Учёные ведут активные исследования технологий, которые позволят будущим космическим экспедициям выращивать растения вне Земли — на Луне и на Марсе. Одно из важнейших препятствий здесь — отсутствие живой, плодородной почвы на обоих телах, ведь их поверхности покрыты бесплодным реголитом — минеральным грунтом, лишённым органики и необходимых для растений питательных веществ. Недавние эксперименты показывают: переработанные человеческие и растительные отходы могут стать источником удобрений и помочь превратить реголит в среду, из которой можно получать питательные элементы для сельского хозяйства.
Почему растить на Луне и Марсе так сложно
И Луна, и Марс имеют реголит — рыхлую минеральную пыль и щебень, образовавшийся в результате воздействия метеоритов и космических процессов. Этот материал:
- не содержит органического вещества,
- лишён биологической активности,
- не обладает структурой, воспринимаемой растениями как почва.
Из-за этого растения не могут извлекать питательные вещества из реголита так же, как из земной почвы.
Новая идея: использовать переработанные отходы
Учёные из NASA и партнёрских университетов предлагают подход, который кардинально отличается от классического представления о «почве»: вместо привоза с Земли больших объёмов удобрений и грунтовых смесей они исследуют, как можно получать нужные вещества на месте, используя уже доступные ресурсы — в том числе отходы жизнедеятельности экипажа.
Ключевой компонент исследования — это биорегенеративная система жизнеобеспечения BLiSS (Bioregenerative Life Support System). Система состоит из биореакторов и фильтров, которые превращают органические отходы — в том числе имитированные человеческие и растительные отходы — в концентрированный питательный раствор.
Как проходили эксперименты
В лабораторных условиях учёные смешали:
- Симулированный лунный реголит (JSC-1A) — материал, разработанный для имитации состава лунного грунта,
- Симулированный марсианский реголит (MGS-1) — модель марсианского грунта, основанная на данных марсоходов,
- Питательный раствор из переработанных отходов BLiSS,
- Воду.
Все смеси помещались в шейкер на 24 часа, после чего учёные анализировали химический состав растворов и поверхность частиц реголита.
Результаты исследований
1. Извлечение питательных элементов
Когда питательный раствор из переработанных отходов взаимодействовал с реголитом, отмечалось значительное выделение важных для растений элементов:
- Сера (S) — важна для синтеза белков,
- Кальций (Ca) — участвует в структуре клеточных стенок,
- Магний (Mg) — центр молекулы хлорофилла, необходимый для фотосинтеза.
Результаты показали, что смешивание с реголитом позволяло вытеснять и растворять эти элементы в питательном растворе, делая их потенциально доступными для растений.
2. Физические изменения минералов
Под микроскопом поверхности частиц реголита изменялись:
- лунный симулянт приобрёл микротрещины и ямки,
- марсианский симулянт покрывался наночастицами.
Такие изменения свидетельствуют о том, что реголитная структура подвергалась химической «выветриваемости» — weathering, что может постепенно смягчить минералы и снизить их абразивность.
Почему это важно
• Источник питательных веществ
Эксперименты показали, что даже без привоза удобрений с Земли можно извлекать элементы из местного реголита, если он предварительно обработан биологически переработанными растворами. Это открывает перспективу создания замкнутых систем жизнеобеспечения на Луне и Марсе, которые используют отходы экипажа для сельского хозяйства.
• Упрощение эксплуатации
Химическое преобразование реголита с помощью переработанных отходов:
- делает материал менее острым,
- потенциально снижает износ оборудования из-за пыли,
- может облегчить обработку среды для посадки растений.
• Роль воды и возврат ресурсов
Комбинация воды и переработанных отходов не только питает растения, но растворяет и мобилизует элементы, удерживаемые в минералах реголита. В будущем такие процессы станут частью замкнутого цикла, где отходы не выбрасываются, а становятся ресурсом.
Ограничения и дальнейшие шаги
Исследования проведены с использованием реголитных симулянтов, созданных на Земле. Настоящие лунный и марсианский грунты имеют более сложный химический состав, включая:
- специфические минералы,
- возможные токсичные соединения,
- иные физические свойства, которые ещё предстоит изучить.
Следующие этапы исследований будут направлены на:
- оценку длительного воздействия обработки на реголит,
- определение того, сколько питательных элементов реально доступно растениям,
- проведение экспериментов с живыми растениями в таких обработанных средах.
Практическое значение для будущих миссий
Создание устойчивой продовольственной базы вне Земли — необходимое условие для длительных баз на Луне и, особенно, на Марсе, где регулярные поставки с Земли будут крайне затратными и ненадёжными. Умение превращать органические отходы в источник питательных веществ в сочетании с местным грунтом может стать одним из ключевых элементов долгосрочного присутствия человека на других небесных телах.
Вывод
Лабораторные эксперименты с переработанными человеческими и растительными отходами показывают, что такие биологические растворы способны извлекать из лунного и марсианского реголита питательные элементы, потенциально пригодные для сельскохозяйственного использования. Эти результаты — важный шаг к тому, чтобы будущие космические миссии могли выращивать растения вне Земли, опираясь на переработку собственных ресурсов и превращая бесплодный грунт в среду, пригодную для сельского хозяйства.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
