Возможность выращивать свежие овощи и ягоды за пределами Земли перестаёт быть сюжетной линией фантастических романов и постепенно превращается в практическую задачу современной науки. Международная группа учёных, в которую входят специалисты из Мельбурнского университета и Центра передового опыта по растениям для космоса (P4S, 2024–2030), совместно с NASA и учёными из других стран, разработала дорожную карту для будущих исследований растительных систем в космосе. Эти исследования определяют, какие культуры и технологии смогут поддерживать людей во время долгосрочных миссий на Луну, Марс и другие объекты Солнечной системы.

Международное сотрудничество в области космической биологии растений

Работа включает вклад более 40 учёных из 11 стран и семи космических агентств. Их общая цель — понять, какие растения способны выполнять ключевые функции жизнеобеспечения в условиях пониженной гравитации, повышенной радиации и ограниченных ресурсов. Исследование опубликовано в журнале New Phytologist и тесно связано с программой NASA «Артемида», направленной на возвращение человека на Луну и создание устойчивой лунной инфраструктуры.

Наряду с задачей получения свежих продуктов, исследователи ставят перед собой более широкую научную цель — создать условия, при которых растения смогут обеспечивать экипажи кислородом, водой, переработкой отходов и биоматериалами.

Почему растения — ключевой элемент в освоении космоса

Растения играют важную роль в замкнутых экосистемах, и именно поэтому они рассматриваются как один из центральных компонентов будущих космических баз. Они способны:

• производить кислород, необходимый для дыхания,
• очищать воду,
• перерабатывать органические отходы в питательные вещества,
• служить источником пищи,
• синтезировать фармацевтические соединения и полезные биоматериалы,
• поддерживать психологическое состояние человека благодаря визуальному зелёному окружению.

Эти функции особенно важны для миссий длительностью месяцами и годами, где каждый ресурс должен использоваться повторно.

Оценка готовности растений к космическим условиям

Исследователи представили концепцию Уровня готовности биорегенеративных систем жизнеобеспечения (BLSS). Эта система дополняет методику NASA по оценке сельскохозяйственных культур для космических миссий.

Шкала BLSS позволяет определять:

• насколько эффективно растения могут перерабатывать воздух и воду,
• как они реагируют на микрогравитацию,
• устойчивы ли они к стрессовым факторам космической среды,
• подходят ли они для длительного выращивания в замкнутых системах.

Эти данные необходимы, чтобы перед отправкой людей в дальний космос точно знать, какие культуры смогут работать в качестве элементов системы жизнеобеспечения.

Какие трудности возникают при выращивании растений за пределами Земли

Выращивание растений в космосе — это сложная технологическая задача. Главные вызовы:

1. Микрогравитация

При отсутствии привычного земного притяжения изменяются:

• распределение воды в почве,
• движение питательных веществ,
• работа корневой системы.

Это может приводить к нарушениям роста, снижению продуктивности и изменениям в физиологии растений.

2. Отсутствие естественной конвекции

На Земле воздух и тепло свободно перемещаются, но в космосе это движение сильно ограничено. В результате:

• хуже работает теплоотвод,
• образуются зоны избыточной влажности,
• возрастает риск развития патогенов.

3. Воздействие радиации

У повышенной космической радиации нет аналогов на Земле, и её влияние на генетику растений до конца не изучено.

Исследователи стремятся понять, как растения адаптируются к таким условиям и какие механизмы можно использовать для повышения их устойчивости.

Ближайшие эксперименты: первые растения на поверхности Луны

В 2027 году запланирован важный этап в исследованиях — в рамках миссии Artemis III NASA проведёт эксперимент LEAF (Lunar Effects on Agricultural Flora). Это будет первый в истории случай выращивания растений прямо на поверхности Луны в контролируемой среде.

Эксперимент включает:

• выращивание трёх видов быстрорастущих растений,
• использование герметичной климатической камеры,
• недельный цикл роста,
• возвращение 500 г растительных образцов на Землю.

Часть исследований по анализу экспрессии генов и воздействию лунной среды будет выполнена в Австралии учёными из P4S.

Технологии будущего: цифровые двойники растений и искусственный интеллект

Для оптимизации космического земледелия учёные используют:

• омические технологии (геномика, транскриптомика, метаболомика),
• искусственный интеллект,
• цифровые модели “растений-близнецов”.

Такие модели позволяют:

• предсказывать рост культур в различных условиях,
• оптимизировать питание, освещение и влажность,
• адаптировать растения к предпочтениям астронавтов,
• предотвращать снижение вкусовой чувствительности экипажа.

Эти технологии значительно сокращают количество необходимых экспериментов и ускоряют подготовку растений к космическим миссиям.

Как исследования растений для космоса помогают Земле

Научные результаты имеют прямое значение и для земного сельского хозяйства. Выращивание растений в условиях ограниченных ресурсов, экстремальных температур и нестабильного освещения помогает совершенствовать методы устойчивого земледелия.

Потенциальные применения:

• улучшение сельского хозяйства в засушливых регионах,
• развитие закрытых тепличных комплексов,
• повышение урожайности и устойчивости культур,
• создание более эффективных систем переработки воды и отходов.

Таким образом, исследования, направленные на освоение Луны и Марса, одновременно способствуют улучшению продовольственной устойчивости на нашей планете.

Итог

Современные исследования растений для космоса становятся фундаментом будущих лунных и марсианских миссий. Они помогают понять, какие культуры смогут обеспечить экипаж пищей, воздухом и водой, а также как адаптировать земные растения к условиям пониженной гравитации и радиации. Ближайшие эксперименты NASA и международных исследовательских групп приблизят нас к созданию устойчивых биорегенеративных систем жизнеобеспечения, без которых длительное пребывание человека за пределами Земли невозможно.

Источники:
Статья создана по материалам https://www.universetoday.com/articles/why-nasa-needs-space-gardeners