Отходы человеческой жизнедеятельности станут удобрением для марсианских и лунных растений: учёные NASA демонстрируют первую технологию

Исследователи из НАСА и партнёров в рамках программы по обеспечению устойчивой жизни на других планетах разработали научный подход, который позволяет преобразовывать органические отходы человека и растений в питательные компоненты для сельского хозяйства вне Земли. Такие технологии станут ключевым элементом будущих обитаемых баз на Луне и Марсе, где доставка традиционных удобрений с Земли будет крайне дорогой и непрактичной.

Проблема: реголит Луны и Марса непригоден для растений

Лунная и марсианская поверхность покрыты рыхлым порошкообразным материалом — реголитом. Он напоминает почву внешне, но это всего лишь мелкие острые обломки горных пород, которые:

• не содержат органического вещества,
• практически не имеют доступных питательных элементов,
• не поддерживают рост корней и биологическую активность, как на Земле.

Без преобразования такого материала в подходящую среду сельское хозяйство вне Земли невозможно.

Решение: биорегенеративная система BLiSS

Команда учёных под руководством Харрисона Кокера (Harrison Coker) из Космического центра имени Кеннеди (США) разработала и исследовала биорегенеративную систему жизнеобеспечения BLiSS (Bioregenerative Life Support System). Эта система служит для переработки:

• человеческих отходов жизнедеятельности,
• растительных остатков,
• сточных вод,
  в питательный раствор, богатый элементами, необходимыми растениям.

BLiSS представляет собой комплекс из биореакторов и фильтров, которые отделяют воду и создают концентрированный раствор питательных веществ.

Как работает технология

Учёные провели лабораторное исследование, в ходе которого смешали:

1. Симулированный реголит Луны,
2. Симулированный реголит Марса,
3. Питательный раствор, полученный из переработанных сточных вод BLiSS,
4. Воду.

Смеси помещали на 24 часа в шейкер, чтобы ускорить химическое взаимодействие раствора с частицами реголита.

Что важно в этих экспериментах

• Под действием раствора из отходов диоксид углерода, вода и органические компоненты способствовали выделению из реголита ключевых элементов, необходимых растениям. Среди них отмечены сера, кальций и магний — базовые элементы для роста корней, образования белков и фотосинтеза.
• Под микроскопом частицы реголита выглядели иначе после обработки:
  • в лунном реголите образовались микроскопические ямки на поверхности,
  • марсианский реголит был покрыт наночастицами,
  что означает химическую реакцию между раствором и минеральной матрицей.

Такие процессы напоминают начальный этап формирования почвы на Земле, когда органическое вещество и вода вступают в реакцию с минеральной основой, делая её более пригодной для растений.

Потенциал для будущих миссий

Учёные считают, что эта технология может стать основой устойчивой агрокультуры в условиях космических баз, где:

• невозможно импортировать удобрения из Земли,
• ресурсы должны быть замкнутыми,
• каждая капля воды и каждый грамм питательных веществ имеют значение.

Преимущество подхода в том, что он:

• позволяет повторно использовать уже доступные ресурсы,
• превращает отходы, которые иначе были бы проблемой, в ресурс для сельского хозяйства,
• приближает создание самодостаточных поселений на Луне и Марсе.

Текущие ограничения и следующие шаги

Исследования проводились с симулированными аналогами реголита, созданными на Земле. Реальный лунный и марсианский реголит имеют отличный состав и структуру, а на Марсе к тому же присутствуют специфические химические соединения, такие как перхлораты, способные быть токсичными для растений.

Поэтому следующие этапы исследований включают:

• тестирование с реальными образцами реголита, доставленными с Луны и Марса (когда они станут доступны),
• оценку влияния полного спектра отходов BLiSS на жизнеспособность растений,
• проведение практических экспериментов с ростом культур уже в полученной среде.

Почему это важно для освоения космоса

Создание устойчивых систем космического сельского хозяйства — одна из ключевых задач для длительных пилотируемых миссий и будущих постоянных баз. Экспедиции на Марс или на Луну, рассчитанные на годы или десятилетия, не могут зависеть от регулярных поставок продуктов и удобрений с Земли.

Использование технологий вроде BLiSS позволит:

• замкнуть круг ресурсного цикла внутри базы,
• максимально эффективно перерабатывать отходы,
• создавать питательную среду для растений и тем самым обеспечить снабжение свежими продуктами.

Итог

В основе новой технологии лежит принцип: во всём, что остаётся после жизнедеятельности астронавтов и выращивания растений, может скрываться ценное сырьё для следующего цикла жизни. Этот принцип давно практикуется на Земле в замкнутых системах замкнутого цикла, и теперь он адаптируется для внеземных условий.

Работа NASA и партнёров показывает: отходы перестают быть проблемой — они становятся необходимым ресурсом для будущего сельского хозяйства на Луне и Марсе.

Источники:
Статья создана по материалам InterestingEngineering.com