На дослідницькій станції у пустелі Сан-Рафаель (штат Юта, США) уже тривалий час проводять симуляції можливостей проживання астронавтів на Марсі. Місцевість навколо станції вважають геологічним аналогом пустелі на марсіанській поверхні. Зміна дослідницьких груп відбувається там раз на два тижні. Дослідники живуть у спеціальних модулях, виходять звідти виключно у скафандрах, а харчуються продуктами, вирощеними у місцевій теплиці.
Підготовка і подорож до Марса
Марс у наші часи — не найкраще місце для життя людини. Однак космічні агенції багатьох країн невтомно працюють над підготовкою умов для проживання астронавтів з метою відправити їх на Червону планету в майбутньому. Подорож туди триватиме від семи до десяти місяців. Але в такий політ можна вирушати лише раз на два роки, тож колоністам доведеться самостійно забезпечувати себе їжею.
Звісно, спершу вирощена на Марсі їжа становитиме вельми незначну частку раціону астронавтів — більшість продуктів все ж привозитимуть із Землі. Для створення колонії за межами нашої планети необхідно облаштовувати продумані екосистеми з набором рослин і тварин, що зможуть виконувати значну кількість життєво важливих для людини функцій.
Який ґрунт на Марсі?
Через відсутність поживних речовин у ґрунті та зависоку солоність води вирощування харчових культур на Марсі неможливе. Тому для довгострокових місій важливо розробити стратегії зі збагачення його поживними речовинами та опріснення води. Численні дослідження показали, що верхній шар марсіанської поверхні містить значну кількість перхлоратів (солей хлорної кислоти) й інші потенційно токсичні хімікати, надзвичайно шкідливі для всіх земних рослин. Середовище на Марсі безплідне, сухе і постійно бомбардується радіацією, а розріджена атмосфера бідна на азот. Відтак тераформування планети передбачає повну перебудову її атмосфери та поверхні, але це дуже важкий і тривалий процес. Помірковані ідеї пропонують створювати тепличні господарства.
Вирощування рослин у марсіанському ґрунті
В Університеті штату Айова (США) змогли в лабораторних умовах у майже «марсіанському» ґрунті виростити ріпу, редис і салат. Хоча ці рослини не потребують великої кількості вологи, поливати їх все одно потрібно, і саме прісною водою. Для опріснення води науковці використовували особливі морські бактерії, а потім фільтрували її крізь вулканічну породу. Для експерименту з вирощування рослин взяли породи, вивержені земними вулканами, адже ґрунт на Марсі переважно є продуктом прадавнього вулканізму. Спочатку дослідники виростили на субстраті, що дуже нагадував марсіанський реголіт, люцерну. Далі її подрібнили та переробили на добриво. Зрештою в цьому «марсіанському» ґрунті виросла ріпа, редис і салат.
У цю ж імітацію марсіанського «чорнозему» посадили ще й три сорти рису — один дикий і два генетично відредаговані так, аби реагувати на посуху, цукровий голод і засоленість ґрунту. Картопля, однією з переваг якої є генетична здатність до адаптації в екстремальних умовах, також змогла вирости в цьому сухому й солоному середовищі.
Зазначені експерименти показали, що три грами перхлорату в кілограмі ґрунту є порогом, за яким уже нічого не виросте. Однак модифіковані сорти рису здатні вкорінюватися, якщо ґрунт містить до одного грама перхлоратів на кілограм. За останні роки у таких же штучних умовах зібрали ще й урожай помідорів, моркви та зеленої квасолі. Доволі успішно там можна вирощувати й гриби.
Бобові, багаті білком і клітковиною, можуть становити значну долю раціону «марсіан». У раціон астронавтів можна додати навіть деяких комах зі значним вмістом білків. А такі рослини, як салат-латук, крес-салат, помідори, морква, жито, є тими видами складових їжі, що добре виростали у подібному до марсіанського ґрунті за наявності води. Отже, якщо аграріям на Марсі вдасться захиститися від низьких температур і радіації, найбільшою проблемою, з якою вони зіткнуться, будуть перхлоратні солі.
Нідерландські дослідники висадили у схожу «інопланетну» землю крес-салат, руколу, томати, редис, жито, кіноа, шніт-цибулю, шпинат, горох і цибулю-порей. Аналогічні культури для контролю були висаджені у звичайний, земний ґрунт. Дев’ять із десяти культур (за винятком шпинату) добре росли на модельних ґрунтах і давали їстівні частини. Насіння трьох культур (крес-салату, жита і редису) також були успішно протестовані на схожість. Кількість біомаси на імітації марсіанського ґрунту була порівнянною з біомасою, яку дав земний ґрунт. Імітаційні зразки для експериментів у Нідерландах надали фахівці NASA. Ці модельні субстрати були збагачені органічними добавками з ґрунту, на якому вже вирощувалися якісь культури. Загалом дослідження підтвердили ідею, що на Марсі буде можливо не тільки вирощувати їжу, щоб годувати майбутніх поселенців, а й отримувати життєздатне насіння.
І як же там щось вирощувати?
Поблизу марсіанського екватора вдень буває досить тепло для розміщення теплиць. Але їх треба буде ізолювати й обігрівати для компенсації падіння температури вночі. Крім того, рослини потребують щільнішої атмосфери, ніж зараз є на Марсі. Вважається, що їх можна вирощувати у середовищі з тиском 0,1 бар (10% тиску біля поверхні Землі). Обстежені посадковими модулями зразки поверхні свідчать, що з марсіанського реголіту можна виготовити непоганий ґрунт. Проте він може виявитися надто кислим або лужним, тому доведеться його покращувати додаванням поживних речовин.
За результатами конкурсу BIG Idea Challenge 2019 NASA обрала найкращий тип теплиці для Червоної планети. Перемогу здобули студенти Дартмутського коледжу з проєктом купольної теплиці. Відзначається, що гідропонна структура може допомогти астронавтам вирощувати собі їжу на марсіанській поверхні. В системі, що обертається, можна висадити до восьми харчових культур. Вона здатна щодня забезпечувати по 3100 калорій для чотирьох астронавтів протягом 600 днів перебування на Марсі. Пропонується вирощувати там сою, капусту, батат, броколі, картоплю, пшеницю, полуницю й чуфу. З великого резервуару поживний розчин під дією гравітації стікатиме в колову систему лотків із рослинами. Світлодіоди забезпечать достатньо світла. Цю теплицю можна транспортувати з Землі, розгорнути на Марсі та підтримувати її роботу з обмеженими технологіями й ресурсами.
В іншому дослідженні з’ясовувалося, чи можна скористатись енергією Сонця для вирощування рослинної їжі на Марсі, збудувавши теплиці з прозорими стінами й дахом. Оскільки радіація там у 17 разів сильніша, ніж на Землі, для імітації потоку гамма-випромінювання використовували кобальт-60. Експеримент тривав 28 діб і показав, що вирощена у такий спосіб їжа непридатна для споживання.
Гідропоніка, тобто вирощування рослин без ґрунту в багатій на поживні речовини воді, вірогідно, буде найнадійнішим способом отримати урожай різних культур за умови, що ця вода видобуватиметься та зберігатиметься у рідкому стані. Але на поверхні Марса порівняно мало сонячного світла і надто нищівна радіація. Тому значно краще функціонуватимуть гідропонічні камери, вкриті від радіації насипами ґрунту, або ж узагалі сховані під поверхнею у природних лавових печерах. За допомогою штучного освітлення можна буде контролювати спектр та інтенсивність освітлення. Витрати води й поживних речовин у гідропоніці також слід суворо контролювати. Керування теплицею має бути автономним і легко програмованим. Все це дає підстави сподіватися на багатий урожай.
Утім, найголовнішим лишається питання, як мертвий ґрунт Марса перетворити на родючі землі, збагативши його фосфором, азотом, калієм, бактеріями. Всі вони є надзвичайно важливими складовими для рослин і допоможуть забезпечити астронавтів свіжими та поживними продуктами.
Автор: Анатолій Відьмаченко, науковець-марсолог
Ця стаття була опублікована у №1 (190) 2024 року журналу Universe Space Tech. Придбати цей номер в електронній версії можна у нашому магазині.
