторлар тамақтануға, медициналық және психологиялық артықшылықтарға және терең кеңістікте дақылдарды өсірудің ықтимал әдістеріне қатысты ағымдағы деректер мен зерттеулерді қарастырады.
NASA мәліметтері бойынша, ұзақ ғарыштық ұшулар кезінде бес негізгі қауіп пайда болады: ғарыштық радиация, оқшаулану және оқшаулау, Жерден қашықтығы, төмен гравитация және ғарыш кемесінің дұшпандық және жабық ортасы. Тірі өсімдіктер мен жаңадан өсірілген азық-түлік олардың үшеуін қолдауда маңызды рөл атқаруы мүмкін: тамақтану, медициналық қажеттіліктер және экипаж психологиясы.
тамақтандыру
Ғарыштық миссиялар үшін берілетін тағамның қоректік балансы экипаждың денсаулығы жақсы ұзақ сапарға шығуы үшін тамаша бейімделуі керек.
Ғарыштық миссиялар үшін жеткізілетін тағамның қоректік балансы экипаждың денсаулығы жақсы ұзақ сапарға шығуы үшін тамаша бейімделуі керек. Жерден қоректендіру қиын болатындықтан, дұрыс диета мен оның нақты формасын анықтау маңызды мақсат болып табылады.
Маңызды қоректік заттардың кез келген тапшылығын болдырмау - ең айқын мәселе және тағамдық қажеттіліктерді NASA егжей-тегжейлі зерттеген. Дегенмен, қазіргі ғарыштық азық-түлік «жүйесінің» көпшілігінің жетіспейтіні дәлелденді. Атап айтқанда, азық-түлікті қоршаған ортада ұзақ сақтау А, В1, В6 және С витаминдерінің ыдырауын тудырады.
Ғарышкерлер үшін орташа салмақ жоғалту микрогравитация жағдайында 2.4 күнде 100 пайызды құрайды, тіпті қатаң қарсылық жаттығуларына қарсы шаралар. Ғарышкерлер сонымен қатар калий, кальций, D дәрумені және К дәруменіндегі қоректік заттардың жетіспеушілігінен зардап шегеді, өйткені жеткізілетін азық-түлік олардың күнделікті тұтыну талаптарын қанағаттандыруға мүмкіндік бермейді.
Өсімдіктер табиғи түрде витаминдер мен минералдардан тұрады, сондықтан жаңа піскен тағамды дереу тұтыну сақтау мәселесін болдырмайды. Сондықтан оларды тұтыну мұздатылған кептірілген тағамға тамаша қосымша болады.
Ғарышкер Скотт Келли ХҒС-та өліп жатқан ғарыштық зиннилерді сауықтырды. Ол Жер фонында күмбездегі гүл шоғын суретке түсіріп, 2016 жылы Ғашықтар күніне орай Instagram желісінде бөлісті.
дәрі
Витаминдер мен минералдардан басқа өсімдіктер көптеген әртүрлі екіншілік метаболиттерді синтездейді. Бұл қосылыстар денсаулыққа қатысты мәселелердің алдын алуға үлкен көмек бере алады. Мысалы, фолий қышқылы ДНҚ жөндеуге қатысады, бірақ оның талаптары ұшу күндерінің 64 пайызында ғана орындалады. Теломерлер, хромосомалардың соңы ұзақ ұшу кезінде айтарлықтай өзгеретіні дәлелденгендіктен, фолий қышқылын жаңа өсімдіктер арқылы толықтыру генетикалық қартаюды және қатерлі ісік ауруын азайтуға көмектесуі мүмкін.
Басқа мысалдармен қатар, каротиноидтерге бай көкөністер микрогравитациядан туындаған көздің бұрмалануын болдырмайды, ал кептірілген қара өрік диетасы радиацияның әсерінен сүйек жоғалуын болдырмауға көмектеседі. Көптеген өсімдіктердің құрамында адам ДНҚ-сын сәулеленуден туындаған мутациялардан қорғауға көмектесетін антиоксиданттар бар. Дегенмен, өсімдік негізіндегі диета жеткіліксіз және ғарышкерлерді радиациядан қорғау үшін басқа шешімдерді әзірлеу керек.
Психология
Өсімдіктер витаминдер мен минералдардан басқа көптеген әртүрлі қайталама метаболиттерді синтездейді
Оқшаулану және қашықтық астронавттардың психикалық денсаулығына айтарлықтай салмақ түсіретіндіктен, тамақ көңіл-күйді жеңілдететін ең маңызды уақыттардың бірі болып табылады. Әрбір тағамда мұздатылған кептірілген тағамды жеу мәзірдің шаршауын тудырады және ғарышкерлер уақыт өте аз жейді. Жаңа піскен тағамды жеу бұл шаршауды азайтады, кем дегенде пішіні мен құрылымы бойынша әртүрлілікті қамтамасыз етеді.
Экипаждың психикалық денсаулығына пайдалы тағы бір қызмет түрі - бау-бақша өсіру. Өсімдіктерді өсірудің өте пайдалы әсері бар екені дәлелденді, өйткені ол ғарышкерлерге Жердің бір бөлігімен саяхаттау сезімін бере алады. Кейбір зерттеулер ең пайдалы психологиялық әсерлері бар өсімдіктерді табуға тырысты, өйткені олар экипаждың психикалық денсаулығы үшін өте маңызды фактор болуы мүмкін. Мысалы, құлпынай сергектік пен өзін-өзі бағалау сияқты оң психологиялық реакцияларды жақсартады, депрессия мен стрессті азайтады, ал кориандр ұйқының сапасын жақсартады.
Осылайша, өсімдік негізіндегі ғарыш шаруашылығы тағамдық, психологиялық және медициналық деңгейде қызықты. Дегенмен, бөлменің болмауы және ерекше өсу жағдайлары дақылдардың саны мен таңдауын шектейді.
Қолданылатын дақылдардың нақты таңдауы зерттелген критерийлерге және қолайлы өріске (тамақтану, психология және медицина) байланысты өзгереді. Сақтау мерзімі ұзақ кейбір өсімдіктер бидай немесе картоп сияқты ыңғайлы болуы мүмкін, бірақ тұтыну алдында пісіру қажет кемшілігі бар. Тағы бір ескеретін фактор - өсімдіктердің ұрпақты болу жүйесі мен тозаңдану режимі, өйткені жануарларға (мысалы, жәндіктер) бортқа кіруге болмайды.
Ғарышта өсетін әлеуетті дақылдардың тізімі жасалды, олардың кейбіреулері бортта өсіріліп қойған. Авторлар тағамдық және агрономиялық критерийлерді таңдау құралы ретінде таңдады. Осылайша, психологиялық әсерлер үшін бір (мин) төртке (макс) дейінгі мән дақылдың немесе жеуге жарамды өсімдік бөлігінің дәмі мен сыртқы түріне жатқызылды.
Ғарыштағы ұзақ сапарларға жарамды тағамдық, емдік, агротехникалық және психологиялық сипаттамалары бар әртүрлі дақылдардың кестесі.
Ғарыш кемесінде өсімдіктерді өсіру
Ғарыш өсімдіктер үшін стресстің екі негізгі көзін ұсынады: ғарыштық сәулелену және микрогравитация.
Радиация өсімдіктердің өсуіне теріс әсер етеді және генетикалық мутациялар қаупін арттырады, сондықтан өсімдіктерді радиациядан қорғау бірінші кезектегі мәселе болуы керек. Радиацияны қорғасын және/немесе су қалқандары арқылы ұстауға болады, бірақ бұл орбитаға орналастыру үшін қосымша массаны білдіреді. Локхид Мартиннің Марс базалық лагерінен (2018) шыққан жақсы шешім - отын қоймасын радиациялық қорғаныс ретінде пайдалану.
Микрогравитация, керісінше, өсімдіктің өсуіне айтарлықтай зиян келтірмейді, бірақ ол оны баяулатуы мүмкін. Дегенмен, өсімдіктің реакциясы түрге байланысты ерекшеленеді, өйткені микрогравитация өсімдік геномының экспрессиясына әсер етеді. Микрогравитация кезінде өсімдіктер жылу соққы гендері сияқты стресске байланысты гендерді көбірек экспрессиялайтыны және олардың стресске байланысты ақуыздардың өндірісін арттыратыны анықталды. Сонымен қатар, тұқымдарда метаболиттердің әртүрлі концентрациясы және өнуінің кешігуі анықталды.
Микрогравитация өсімдіктің микроортасына да әсер етеді, мысалы, атмосфераның қозғалысының болмауы, әдеттен тыс атмосфералық құрамның пайда болуы және суарудың қиындығы (қолдаусыз немесе қолдаусыз). Ғарышта ауа конвекциясы жоқ, сондықтан өсіп келе жатқан станция жеткілікті түрде желдетілмесе, зауыт шығаратын кез келген газ оның бетінде қалады. Өсімдіктердің жапырақтары айналасында газ тәріздес этиленнің жиналуы жапырақтардың қалыптан тыс дамуына әкелетіні көрсетілген. Ғарыш кемесінде жоғары концентрацияда болатын көмірқышқыл газы сияқты басқа газдар кейбір өсімдіктер үшін өлімге әкелуі мүмкін. Дәл осындай мәселе өсімдікті суару үшін туындайды, сондықтан тамырларды суға батырмайтын әдісті әзірлеу қажет болады.
Зауыттың ғарыштық ортаға реакциясын бағалау қиынырақ. Бұл ортаның кейбір аспектілері, мысалы, шектеулі кеңістік, таңдауымызды ергежейлі сорттарға бағыттай алады. Дегенмен, өсімдіктің микрогравитацияға реакциясы сияқты кейбір басқа аспектілер түрлер мен сорттарға байланысты өзгереді. Тәжірибелерді жалғастыру қажет болса да, өсімдіктердің белгілі бір саны қазірдің өзінде сыналған және ғарышта өсуге қабілетті деп сипатталған және біз оларды негіз ретінде пайдалана аламыз.
Ғарышкерлердің барлық қоректік қажеттіліктерін қамтитын өзін-өзі қамтамасыз ететін зауыт камерасын әзірлеу ондаған жылдарға созылуы мүмкін, бірақ қосымша шаралар ретінде шағын камераларды пайдалану экипажға дәрумендер мен қоректік заттардың (оралған тағамда өзгертілген) жетіспеушілігін жоюға және диетадағы шаршауды азайтуға көмектесуі мүмкін.
Марк Ванде Хей, Шейн Кимбро, Томас Пескет, Акихико Хошиде және Space X Crew-02 қызметкері Меган МакАртур 2021 жылы ХҒС-те өсімдік-Хабитат 04 зерттеуі үшін қызыл және жасыл чили бұрыштарын жинап, суретке түсті.
Тіршілікті қолдаудың биорегенеративті жүйесі
Әр тамақ кезінде мұздатылған кептірілген тағамды жеу мәзірдің шаршауын тудырады және ғарышкерлер уақыт өте аз жейді
Ғарыш кемесінде бөлме шектеулі. Сондықтан миссияның сәттілігі пайдаланылған заттарды қолдануға болатын затқа айналдыра алатын Өмірді қолдау жүйелеріне (LSS) енгізілген регенеративті жүйелерге байланысты. Халықаралық ғарыш станциясында (ХҒС) орнатылған қоршаған ортаны бақылау және тіршілікті қамтамасыз ету жүйесі (ECLSS) көмірқышқыл газы мен зәрді қайта өңдеу арқылы оттегі мен суды шығарады; ұқсас жүйе ұзақ ғарыштық ұшулар үшін қажет болады.
Биорегенеративті LSS (BLSS) идеясы 1960-жылдары тамақ өндірісін және қалдықтарды (мысалы, нәжіс қалдықтарын) ECLSS-ке қайта өңдеуді қосу үшін дүниеге келді. Бактериялар мен балдырлар бар BLSS қатты қалдықтардағы азотты өсімдіктер сіңіре алатын органикалық азоттың пайдалы түріне қайта өңдеу үшін пайдаланылуы мүмкін. Осы қағидаға сүйенетін эксперимент – микро экологиялық өмірді қолдау жүйесінің балама (MELiSSA) – Еуропалық ғарыш агенттігі 1990 жылдардан бері әзірлеп, жүргізіп келеді.
Дегенмен, біз BLSS-ке жоғары зауыттарды қосатындықтан, олардың басқа қолданыстағы экологиялық бақылау технологияларымен интеграциясын зерттеуіміз керек, бұл жаңа міндет болып табылады. Азық-түлік өнімдерін өндірудің осы шағын жүйелерінің құны мен тұрақтылығын анықтау үлкенірек BLSS-ке қарай даму үшін маңызды ақпарат береді.
Кеуекті түтікшелі өсімдіктерді өсіру қондырғысының екінші конструкциясының схемалық диаграммасы.
Өсімдіктердің өсу камерасын дамыту
Дақылдарды өсіру үшін гидропоникалық жүйені пайдалану тартымды мүмкіндік болып табылады, өйткені ол топырақ тәрізді жүйеге сүйенбей, өсімдіктерді суда өсіреді. Соңғысы ғарыш кемесіне салмақ қосады және бөлшектердің айналасында қалқып кету қаупін арттырады, бұл оны тиімсіз ететін екі аспект. ХҒС-да орнатылған Advanced Plant Habitat (APH) арцилит пен баяу шығарылатын тыңайтқышы бар түбірлік модульге енгізілген кеуекті түтік суару жүйесі бар гидропоникалық жүйені пайдалана отырып, ергежейлі бидайдың алуан түрін өсірді.
Экипаждың бау-бақша жұмыстарын жеңілдету және өсімдіктердің оңтайлы ортада өсуін қамтамасыз ету үшін дақылдардың мәдени циклін компьютер арқылы толық бақылау қажет. Мұндай бақылау жүйесі 2018 жылы Антарктидада сынақтан өткен. Дәнді дақылдарды өсіруге арналған ішінара автоматтандырылған жүйені пайдалану экипаждың ғарыш кемесінде өсімдіктердің болуын (оларды манипуляциялау арқылы) пайдалануды қамтамасыз етеді және ауыл шаруашылығы мәселесінің тым көп уақытты қажет ететіндігін болдырмайды. Шынында да, өсімдіктерді өсіруге қажетті бөлме әлі нақты анықталған жоқ және ғарышқа ұқсас орталарда (HI-SEAS сияқты) бірнеше тәжірибелер бұл әрекеттің ұзаққа созылуы мүмкін екенін көрсетті.
Өсімдіктерді өсірудің өте пайдалы әсері дәлелденді, өйткені ол ғарышкерлерге Жердің бір бөлігімен саяхаттау сезімін береді.
Соңында, 2014 м² өсіп келе жатқан аумақты қамтамасыз ететін NASA көкөніс өндіру жүйесі немесе Veggie (0.11 жылы іске қосылды) ғарыш кемесінің бортында пайдаланылуы мүмкін өсімдіктерді өсіру қондырғысының тамаша үлгісі болып табылады, өйткені ол қазірдің өзінде сыналған. ХҒС. Жарық талаптары бойынша жарықдиодты шамдар екі түрлі толқын ұзындығымен қолданылады: қызыл (630 нм) және көк (455 нм), өйткені өсімдіктер осы толқын ұзындығы астында тиімдірек өседі. Сондай-ақ, жасыл жарық диоды өсімдікке табиғи түс беру үшін қажет болуы мүмкін, осылайша ауруларды анықтауды жеңілдетеді және экипаждың Жерді еске түсіреді.
Мизуна (жапон қырыққабаты), қызыл ромен салат және Токио бекана (қытай қырыққабаты) ХҒС-дағы Veggie қондырғысында өсіріледі.
Ғарыштық жағдайлар адамдар үшін де, өсімдіктер үшін де стресс тудырады, сондықтан ғарыш кемесінде өсетін өсімдіктердің дизайны қазіргі уақытта зерттеліп жатқан астронавттардың тәжірибесіндегі кейбір стресстерді жеңілдетуге көмектеседі.
Өсімдіктердің стресстік реакцияларына қатысатын гендер анықталды, бірақ бұл әсерлерді азайту немесе жеңілдету үшін ғалымдар бар гендердің экспрессиясын өзгертуі немесе геномдарға ғарыштық бейімделу гендерін қосуы керек. Бұған генді редакциялау арқылы қол жеткізуге болады және кейбір кандидат гендер қазірдің өзінде арнайы анықталған және зерттелген. Мысалы, ARG1 (Gravity 1-ге өзгертілген жауап), жердегі өсімдіктердегі гравитация реакцияларына әсер ететін белгілі ген ғарыштық ұшуға бейімделумен байланысты 127 геннің экспрессиясына қатысады. Ғарыштық ұшу кезінде экспрессияға ұшыраған гендердің көпшілігі Arg1-ге тәуелді болып табылды, бұл дифференциацияланбаған жасушалардың ғарыштық ұшуға физиологиялық бейімделуінде бұл геннің маңызды рөлін көрсетеді. HsfA2 (жылу соққысының факторы A2) ғарыштық ұшуға бейімделуге айтарлықтай әсер етеді, мысалы, крахмал биосинтезі арқылы. Мақсат - стресс тудыратын гендерді бұзу және пайдалы гендерді ынталандыру.
Радиацияға, перхлоратқа, ергежейлілікке және суық температураға қатысты гендер сияқты ғарыштық бейімделу гендері деп аталатын басқа гендер зерттеуге тұрарлық, өйткені олар өсімдіктерге ғарыштың қатал жағдайларына қарсы тұруға көмектеседі. Мысалы, гипертұзды орталарға бейімделген микроорганизмдер ультракүлгін сәулелерге төзімділік пен перхлоратқа төзімділік гендеріне ие. Көптеген ергежейлі сорттар (мысалы, бидай) ХҒС-та өсірілді және НАСА-ның Veg-05 тәжірибесінің бөлігі ретінде ХҒС-та «Қызыл Робин» ергежейлі шие қызанақтары өсірілуі мүмкін.
Біз сондай-ақ ғарышкерлердің денсаулығына арналған зауыттарды жобалай аламыз. Пайдалы қосылыстардың жиналуын ынталандыру, қалдықтарды азайту үшін бүкіл денені жеуге жарамды өсімдіктерді жасау немесе ғарыштың ғарышкерлерге жанама әсерлеріне қарсы препараттарды өндіруге арналған зауыттарды жобалау өсімдіктерді экипажға пайдалы етудің мүмкін әдістері болып табылады.
Бүкіл денеге жарамды және элиталық өсімдік (WBEEP) стратегиясы картоп өсімдіктерінде қолданылды, олардан соланинді алып тастау арқылы картоп сабақтары мен жапырақтарын жеуге жарамды етеді. Оның өндірісін тежеу үшін оны шығаратын гендер гендік редакциялау арқылы дыбыссыздандырылады немесе мутацияланады. Бұл WBEEP картопын жасаудың артықшылығы бар, өйткені ол оңай өсірілетін өсімдік, ол энергияның жақсы көзі болып табылады және ғарыш сияқты қиын жағдайларда өсе алатынын дәлелдеді. Өсімдіктер де адам ағзасының қоректік заттарға қажеттілігін толық қанағаттандыру үшін нығайтылған.
Радиация өсімдіктердің өсуіне теріс әсер етеді және генетикалық мутациялар қаупін арттырады, сондықтан өсімдіктерді сәулеленуден қорғау бірінші кезектегі мәселе болуы керек.
Микрогравитацияда астронавттардың денсаулығына қатысты негізгі мәселелердің бірі - сүйек тығыздығының жоғалуы. Біздің сүйектеріміз өсу мен резорбция арасында үнемі теңдестірілген, бұл сүйектердің жарақатқа немесе жаттығулардағы өзгерістерге жауап беруге мүмкіндік береді. Микрогравитацияда уақыт өткізу бұл тепе-теңдікті бұзады, сүйектерді резорбцияға түсіреді, сондықтан ғарышкерлер сүйек массасын жоғалтады. Мұны паратироид гормоны немесе PTH деп аталатын препаратпен емдеуге болады, бірақ ол тұрақты инъекцияларды қажет етеді және өте қысқа сақтау мерзіміне ие, бұл ұзақ ғарыштық ұшулар үшін қиын. Сондықтан PTH шығаратын трансгендік салат жасалды.
Ғарышта өсетін және астронавтар үшін пайдалануға болатын өсімдіктерді жобалау әлі де зерттеудің бастапқы кезеңінде. Дегенмен, оның болашағы өте перспективалы және оны барлық ірі ғарыш агенттіктері зерттеп жатыр. Ғарыштың қолайсыз ортасында өсімдіктердің өсу камерасын салу әлі де жұмысты қажет етеді. Қиындықтардың бірі бұрыннан бар LSS-ге BLSS биорегенеративті бөлігін қосу болады. Тағы бір қиындық - ғарыштық жағдайларға төтеп беру және айтарлықтай өнім беру үшін кемеде өсірілетін дақылдарды жақсы таңдау қажеттілігі. Бірақ өсімдік шаруашылығындағы білімнің таралуының арқасында таңдалған дақылдардағы гендік редакциялау оларды ғарыштық жағдайларға әрі қарай бейімдеуге және бригаданың тағамдық және денсаулық қажеттіліктерін қанағаттандыруға мүмкіндік береді.
Дереккөз: https://room.eu.com