Rośliny w Międzynarodowej Stacji Kosmicznej

Na tradycyjne pytanie dziennikarzy, kierowane do kosmonautów po półrocznym pobycie na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej ISS – czego najbardziej brakowało im na orbicie – odpowiadają zawsze: soczystego steku z chrupiącą zieloną sałatą.

O stek będzie trudno w najbliższych latach, ale na sałatę mogą liczyć już w grudniu dzięki programowi Veggie – Vegetable Production System.

Na zlecenie NASA amerykańska firma Orbitec skonstruowała przenośną szklarenkę – lekką, łatwą do złożenia. Na stacji liczy się każdy centymetr powierzchni, dlatego szklarenka ma rozmiary kuchenki mikrofalowej. W stanie nieważkości nie musi stać, zostanie przymocowana do ściany taśmą klejącą.

Pod sztucznym oświetleniem LED urośnie w niej sałata. Jej okres wegetacyjny wynosi 28 dni, a spożywanie nie wymaga praktycznie żadnych zabiegów.

Kosmiczna gastronomia

– Na tym etapie badań jesteśmy jeszcze daleko od dostatecznego zaopatrzenia załogi w nowalijki. Sześciu kosmonautom na razie musi wystarczyć sześć małych główek sałaty raz na miesiąc – wyjaśnia Howard Levine kierujący projektem Veggie.

Kilogram żywności wykorzystywanej na ISS kosztuje ok. 10 tys. euro. Poza tym, gdyby doszło do wyprawy międzyplanetarnej, na przykład na Marsa, trwałaby około trzech lat i należałoby zaopatrzyć załogę w żywność o takiej trwałości (o jej smaku specjaliści dyskutują w ostatniej kolejności).

Poza tym, im więcej zapasów zabierze ze sobą międzyplanetarny statek, tym większa będzie jego masa startowa i tym samym potrzeba będzie więcej paliwa, co znowu zwiększa masę startową... kwadratura koła.

Dlatego NASA przykłada wielką wagę do programu Veggie. W jego drugiej fazie nastąpi próba uprawy ziemniaków, w trzeciej – ryżu i pszenicy, roślin o dłuższym okresie wegetacyjnym, wymagających skomplikowanych zabiegów agrotechnicznych, a potem, w fazie obróbki, suszenia ziaren, mielenia ich na mąkę, gotowania, wyrabiania ciasta, pieczenia itp.

Mimo tych trudności specjaliści z NASA nie zamierzają rezygnować z pracochłonnych i trudnych upraw, biorą pod uwagę bowiem jeszcze jeden czynnik: zdrowie psychiczne kosmonautów. Od dawna wiadomo, że rośliny mają korzystne działanie w warunkach stresu i sprzyjają dobremu samopoczuciu. W warunkach statku kosmicznego czy bazy marsjańskiej lub księżycowej jest to nie do przecenienia.

– To może być bardzo trudne, tam na górze, dla ludzi zamkniętych w czymś przypominającym puszkę konserw. W takich warunkach opiekowanie się każdego dnia roślinką dostarczy wsparcia psychologicznego, da kosmonautom wrażenie łączności z Ziemią – podkreśla Howard Levine. Jego opinia nie jest bezpodstawna. Amerykański kosmonauta Donald Pettit podczas półrocznego pobytu na pokładzie ISS w 2012 roku uprawiał brokuł i słonecznik. Po powrocie oznajmił: – To było cudowne, mieć przy sobie te rośliny, dotykać ich listków, czuć ich zapach, widzieć, jak kwitnie słonecznik. To całkowicie zmieniło mój pobyt na orbicie.

Naukowcy zaangażowani w program Veggie mają nadzieję, że sałata dostarczy kosmonautom podobnych przeżyć i wrażeń. Traktują to jako pierwszy krok do użytkowej uprawy roślin w kosmosie, na skalę większą niż laboratoryjna. – Zboża, ziemniaki, pomidory, rzodkiewki wkrótce staną się normą dla kosmonautów podczas długich ekspedycji, a na Księżycu i Marsie zostaną zbudowane szklarnie – twierdzi Levine.

Uprawa bez pługa

Jeszcze pod koniec XX wieku naukowcy uważali, że przyciąganie ziemskie determinuje kierunek, w jakim rosną korzenie roślin, zagłębiając się w glebę. Eksperyment przeprowadzony na początku minionej dekady na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej zmodyfikowały ten pogląd. Eksperyment polegał na tym, że na stacji i na Ziemi uprawiano tę samą roślinę – rzodkiewnik pospolity (Arabidopsis thaliana). Kosmonauci co sześć godzin wysyłali na Ziemię zdjęcia rośliny rozwijającej się w stanie nieważkosci. Na Ziemi badacze porównywali fotografie z roślinami uprawianymi w podobnych warunkach, ale pod wpływem ziemskiego ciążenia. Okazało się, że wyglądają podobnie. Stąd wniosek, że na Ziemi zapuszczanie korzeni w dół nie jest spowodowane grawitacją, ale poszukiwaniem wilgoci i substancji odżywczych oraz unikaniem światła. NASA nie ma monopolu na kosmiczne rolnictwo. Zajęła się nim także Chińska Narodowa Agencja Kosmiczna. Doświadczenie z czterema gatunkami warzyw przeprowadzono na Ziemi w kapsule o objętości 300 metrów sześciennych (10 x 10 x 3 m). Uprawiały je dwie osoby i żywiły się wyłącznie nimi. Rośliny służyły im także jako źródło tlenu.

– Nasz system umożliwia szybki wzrost warzyw, a w przyszłości pozwoli na odnawianie zapasów powietrza i wody – uważa Deng Yibing z chińskiego centrum szkoleniowego dla astronautów. Zespół naukowców z Narodowej Akademii Nauk Ukrainy w Kijowie, we współpracy z Europejską Agencją Kosmiczną, kierowany przez Nataszę Kozyrowską i Irinę Zaetz, uprawiał nagietki na rozdrobnionym anortozycie, ziemskiej skale zbliżonej składem chemicznym do skał na powierzchni Księżyca. Okazało się, że na czystym anortozycie rośliny nie rosną, ale zmienia się to po dodaniu odpowiednich bakterii – pobierały one ze skały potrzebne pierwiastki, z kolei rośliny pobierały je od bakterii. – W warunkach księżycowych wystarczyłoby rozdrobnić skały maszynami i dodać bakterie, aby wytworzyć podłoże o właściwościach gleby – sugeruje Natasza Kozyrowska.

Podobnego zdania jest Ray Wheeler kierujący w NASA programem Advanced Life Support. Uważa on, że do uprawy na Księżycu można wykorzystać warstwę regolitu pokrywającą jego powierzchnię. Albo – po prostu – w ogóle nie zaprzątać sobie głowy glebą w warunkach księżycowych czy marsjańskich i postawić na uprawę hydroponiczną, w której roślina nie zapuszcza korzeni w glebie, ale czerpie niezbędne substancje z odżywek wodnych.

– Niezależnie od tego, czy uprawy będą glebowe czy hydroponiczne, zapewnienie pożywienia dla jednego człowieka wymagać będzie 50 metrów kwadratowych zróżnicowanych upraw, a także oświetlenia i wody – podkreśla prof. Gary Mitchel, amerykański biolog z Purdue University. Światło zapewnią prawdopodobnie diody LED zasilane reaktorami jądrowymi.

Jeszcze do niedawna wydawało się, że trudniej będzie z wodą, że trzeba ją będzie dostarczyć z Ziemi, a następnie oczyszczać i wykorzystywać w obiegu zamkniętym. Jednak po odkryciu, że skały marsjańskie zawierają 2 proc. wody, naukowcy patrzą na ten problem bardziej optymistycznie.

Duże wymagania

W 2007 roku X Prize Fundation, sponsorowana przez Google, ogłosiła konkurs z pulą nagród 30 milionów dolarów na prywatny łazik, który wyląduje na Księżycu. W ramach konkursu, na wyspie Man międzynarodowy zespół pracuje nad lądownikiem Odyssey Moon.