Эксперименты по самообеспечению людей в замкнутой экосистеме уже в 1970-х помогли полностью снабдить их растительной пищей. Однако они требовали земной почвы, да и создать замкнутые системы по обеспечению людей животным белком тогда не удалось. Теперь ученые пробуют другой подход к обеспечению поселений на Марсе.
Аквапонная система, которую исследователи использовали в своей эксперименте. Закрытая пластиковая емкость содержат тилапию нильскую / © Unibersity of Greenwich
В 1972 году в СССР провели эксперимент БИОС-3. Тогда в 315 кубометрах полностью изолированных помещений три человека получали весь нужный им объем кислорода и растительной пищи только от выращиваемых там же растений. Кислород давали микроводоросли, они же поглощали СО2, а пшеница, соя, овощи и другое давали 80% всех потребляемых людьми калорий. Только 20% калорий, что приходились на животную пищу, брали из консервов.
При всей успешности эксперимента ясно, что возить консервы на тот же Марс будет крайне сложно. Следовательно, подобные системы не были вполне замкнутыми, требуя подвоза части продовольствия с Земли.
Другое узкое место такой схемы: сам субстрат для выращивания сельхозрастений должен быть земного происхождения, иначе достаточно высокой урожайности не будет. Если речь идет о почве для прокорма троих в БИОС-3, то проблемы нет. Но крупные марсианские базы могут потребовать многих тонн привезенной почвы или ее заменителя.
Ученые из Университета Гринвича (Великобритания) отметили, что это большая проблема, поскольку минимальная оценка стоимости доставки груза на Марс в научной литературе сегодня — 175 тысяч долларов за килограмм. Они пишут о том, как обойти эту проблему, в популярном материале на сайте The Conversation, а также в научной работе, вышедшей в этом году.
Предложенный подход известен как аквапоника. В нем сочетается аквакультура — выращивание рыб в пластиковых емкостях — с чем-то вроде гидропоники, то есть выращиванием растений на искусственной среде, без использования обычной почвы. Аквакультуру выбрали как более перспективный источник белка, чем другие аналоги. Например, нильская тиляпия, использованная в экспериментах, требует 1,6-2,0 килограмма растительных кормов для получения одного килограмма собственного веса.
Для домашней птицы этот коэффициент сходный, а для более крупных сельхозживотных — намного выше. Однако птицеводство вне Земли — сомнительная идея, поскольку потребует существенных площадей и создаст проблемы с уборкой отходов. А вот аквакультура намного компактнее (рыбам надо меньше места) и проще решает проблемы с уборкой отходов жизнедеятельности животных.
Исследователи из Гринвичского университета сконцентрировались на другом плюсе аквакультуры — возможности ее использования для модификации почв. Они приобрели два коммерчески доступных симулятора марсианского реголита (стерильные продукты измельчения скальных пород), чтобы во время эксперимента поливать их не обычной водой, а «рыбной». То есть той, которая образуется при периодическом очищении емкостей с тиляпией, или той, что сливается из микробиореактора (маленький септик), где продукты жизнедеятельности тиляпии разлагаются бактериями.
В горшки с аналогом марсианского реголита ученые посадили картошку, томаты, карликовую фасоль, морковь, салат-латук, весенний лук, шнитт-лук и базилик. Затем те же культуры посадили в горшки с обычной почвой, продающейся в магазинах для садоводов. Обе группы горшков поставили в закрытое помещение под светодиодные лампы общей мощностью 600 ватт. В помещении поддерживались нужные растениям температура (плюс 25-26 градусов) и влажность. Эксперимент по выращиванию продлился 72 суток.
Авторы исследования отметили, что в горшках с аналогом марсианского грунта растения проросли существенно позже, чем в обычной земной почве (например, через семь и четверо суток соответственно для картофеля). Причиной, видимо, стала существенно более высокая соленость «марсианского» грунта, мешавшая прорастанию.
Однако дальнейшее развитие того, что посадили в аналоге марсианского реголита, шло лучше, чем можно было ожидать. Все виды растений показались всхожесть и достаточно здоровую зеленую биомассу.
Напротив, ряд овощей в земном садоводческом грунте давали желтоватые листья из-за недостатка фосфора в почве. Исследователи отнесли это на счет необходимости вноса удобрений, чего они не делали ни для земного, ни для аналога марсианского грунта. Это и логично: ведь на Марсе магазина, торгующего удобрениями, явно не будет.
Масса плодов у растений в земном грунте, несмотря на это, была значительно выше, чем в аналоге реголита. Например, картофель показал трехкратный разрыв по массе клубней. Отдельные культуры за 72 суток вообще не успели дать плодов.
Тем не менее эксперимент выглядит достаточно успешным. «Рыбная вода», полученная от компактных замкнутых емкостей с рыбами и их отходами жизнедеятельности («рыбный ил»), обеспечила аналог марсианского реголита довольно высокими концентрациями фосфора, калия и азота. В земном садоводческом грунте этих элементов было значительно меньше. Даже если урожайность на «марсианском» аналоге почвы была невысока, с практической точки зрения лучше иметь треть урожайности земной теплицы на Марсе, чем необходимость везти туда тонны земного грунта.
Особенно важно то, что аквапоника позволяет и получать нужные объемы белка от разведения рыб и вещества, необходимые для выращивания растений с очень малых площадей. Все это работает без вноса любых дополнительных удобрений. Молодь рыб и семена земных растений довольно компактны, их можно доставить на Марс на космическом корабле. На самой Красной планете, как земная наука уже знает, вполне достаточно водного льда, чтобы обеспечить большие емкости для массового разведения рыб и получения от них веществ, нужных для удобрения местного реголита.
Комментарии
Насекомых, как источник белка, не рассматривали? Может оказаться выгоднее и проще, чем рыба, тем более чем птица.
Авторы думают в перспективе попробовать муравьиную львинку, но вообще с насекомыми в этом смысле есть серьезные сложности. Чисто жидкая уборка за ними затруднена, хитин их человеком вообще не усваивается, психологические сложности тоже есть.
А в чём принципиальная необходимость есть насекомых? Потому что это модно? Как будто именно животные займут основную часть площадей (очевидно нет, растения займут в несколько раз больше). Вольер с курицами 5×5 метров, или 2000-литровый бассейн с рыбой...кем вообще нужно быть чтобы с серьёзным видом рассуждать что колонисты на самообеспечении будут есть червей? Чтобы что? Какая выгода?
Ещё раз: самообеспечение это "свет->растения->животные". В этой схеме растения ВСЕГДА займут львиную часть площадей, тот кто выдумывает противоестественные схемы чтобы сэкономить 5% герметичного объёма - оторванный от жизни фантазёр. Ну или азиат, привычный к червям (как, если не ошибаюсь, сделали китайцы в своём китайском "биосе-4"). Но привычный, не значит готовый есть насекомых годами, когда альтернатива в виде мяса столь же доступна!
Люди будут есть нормальную еду хотя бы потому, что психологическое равновесие это критически важный фактор успеха всей миссии. А фантазёры конечно публикуют свои странные идеи, но вот нужно ли их популяризировать, понимая что они изначально нежизнеспособны? Вот это большой вопрос!P.S. Александр, это не лично к вам претензия, вы-то как раз, как разумный человек, про личинок упоминать в статье не стали. Но тенденция "кормить" космонавтов личинками имеется, и не может не печалить
Вроде складно, но изъян сокрыт внутри:
>Рыбная вода», полученная от компактных замкнутых емкостей с рыбами и их отходами жизнедеятельности («рыбный ил»), обеспечила аналог марсианского реголита довольно высокими концентрациями фосфора, калия и азота
и дальше
>Все это работает без вноса любых дополнительных удобрений
Ну и откуда в рыбном иле фосфор, калий и азот, Александр? Так из грунта же! Растения растут, перемещают вещества из почвы в биомассу, потом тилапия ест растения и перемещает "фосфор, калий и азот" в свой кал.
Ок, разобрались. Рыба в этой схеме для чего? Плодородие она не увеличивает. Как вы собственно и написали, растения прекрасно выросли в марсианском грунте и без рыбьего ила. Так что волшебная "аквапоническая" агротехника пока не очень складывается.
Отдельный вопрос к исследованию, какая такая "засоленность" марсианского грунта у них была. Что-то не встречал данных что на Марсе сплошь солончаки. Выглядит это несколько искусственно...
1, разумеется, из растительной пищи. Очевидно, что тилапий придется кормить частью той растительной массы, которая вырастет на удобренном ими же грунте.
При больших размерах системы какой-то внос элементов со стороны понадобится, разумеется, но это уже вопрос очень многих лет выращивания. До него пока марсианская колония не дошла -- она пока еще до начала постройки первой базы даже не дошла.
Александр, грунт, который будет удобрен тилапиями, не станет богаче элементами. Потому что элементы из него уже были извлечены до этого, чтобы вырастить растения, которые пошли на корм тилапиям. Система-то замкнутая)
Так что тилапии лишь возвращают обеднённый грунт к его изначальному состоянию (и то не полностью). Зачем они тогда нужны?
Единственный вариант, когда от рыбьего ила польза - это когда мы, условно, извлекли элементы с 10м2 грунта, а ил внесли в 1м2. Тогда этот 1м2 будет более плодородным, да. Но зачем эта возня, если на Марсе изначально уже достаточно хороший грунт, бери сколько хочешь и выращивай?
1, кушать будут колонисты. Вот за тем и нужна рыба в этой схеме.
Был такой американский эксперимент "Биосфера-2", который показал, что изолированные экосистемы нестабильны. В естественных земных условиях сложные организмы живут в симбиозе со множеством других организмов, и если этот баланс нарушается, то они погибают или деградируют. Поэтому гипотетической марсианской колонии первые лет двадцать не стоит, на мой взгляд, рассчитывать на картошку, рыбу, курятину и даже тараканов. Ставку надо делать на одноклеточных - они проще и могут жить и размножаться в очень стесненных условиях. Именно они должны давать колонистам все необходимые белки, жиры, углеводы, витамины и т.д. Такая еда, конечно, будет типичным "хрючилом", но тут уж, как говорится, не до жиру.
Это у американцев не пошло, потому что подход был так сказать биосфероцентрический. А земная биосфера в замкнутом пространстве не нужна и неустойчива, подход неправильный.
У нас, русских, был правильный прагматичный подход. И всё прекрасно работало в эксперименте БИОС-3. Через десятки лет после БИОС-3, китайцы повторили наш эксперимент, и он снова удался. Китайцы даже улучшили результат, часть животного белка получали на месте, разводя червей
https://cyberleninka.ru/article/n/optimizatsiya-massoobmennyh-protsessov-v-bios-3-i-lunar-palace-1-sravnitelnyy-analiz
1, и всё-таки мне кажется, что бактерии перспективнее) В начале пищевой цепочки - фотосинтезирующие автотрофы, которые используют для производства органики соединения, распространенные на Марсе. Далее эту органику скармливают различным микроорганизмам для получения нужных для питания людей производных. Понятно, что такие бактерии должны быть созданы методами генной инженерии, чтобы максимально соответствовать марсианской специфике. Современной науке такая задача пока не по силам, но мы как бы и колонию на Марсе мы не завтра создаем.
На мой взгляд, колонизация Марса вообще выглядит утопией, пока не будут созданы роботы с продвинутым ИИ, способные автономно решать широкий спектр задач - копать, строить, собирать, производить и т.д. Они должны провести все подготовительные работы перед прибытием колонистов. Иначе мы будем отправлять людей в ад, причем с билетом в один конец.
А чем бактерии перспективнее растений? Нет, я не спорю что из бактерий можно лепить корм для куриц или рыб, но преимуществ тут особых и нет, а растения будут нужны всё равно, в качестве основной доли еды для людей. Ну и раз люди едят растения не полностью, то стебли/корни логично пускать на корм животным. Если корма будет не хватать, можно дополнять бактериями, почему нет...
Сложные организмы заточены под земные условия, воспроизводить которые на Марсе будет тяжело, дорого и с постоянным риском, что что-то пойдет не так. А вот бактерии могут замечательно жить в широком диапазоне температур, давлений, радиации, в самой разнообразной химической среде. Земные экстремофилы замечательный тому пример. Т.е. надо перевернуть задачу - не строить навороченные космические курятники, а создать марсианских "кур", только одноклеточных)
Люди тоже заточены под земные условия. Вот где люди будут жить, там же вырастут и растения, и рыба с курицей...
Люди - это единственное, ради чего стоит городить огород с земными условиями на Марсе. Ну, если мы, конечно, не хотим выводить особую породу марсианских людей - есть и такие идеи. Все остальное должно быть максимально приспособлено к местным условиям. Это логичней, рациональней, экономичней.
А в человеческом жилье кур и свиней держать - это что-то из деревенских обычаев XIX века)
Ну удачи в разработке питательных бактерий, которые замечательно плодятся в марсианском вакууме
Не передёргивайте. В простейший закрытый чан можно закачать нужный газ - и никакого вакуума. Бактериям этого хватит.
Закрытый чан, это герметичный? И чем это проще чем выращивать растения в герметичных же жилищах людей?
Zhe, если будут разработаны такие роботы, то и человек там не особо нужен. Пусть железки Марс колонизируют. Но пока таких роботов нет без людей хоть в один конец хоть в два ничего не выйдет.
Иван, а зачем там колония роботов? Спайс и вибраниум добывать? Вряд ли они там есть) Все остальное не имеет экономического смысла из-за логистики.
Вот Маск предлагает: Марс как Ноев ковчег в случае глобальной катастрофы на Земле. Ну, хоть что-то. И вообще, голубая мечта всей прогрессивной интеллигенции ХХ века - улететь на другую планету. Тоже интересно. А без подобных целей роботам на Марсе делать, скорее всего, нечего.
Zhe, ну вы же сами предлагаете пусть роботы с продвинутым ИИ все сделают за нас. Подготовят, а мы позже понаедем. Но настолько продвинутый ИИ что ему и люди не нужны в процессе подготовки может обойтись без людей и позже. К примеру не пустить этих гадящих и жрущих в свою экосистему.
Продвинутый, я имел в виду, в смысле поработать, а не бузу бузить) Как говорится, самозванцев нам не надо - командиром буду я!
Zhe, "Был такой американский эксперимент "Биосфера-2"
Эксперимент "Биосфера-2" был задуман людьми, которые не подумали над ним достаточно. Они захотели воспроизвести адово сложную систему с участием диких видов. Поэтому у них все и было неустойчиво. А вот в БИОС-3 все было вполне устойчиво -- потому что дикие виды туда никто не тащил.
Поэтому в целом снабжению колонии на Марсе хлебом, соей и свежими овощами ничего не мешает. С рыбой вот интереснее, да. Но, видимо, тоже решаемо.
Что-то ctrl+Enter не работает, так что постаринке:
>>>Закрытая пластиковая емкость содержат
содержит
>>>использованной для разведения тилапии
тиляпии
>>>Все виды растений показались всхожесть
показали
Андрей, "тилапия" -- равносильный "тиляпии" словарный вариант. Остальное учтем, спасибо
Как говорила королева, начнём с начала. Для аквапоники, исходя из названия, потребуется вода. Если уж грунт везти затратно, то воду тем более, плотность то слегка повыше. Далее, если вода добывается на месте, никаких минервльных включений, увы. Ну а тилапия в дистилляте вряд ли выживет, да и стоит ли так издеваться над живыми организмами? Как говорил Ломоносов, ничто из ничего не происходит, о каких удобрениях идёт речь? Разве что о тех, которыми нам пытаются удобрить сознание
PotatOS, "Если уж грунт везти затратно, то воду тем более, плотность то слегка повыше"
Затраты на перевозку воды на Марс и Луну в целом ожидаются близкими к нулю, потому что оба небесных тела имеют существенное количество водного льда, распространенного, в случае Марса, географически весьма широко.
"Далее, если вода добывается на месте, никаких минервльных включений, увы. "
Это достаточно сомнительно (как минимум в случае Марса). Например, морской лед имеет содержание соли примерно как в воде Балтийского моря. Марсианский реголит достаточно богат солями, чтобы вода, которая там в виде льда есть, не была реально пресной. То есть ее можно будет пить, вероятно, без обессоливания (хотя какой-то легкий привкус и будет), но минералов в ней точно будет не ниже, чем в типичной пресной на Земле.
"Как говорил Ломоносов, ничто из ничего не происходит, о каких удобрениях идёт речь? Разве что о тех, которыми нам пытаются удобрить сознание"
Ни о каких. Метод из работы вноса дополнительных удобрений не требует, в новости ясно написано.