"Год в «Звездолете»" - читать интересную книгу автора (Божко Андрей Николаевич, Городинская...)Первые экспериментыСтою около двери, ведущей в оранжерею, и жду команды. Когда дежурный сообщил, что давление в отсеках выравнялось, а главный инженер подал команду: «Разгерметизировать дверь в оранжерейный отсек!» – я с силой повернул ручку. Через несколько секунд мы все уже были в оранжерее. Радость была неописуемой. Нам казалось, что мы попали в другой мир. Жадно вдыхали какие-то новые запахи и с любопытством разглядывали новое помещение. На его «грядках» заметили первые всходы. В оранжерее нас ждал сюрприз: плюшевый медвежонок и три маленьких игрушечных космонавта. Значит, нас стало больше. Медвежонок смешно покачивал головой и крутил лапами. Рядом с с ним мы увидели металлического соловья, который издавал трели. Игрушки! Но как приятно было еще раз ощутить заботу и внимание тех, кто рядом с нами, кто обеспечивает успех нашего общего дела… Мы прыгали в узком проходе, бегали, подтягивались на перекладине и не могли нарадоваться растениям, которые были посеяны за несколько дней до подключения оранжереи. Их тонкие росточки – вестники живой природы, оставшейся за пределами нашего «дома», – вызывали в нас приятные воспоминания… Прошло несколько дней, как появилась дополнительная площадь-оранжерея, наш огород. С его подключением прибавилось и работы и забот. До обеда еще около часа. Захожу в оранжерею – и невольно зажмуриваюсь. Здесь пылает двенадцатью ксеноновыми светильниками наше «солнце». Поднимаюсь на невысокую складную платформу и смотрю на зеленеющие растения. Капли воды на хрупких листочках напоминают росу на зеленом лугу. Закрываю глаза и, кажется, чувствую запахи земли, леса, слышу пение птиц. До чего же хочется увидеть солнце, выкупаться в реке, побродить по лесу, по лугам! Как много значит для человека природа, общение с ней!.. Зеленые растения создают хорошее настроение, отвлекают от однообразных и утомительных текущих дел, успокаивают. Я теперь убежденный сторонник тех, кто считает, что плантация зеленых растений доставит большую радость экипажам космических кораблей и станций. И, не боясь преувеличения, могу предположить, что «ветка сирени» в космосе для человека будет значить гораздо больше, чем на Земле. Но растения не только предмет эстетического наслаждения и источник питания для людей. Они итог длительного процесса эволюции живого на Земле и необходимое звено в круговороте веществ и энергии в природе. Они вместе с другими живыми организмами обеспечивают этот круговорот благодаря присущей им способности к обмену веществ и энергии с окружающей средой. Растения обладают такой способностью, поскольку в их клетках на свету происходят поистине чудесные превращения воды, углекислоты и неорганических веществ в белки, жиры, углеводы – составные части любой полноценной пищи. Эту тайну превращения в зеленом листе в процессе фотосинтеза разгадал великий русский ученый К. Тимирязев. Фотосинтез осуществляется в огромном масштабе. Ежегодно растения Земли образуют 380 миллиардов тонн биомассы в пересчете на сухое вещество. При этом усваивается из воздуха 650 миллиардов тонн углекислого газа, а из почвы – около 5 миллиардов тонн фосфора и 10–15 миллиардов тонн других минеральных элементов А в атмосферу выделяется 350 миллиардов тонн свободного кислорода. Используя лучистую энергию Солнца, зеленые растения обеспечивают питанием всех потребителей планеты, которые сами не способны к синтезу органических соединений. К ним относятся человек, животные, а также микроорганизмы, разрушающие органическое вещество мертвых тел растений и животных до минеральных соединений. Так они участвуют в круговороте веществ в природе… Впервые в герметичном помещении мы будем жить вместе с высшими растениями столь долгий срок. Предстоит изучить особенности роста и развития растений, а также их способность синтезировать биомассу в специфических условиях обитаемого герметичного помещения и расти не на почве, а на ее заменителе – субстрате из ионнообменных смол. Через этот субстрат растения получают воду, в том числе и конденсационную влагу атмосферы, содержащую продукты жизнедеятельности человека, микроорганизмов субстрата и самих растений. Благодаря испарению растений и с поверхности субстрата вода поступает в атмосферу оранжереи и, конденсируясь в теплообменнике, опять возвращается через субстрат к растениям, а затем вновь испаряется. Такое многократное использование растениями одной и той же воды с накапливающимися в ней продуктами обмена веществ биокомплекса – метаболитами – возможно благодаря способности ионитного субстрата собирать их на себе, как говорят ученые – сорбировать. Метаболиты могут тормозить рост и развитие растений, что нежелательно. Я стою около слегка поникших пожелтевших растений, которые согласно графику получат воду только завтра. Почему они пожелтели? Может быть, чего-нибудь не хватает? Недостает каких-либо элементов минерального питания? Анализы потом покажут. А сейчас я мысленно представляю оранжерею будущего, растения которой снабжены специальными датчиками и приборами. Они будут не только сообщать о своем состоянии, но с помощью автоматики обеспечивать поступление воды и питательных веществ в необходимых для себя количествах. Они сами смогут регулировать микроклимат всего помещения оранжереи, подбирая наилучшие условия для своего роста. И это вполне реально, так как установлено, что все растения отвечают на изменения окружающих условий токами электрической природы – биотоками. Опыты, проведенные в лаборатории профессора Тимирязевской сельскохозяйственной академии И. Гунара, показали, что изменение температуры в зоне корней растений, а также некоторые химические вещества, воздействующие на корни, вызывают появление слабых биотоков, которые зарегистрированы чувствительными самописцами. Для отведения биотоков использовались электроды, не травмирующие растения. Было установлено, что здоровые растения тотчас же реагировали на раздражения, на изменение условий, а больные – с задержкой, вяло. Интересно, что при воздействии на корни, например, насыщенным раствором питательных солей ответную реакцию растений в этих же опытах удавалось регистрировать на листьях. Выходит, информация об изменении условий в зоне корня была передана листьям. Значит, растения чувствуют? Вероятно. В сырых местах, на болотах, часто можно увидеть невзрачное на вид растение росянку. Блестящие капельки на ее поверхности напоминают росу и привлекают насекомых. Едва прикоснувшись к ним, насекомое прилипает, постепенно реснички растения смыкаются, и жертва оказывается в плену. С давних пор удивляет людей и другое растение: венерина мухоловка. Лишь только насекомое коснется чувствительных волосков ее листа, как они, эти зеленые «челюсти», смыкаются. Не правда ли, повадки этих растений напоминают поведение животного? А всем знакомый луговой василек? Достаточно лапке шмеля прикоснуться к пыльнику, и из него, словно из тюбика, выталкивается пыльца. Такой же интересный механизм заключен и в цветах люцерны. Он всегда надежно срабатывает, когда насекомое погружает свой хоботок в нектарники. И подобных примеров немало. Усики огурцов кажутся неподвижными, но если заснять их замедленной киносъемкой, а затем при обычной скорости пленки просмотреть на экране, то можно увидеть, как они, вырастая, тянутся и ищут, за что бы зацепиться. Причем они настолько прочны, что удерживают на весу все растение. Это очень похоже на осязание у животных. А как растения тянутся к солнцу! Солнечный свет им всегда необходим – он источник их жизни. Вероятно, поэтому в процессе эволюции у них выработалась особая чувствительность к свету, к теплу. Вот грозовые тучи заслонили небо. И цветы одуванчика начинают складывать свои лепестки. Закрываются и водяные лилии. Некоторые цветы на ночь складывают лепестки в бутоны. Приближается ночь, и складывает свои лепестки сон-трава. Готовятся ко сну не только цветы, но и листья некоторых растений. А с рассветом цветы снова раскрываются навстречу лучам утреннего солнца. Тонко реагируя на изменения освещенности и температуры, растения, словно живые барометры, предсказывают наступление дождя. Но можно наблюдать и другую картину, когда некоторые южные растения, защищаясь от палящего солнца, закрывают свои листья. В данном случае исключительная чувствительность растений предохраняет их от излишнего перегрева. Я видел, как и наши растения четко реагируют на источник света. Стоило немного измениться направлению лучистого потока, как стебли и листья молодых проростков изгибались в сторону источника света. Для этого им требовалось буквально несколько часов. И еще одна замечательная реакция растений. Как бы семена ни легли в землю, в какую бы сторону ни были направлены их зародыши, корни проростков всегда будут расти вниз, а стебли устремятся вверх. Это явление связано с действием на растения силы земного тяготения через ростовые вещества, которые в данном случае помогают растению ориентироваться в пространстве. Ботаники насчитывают на Земле около 250 тысяч видов высших цветковых растений и около 40 тысяч видов низших растений – водорослей. Какие же из них следует брать в космос? Из высших растений человек, очевидно, предпочтет те, которые он использует в пищу. Их много – около 25 тысяч видов. В Советском Союзе возделывается примерно 450 видов. Низшие растения также весьма разнообразны и сильно отличаются друг от друга особенностями обитания и размерами: от океанских бурых водорослей, имеющих длину около 60 метров, до микроскопических одноклеточных – таков диапазон их размеров. Кажется, выбрать из этого множества легко. Но так только кажется. Если учесть пищевую значимость растений, учесть особенности их культивирования и их требования к среде, принять также во внимание технологию приготовления из них пищи и количество отходов, то растений – претендентов на космические путешествия останется значительно меньше. В нашей оранжерее растут скороспелые овощные растения. Это однолетние растения – листовая капуста, кресс-салат, огуречная трава, укроп. Эти растения содержат значительное количество витаминов A, Bi, Br, PP. В огуречной траве содержится меньше витаминов, чем в других растениях, но зато она обладает целебными свойствами, приятным запахом и вкусом свежих огурцов, что делает ее очень привлекательной для введения в рацион. Так как в обычных условиях препараты витаминов плохо сохраняются, поэтому целесообразно их постоянно иметь в свежем виде. Вот мы и изучаем возможности оранжереи обеспечивать потребности экипажа в витаминах в специфических условиях гермообъекта. Растения нашей оранжереи неприхотливы, устойчивы к заболеваниям и хорошо изучены в обычных условиях. «День» в нашей оранжерее продолжается четырнадцать земных суток. Затем наступает «ночь», которая длится столько же. Такая продолжительность смены дня и ночи выбрана не случайно. Дело в том, что мы культивируем растения применительно к лунным суткам, а они имеют как раз такую продолжительность и цикличность. Растения за сравнительно короткий период вегетации должны обеспечить нас богатой витаминами зеленью. Чтобы они успели накопить биомассу, мы проводим посев ночью, так как прорастающие семена не нуждаются в свете. Когда же наше «солнце» вспыхивает, растения встречают его уже развернувшимися листочками. Посев семян и сбор урожая проводим в разные сроки периодически, «по конвейеру», чтобы к столу всегда была свежая зелень. Так появился у нас «зеленый конвейер», постоянно имеющий растения различных возрастов. Термин «зеленый конвейер» возник впервые в животноводстве, когда на фермах стали выращивать быстрорастущие культуры для того, чтобы постоянно иметь свежий корм для скота. Позже, используя этот прием, животноводы смогли обеспечить животных витаминной подкормкой зимой за счет 7-10-дневных проростков злаковых культур. В космическом корабле или планетной станции, по– видимому, придется прибегать именно к этому способу культивирования растений, так как обычный способ одновременных посевов и сбора урожая в оранжерее не обеспечит равномерности и непрерывности накопления кислорода растениями, удаления ими углекислоты, воспроизводства пищи и воды для экипажа. Вот почему мы проводим посев и собираем растения «по конвейеру». На реальной космической плантации, так же как у нас, будут, видимо, различные растения. Это позволит разнообразить пищу и повысить ее ценность. В молодых растениях нашей оранжереи, снимаемых на 4-8-е земные сутки, очень нежных и хороших на вкус, витаминов больше, чем в более зрелых и уже несколько огрубевших. Огуречная трава из всех растений самая урожайная. К концу вегетации мы получаем ее около четырех килограммов с одного квадратного метра посева. Капуста листовая, кресс-салат и укроп дают в этом же возрасте зелени вполовину меньше. Наша оранжерея – это не только растения, но также большое и сложное инженерное сооружение. Системы кондиционирования воздуха, водообеспечения, освещения, контроля и управления обеспечивают растениям подходящий климат, доставляют им свет и воду, контролируют и управляют их ростом и развитием. Собственно, оранжерейный отсек довольно большой – около двадцати квадратных метров, но почти все – его пространство занято специальными кюветами с растениями и лишь посередине имеется узкий проход. Посевная площадь нашего «космического» огорода – семь с половиной квадратных метров. Выращиваем мы свои растения методом гидропоники. Этот термин в переводе с греческого означает «работа с водой»». Возникшая как водная культура растений, гидропоника вскоре стала также и субстратным методом культивирования растений. Еще в 1876 году К. Тимирязев показал, что вместо почвы можно использовать заменители из песка, толченой пемзы, стеклянных бус и других материалов. Вводя в заменитель необходимые вещества, можно культивировать растения в водном растворе. Впервые было выращено растение от семени до семени на водном растворе химически чистых солей в 1895 году немецким ученым Кнопом. В следующем году К. Тимирязев на Нижегородской промышленной выставке продемонстрировал растения, полученные в стеклянных сосудах на водных питательных растворах. А в 1929 году профессор Калифорнийского университета Герике таким же способом вырастил и собрал урожай помидоров, который оказался в четыре раза большим, чем на почве. После этого ученые многих стран стали культивировать растения на водных растворах и почвозаменителях. В Европе лучшие результаты были получены при культивировании растений на гравии и крупнозернистом песке. В СССР опыты по выращиванию овощей на искусственной почве проводились в Ленинграде профессором В. Чесноковым, в Ереване – академиком Г. Давтяном, в Москве – профессором З. Журбицким. К числу преимуществ гидропоники относятся: значительно большая урожайность растений, чем в почве, и небольшой расход воды, так как влага, стекающая с корней, используется многократно. Качество и количество урожая в гидропонике, по свидетельству специалистов, выше, чем в открытом грунте. Объясняется это тем, что растения развиваются в оптимальных условиях, которые постоянно контролируются и приводятся в соответствие с их потребностями. В этом случае планировать урожай легче. С появлением в 60-х годах большого количества органических смол в ряде стран в качестве субстрата для гидропоники стали применять некоторые ионообменные смолы, обладающие высокой сорбционной способностью. Появилась возможность запасать необходимые для растений соли на смолах и тем самым исключить весьма трудоемкую операцию приготовления питательных растворов и их последующую коррекцию. Из такого субстрата, насыщенного солями, состоят наши «грядки». Внешне он похож на песок. На самом же деле – это смесь смол, которые снабжают растения элементами минерального питания, и поэтому нет нужды готовить для них питательный раствор, а достаточно лишь время от времени увлажнять субстрат водой. Он потом постепенно, по мере потребности растений, отдает запасенные воду и соли. Кроме того, он сорбирует корневые выделения растений и тем самым предохраняет посев от отравления собственными метаболитами, выделяющимися через корни. Использование такого активного почвозаменителя значительно облегчает уход за плантацией. Он обеспечивает круговорот воды в оранжерее, что существенно упрощает схему жизнеобеспечения. Однако полного круговорота веществ при этом все-таки не получается, и в будущих космических путешествиях придется брать в запас минеральные вещества на ионитных смолах. Так будет до тех пор, пока ученые не разработают методы регенерации почвозаменителя, обеспечивающие бесконечно долгое его использование при многократном обогащении элементами минерального питания, необходимого растениям. На иных планетах при создании оранжерей высших растений можно будет, по-видимому, использовать местный грунт, так как брать с собой даже такой перспективный почвозаменитель, как ионообменные смолы, будет трудно из-за его веса. Впрочем, местный грунт может оказаться близким к нашей земной почве. Так, по сообщению американских ученых, лунные породы оказались пригодными для культивирования высших растений. В невесомости предпочтение, вероятно, будет отдано бессубстратным вариантам гидропоники. Среди них, по-видимому, наиболее перспективна так называемая «воздушная культура», или «аэропоника», примененная более пятидесяти лет назад русским ученым В. Арциховским. Он сконструировал первые аэропонные установки и на практике показал их пригодность для культивирования растений. При таком методе питательный раствор набрызгивается на корни растений, а затем так же, как в гидропонике с почвозаменителем, возвращается в бак для повторного использования. Основой таких аэропонных установок является культивационная ванна, внутри которой размещены трубы для подачи питательного раствора. Форсунки, расположенные в ванне, обеспечивают его тонкое распыление. Сверху ванны имеется крышка с отверстиями для растений, которые закрепляются на ней как в почве, при этом корни находятся в зоне действия форсунок. Некоторые специалисты считают метод воздушной культуры наиболее подходящим для невесомости, однако при применении аэропонного способа обычно повышают концентрацию солей в питательном растворе в два-три раза против обычных норм. Одно из несомненных преимуществ аэропоники перед способами культивирования с почвозаменителями заключается в том, что в первом случае растения не закреплены субстратом и их можно легко передвигать, а это позволяет рациональнее использовать освещаемую площадь оранжереи. Выращивание растений может быть основано на использовании еще одних сил – капиллярных, – которые не зависят от гравитации и действие которых будет в невесомости сохранено в полной мере. Эти силы лежат в основе нескольких способов гидропонного культивирования растений: метод фитильной культуры, пленочный метод, непрерывного и неполного насыщения субстрата и другие. Так как питательный раствор при всех этих методах не может быть полностью поглощен корнями растений, то соли, принесенные водой, постепенно накапливаются и засоряют пленку или субстрат. Периодически их надо промывать либо заменять. В космической же оранжерее такая процедура может оказаться весьма трудоемкой… На исходе 14-х светлых суток наше «солнце» постепенно затухает. Но нас это не тревожит. Благодаря рациональному использованию посевной площади мы сняли хороший урожай и в течение последующих 14 темных суток будем с зеленью, которой заполнен наш холодильник. Сейчас мы стоим на специальной платформе около кювета с растениями, последними в этом цикле, и заканчиваем их уборку. Скоро совсем погаснет свет. Это похоже на заход солнца. Борис первым закончил работу и ушел в жилой отсек готовить ужин. Через несколько минут до нас уже доносился приятный запах разогретой пищи. Что он там готовит? Ушел и Герман, захватив всю зелень с кюветы. Я сегодня собираю капусту и салат с двух кювет. До ужина надо успеть все взвесить, учесть, корни упаковать и все данные занести в журнал. Но, кажется, не успеваю: Борис приглашает к столу. Придется продолжить после ужина. |
||
|