В фильмах все кажется таким простым. Но, чтобы выращивать пищу на Марсе, мы должны создать почву с нуля и построить свою собственную мини-биосферу.
Высадка людей на Марсе станет знаковым событием в истории человечества. Жизнь за пределами земной биосферы остается мечтой для многих. Но создание устойчивого поселения на Красной планете потребует освоения ее окружающей среды. Нужно будет разработать способы производства пищевых продуктов в месте, где их нет. Ведь поставки с Земли будут либо непостоянными, либо их вообще не будет.
В блокбастере «Марсианин» 2015 года Марк Уотни (Мэтт Дэймон) лихо изобразил посадку картофеля в импровизационном парнике после того, как попал в затруднительное положение во время эпического шторма, заставившего остальную часть экипажа прекратить миссию и улететь без него. Использовав вакуумную упаковку, оставленную от миссии, Уотни посадил картофель в планетную «почву», добыл воду благодаря химическим реакциям и удобрял свой расцветающий урожай картофеля лиофилизированными отходами экипажа.
Это кажется довольно простым способом выращивания растений на Марсе. Но все обстоит далеко не так.
«Реальность даже близко не стоит к киношному решению», – сказал Ральф Фриче, старший менеджер проекта по производству пищевых продуктов в космическом центре Кеннеди НАСА.
НАСА планируют отправить астронавтов на Марс в 2030-х годах. Глава SpaceX Илон Маск предложил агрессивную кампанию колонизации планеты, основанную на системе межпланетного транспорта (СМТ). Но даже если у SpaceX будет опыт транспортировки людей на Марс, еще нет никакого плана относительно того, как они смогут остаться там жить и «за счет земли» производить пищу.
Учитывая, что отправка еды с Земли на Марс будет стоить около 1 млрд. долларов в год на человека, становится очевидно, что нам срочно нужен другой план для снабжения пищей будущих марсианских исследователей.
«Илон Маск представил миру сложный вызов», – сказал Дэниель Батчелдор, профессор физики и космических наук из технологического института штата Флорида и руководитель проекта Космического института Базза Олдрина. – «Мы знаем, что не можем доставить массу, необходимую для марсианской поверхности, посланную с Земли. Нам нужно создать устойчивую колонию на Красной планете, которая не будет зависеть от земных поставок».
Пока мы думаем о создании первой марсианской колонии или поддержки для небольшой группы астронавтов НАСА, исследователи заняты разработками новых стратегий выращивания растений за пределами Земли.
Фриче и его коллега из НАСА Трент Смит объединились с учеными из космического института Базза Олдрина, чтобы исследовать, какие есть реальные методы выращивания пищи на Марсе. Хотя использование физических отходов астронавтов в качестве удобрения может играть определенную роль, нам будет необходимо все (от выведения из организмов токсинов до «дизайнерских бактерий»), чтобы создать марсианскую версию почвы, которой мы располагаем на Земле.
«Не должно быть никаких органических веществ в марсианском реголите. И для переработки питательных веществ вам понадобятся деструкторы, чтобы разрушить то, что там есть, и сделать его доступным (в правильной форме) для использования растениями», – сказал доцент колледжа астронавтики Фордхем Брук Вилер. – «Это будет одна потенциальная стратегия создания колонии более устойчивой к переработке отходов, не зависимо от того, принадлежат они человеку, растениям или это любые другие органические отходы».
Вилер и его коллега Дрю Палмер (доцент биологических наук в технологическом институте Флориды) используют реголит, имитирующий марсианский, надеясь исследовать процесс использования собственных ресурсов во время человеческой миссии на Красной планете. Имитатор (порошок вулканической породы с Гавайских островов) не содержит ни одного из питательных веществ, необходимых для роста растений, но больше всего напоминает марсианский реголит.
Хотя имитатор реголита является хорошим началом, Вилер и Палмер понимают свои ограничения. Одна из самых больших будущих проблем состоит в том, как марсианские космонавты будут «устранять» токсичные космические вещества, которые, как известно, присутствуют на планете. Как подтвердила Марсианская научная лаборатория Curiosity НАСА, марсианский реголит упаковали с солями перхлората, которые используются в промышленных процессах на Земле и, как известно, вызывают проблемы со щитовидной железой. Удаление перхлоратов с марсианского реголита сделает ресурс подходящим для сельского хозяйства.
«Когда мы приступаем к введению микробов, мы хотели бы использовать сконструированные микробы, способные устранять токсичные перхлораты, которых в почве будет очень много», – сказал Палмер. – «Можно приступать к их проектировке уже сейчас, на Земле».
Но это не последний пункт. Так как на Марсе есть почвенные микробы, образующие основу жизненных циклов, которые управляют биосферой Земли, нам нужно будет ввести бактерии и стратегические растения в марсианский реголит, чтобы они получили максимально питательные вещества.
«Мы верим, что в долгосрочной перспективе, перерегистрация микробов и организмов, сосуществующих с растениями (на Земле), позволит создать устойчивые циклы азота и фосфора (на Марсе)», – сказал Палмер.
Сырьем этих циклов выступают удобрения, поэтому при планировании марсианского сельского хозяйства мы должны рассмотреть, как это будет поставляться. Это будут поставки с Земли? Или будет производиться на месте, чтобы снизить стоимость и зависимость от нашей планеты?
«Чтобы дополнить эту систему, нужно построить еще больше структур», – добавил Палмер.
Исследователи считают, что перед тем, как человек ступит на Красную планету, роботизированная миссия могла бы прилететь на месяц раньше и подготовить марсианский реголит для сельского хозяйства. Ферма ботов может извлечь реголит и выполнять задачи по удалению перхлората, вводя необходимую биологию для создания циклов, необходимых для выживания растений. Идея состоит в том, чтобы создать жизнеспособные фермы до того, как прилетит человеческая миссия. Астронавты прибудут уже на готовое место со свежей едой, а также системами жизнеобеспечения (подача кислорода и регулировка токсинов).
С производством продуктов на Марсе связано много разнообразных проблем. Но одним из самых больших преимуществ физического выращивания растений будет психологическое. Руководитель экспериментального проекта «Veggie» Международной космической станции, которая использует гидропонику для снабжения растений водой и питательными веществами в условиях микрогравитации, Трент Смит понял, что космонавты на орбитальном форпосте получают огромную радость, выращивая растения в абсолютно стерильной среде вдали от дома.
«Потому что они находятся на космической станции, в очень враждебном окружении, со всеми этими проводами и кабелями… Но у них есть эти маленькие растения, о которых они заботятся, и которые напоминают о доме», – заметил Смит. – «Когда мы отправимся на Марс, это станет очень важным моментом».
В Veggie продемонстрировали процесс выращивания салата, которым занимался астронавт НАСА Скотт Келли во время своей годичной миссии на борту космической станции с русским астронавтом Михаилом Корниенко. Но астронавты оставались зависимыми от земных поставок. Хотя гидропонике, вероятно, придется играть определенную роль в дополнении рациона питания марсианских исследователей, в конце концов, мы должны зависеть от ресурсов Красной планеты, чтобы создавать и поддерживать условия для жизни.
«Изначально мы могли бы сделать гидропонное фермерство. Гидропоника – невероятно эффективна», – отметил Смит. – «Но, если вы собираетесь задержаться на долгое время, то есть смысл приключиться на реголитные системы земледелия. У вас будет два различных способа выращивания растений для производства продуктов питания».
Какой бы путь вы не выбрали, вам придется использовать технический потенциал, чтобы научиться заново вести хозяйство в негостеприимной среде.
«Вы будто вернетесь к раннему аграрному обществу, когда мы только пытались понять, как возделывать землю», – сказал Батчелдор. – «Но вместо плодородной почвы мы обрабатываем марсианскую».
«Создание постоянной марсианской колонии окончательно закрепит наше присутствие на планете», – добавил он.