3 січня 2019 року китайський посадковий модуль «Чан’е-4» приземлився на зворотному боці Місяця і запустив марсохід «Юйту». Окрім багатьох інструментів, марсохід перевозив важливий науковий експеримент, відомий як корисне навантаження біологічного експерименту (BEP). Протягом наступних восьми днів цей корисний вантаж проводив життєво важливий експеримент, де намагався виростити перші рослини на Місяці. До корисного вантажу входило насіння бавовни, картоплі, арабідопсису та ріпаку, а також яйця мух, дріжджі та 18 мл (0,6 рідких унцій) води, яку підтримували при постійному атмосферному тиску.
Результати цього експерименту допоможуть інформувати майбутню біорегенеративну систему життєзабезпечення (BLSS), яка виявиться життєво важливою для середовищ існування та місій за межами низької навколоземної орбіти (LEO). Команда вчених з Китаю нещодавно опублікувала дослідження, в якому розглядається експеримент, його результати та потенційні наслідки для майбутніх місій на Місяць, Марс та інші місця глибокого космосу. Як вони підсумували, експеримент продемонстрував, що рослини можуть рости на Місяці, незважаючи на інтенсивну радіацію, низьку гравітацію та тривале інтенсивне світло.
Команда складалася з дослідників з Центру космічних досліджень, Коледжу аерокосмічної інженерії та Ключової лабораторії біології та генетичної селекції бульбоплодів і коренеплодів Університету Чунціна, а також Університету електронних наук і технологій Китаю та Лабораторія космічної біології Китайської академії сільськогосподарських наук у Ченду.
Вирощування рослин у місячних, марсіанських і космічних середовищах є важливим з багатьох причин. Окрім забезпечення джерелом живлення та зменшення потреби в місіях поповнення запасів, вони також видалятимуть вуглекислий газ і забезпечуватимуть свіжим киснем, допомагатимуть переробляти відходи та сприятимуть відчуттю благополуччя екіпажів. І тоді як звичайні системи контролю навколишнього середовища та життєзабезпечення (ECLSS) покладаються на механічні компоненти, які з часом виходять із ладу та потребують заміни, біорегенеративна система може з часом відновлюватися.
Це робить технологію BLSS ідеальною для місій у глибокому космосі, де можливостей для поповнення запасів буде мало. Протягом багатьох років астронавти проводили на борту Міжнародної космічної станції (МКС) експерименти з ростом рослин і водоростями, такими як система виробництва овочів (Veggie), пасивна орбітальна система доставки поживних речовин (PONDS), розширене середовище проживання рослин (APH) і диспетчер авіоніки Plant Habitat у реальному часі (PHARM). Однак досі невідомо, як природне середовище позаземних тіл вплине на роботу BLSS.
Провідний автор Се Генсінь, професор екологічної інженерії в Центрі космічних досліджень Університету Чунціна, також є головним розробником BEP. Як він пояснив Universe Today електронною поштою, можливість вирощувати рослини в космосі є необхідним кроком до створення баз за межами Землі:
«При створенні бази виживання на Місяці, Марсі та інших позаземних планетах неможливо транспортувати більше речей із Землі. Необхідність використання ресурсів на місці для виробництва кисню та їжі особливо важлива і є це перший крок до створення бази виживання, тому експерименти з посадкою рослин дуже важливі».
Перший біологічний експеримент
Корисне навантаження BEP, розроблене в Університеті Чунціна, стало першим біологічним експериментом, проведеним людьми на зворотному боці Місяця. Метою експерименту було оцінити вплив умов поверхні Місяця (низька гравітація, інтенсивне випромінювання та інтенсивне світло) на ріст і здоров’я земних організмів. Корисний вантаж важив 2,608 кг (5,75 фунта) і мав розміри 198 мм у висоту та 173 мм у діаметрі (7,75 на 6,8 дюйма), пропонуючи загальний об’єм 0,82 літра та 0,42 літра біоактивного простору. Сонячне світло пропускалося через направляючу трубку, забезпечуючи фотосинтез для рослин всередині.
Ці шість компонентів становлять виробників, споживачів і розкладачів, усі елементи, необхідні для функціонування екосистеми. Рослини повинні були виробляти кисень і поживні речовини за допомогою фотосинтезу і підтримуватися плодовими мушками. Тим часом дріжджі діятимуть як агент розкладання, переробляючи відходи від мух і мертвих рослин, щоб створити додаткові поживні речовини для екосистеми. Як сказав Се, цей експеримент був першим у своєму роді та мав на меті вирішити занепокоєння вчених щодо місячного середовища:
«Перед нашим експериментом багато вчених хвилювалися, що рослини не можуть проростати під інтенсивним освітленням і інтенсивними радіаційними умовами Місяця, тому ми навмисно використовували природне сонячне світло на Місяці для фотосинтезу, а не штучне світло. У той же час наш біологічні корисні навантаження не були розроблені для захисту від радіації, доводячи, що рослини все ще можуть рости в умовах інтенсивної радіації на Місяці».
Протягом кількох годин після того, як посадковий модуль досяг поверхні, температура біосфери була скоригована до 24°C (75,2°F), і насіння було полито. 15 січня повідомлялося про проростання насіння бавовнику, ріпаку та картоплі, а також були оприлюднені зображення внутрішньої частини BEP.
«У цьому корисному навантаженні є тварини, рослини та мікроорганізми, які створюють мікроекосистему в закритому середовищі», — сказав тоді Се Генсінь. «Ми направляємо сонячне світло всередину олова, яке набагато сильніше, ніж на Землі. Ми вивчимо їх фотосинтез під сильним сонячним світлом і порівняємо його з експериментом на Землі».
Результати
Наступного дня експеримент увійшов у нову фазу, коли настала місячна ніч, зовнішня температура впала до -52°C (-62°F), і експерименту не вдалося підтримувати комфортну температуру. Оскільки температура продовжувала падати, врешті-решт досягнувши -190°C (-310°F), експеримент продовжував перевіряти довговічність BEP. Згодом повідомили, що пророщені рослини загинули, картопля не зійшла, а плодові мушки не вилупилися. Загальний час проведення експерименту склав дев’ять днів замість запланованих 100. Але, як зазначив Се, було отримано цінну інформацію. Сі сказав:
«Хоча наші рослини можуть рости в умовах природного сонячного світла та радіації на Місяці, безпека цих рослин не оцінювалася. Чи здорові вони чи ні, потребує подальших досліджень. Наші експерименти також показують, наскільки важко вижити на Місяці і як пережити місячну ніч. Наші перші біологічні експерименти на Місяці для людства повністю демонструють, що на Місяці можна побудувати відновну екосистему для створення людської бази».
Забігаючи наперед, Се та його колеги планують провести подальші експерименти зі стабільними лавовими трубами, які Китай також розглядає як потенційну базу. «Ми вперше відправили шість видів із Землі на Місяць для проведення біологічних експериментів, що стало важливою віхою у створенні бази для виживання людини на Місяці», — сказав він. «Наша команда зараз проводить дослідження того, як створити людську базу та експерименти з космічною фермою, використовуючи печери місячних лавових труб».
Менш ніж за два роки NASA планує відправити астронавтів на Місяць вперше з часів ери Аполлона. Китай сподівається зробити те саме, відправивши перших тайконавтів у південний полярний регіон Місяця до 2030 року. Довгострокові цілі цих та інших агентств, таких як ESA, Роскосмос та Індійська організація космічних досліджень (ISRO), є не меншими. створення постійного людського форпосту на Місяці, який уможливить дослідження, розвідку, міжнародну співпрацю та місії в глибокий космос. Ключовим аспектом цього буде використання місцевих ресурсів для задоволення потреб екіпажів.
Один із найкращих способів забезпечити постійне постачання їжі, придатного для дихання повітря та здоров’я екіпажу (фізичного та психічного) — це побудувати середовища існування, які можуть вмістити теплиці та експерименти з рослинами. Коротко кажучи, астронавти повинні брати з собою елементи біосфери Землі, щоб жити, працювати та процвітати в позаземному середовищі. Уроки цього дослідження допоможуть прокласти шлях кожному, хто має намір піти.
