«Огород» над облаками

«Огород» над облаками

Растения — наша радость

Начиналась третья неделя работы космонавтов на борту «Салюта». Но сама станция в космосе находилась уже два месяца, совершив 1000 оборотов вокруг земного шара. Командир экипажа Г. Добровольский и инженер-испытатель В. Пацаев отдыхали. Дежурил на связи бортинженер В. Волков — «Янтарь-2».

Деловые переговоры с Землей закончились, осталось несколько минут просто для беседы.

— «Янтарь-2», как настроение? — поинтересовалась Земля.

— Как настроение? Нормально, — ответил В. Волков. — Только вот, когда ребята спят и не с кем перекинуться словом, чувствуешь себя не совсем уютно в этом космическом доме. А какая у вас там погода?

— Неважная стоит погода — пасмурно, ветер, дождь, — пожаловался оператор.

— А здесь, на орбите, Солнце в иллюминаторах прямо слепит, — тоже не слишком радостно сообщил В. Волков.

— Значит, дождя у вас нету? — пошутила Земля.

— Нет у нас дождя. Нет ничего земного вокруг — одна космическая красота!

— За растениями наблюдаете? — поспешил с вопросом оператор.

— Еще бы! — оживился бортинженер. — Даже чаще, чем предусмотрено программой. К зеленым росточкам у нас отношение особое. Растения — наша радость. Ухаживаем за своим космическим огородом, стараемся. Растут наши овощи хорошо.

— Поливаете аккуратно? — с невозмутимой серьезностью спросила вдруг Земля.

— Шутники, — засмеялся В. Волков, — попробовали бы поливать в невесомости — легче воду в решете носить.

Потом, дня через три, в телевизионном репортаже Г. Добровольский как бы продолжил рассказ бортинженера.

«Мы постоянно наблюдаем за этими растениями, — говорил он, — нам доставляет удовольствие следить за тем, как они прорастают. И мы ежедневно по нескольку раз заглядываем в наш зеленый уголок. Растениям здесь созданы нормальные условия. Они дважды в сутки подпитываются специальным раствором и освещаются тремя специальными лампами. Этот контейнер с нашими любимцами называется „Оазис“. Кроме него, есть еще блок, в котором размещены водные бактерии, дрожжи, хлорелла…»

Человеку свойственно ощущать свою причастность к земной природе, где бы он ни находился. Но когда оказываешься за пределами родной планеты, это воспринимается особенно остро. Обратите внимание, с каким волнением и теплотой рассказывают космонавты о том, как выглядит Земля с высоты орбиты. Ну а если вместе с ними путешествует в безжизненной пустоте космоса кусочек живого мира, то забота о «земляках» становится прямо-таки нежной. Даже когда эти «земляки» — зеленые стебли обыкновенного гороха. Именно его, кстати, выращивали на «Салюте-4» А. Губарев и Г. Гречко, а затем вновь посадили участники следующей экспедиции — П. Климук и В. Севастьянов.

«Оазис» — это специальная установка для культивирования растений в условиях невесомости. Во время работы на «Салюте-4» первой экспедиции она преподнесла неожиданность: капилляры искусственного заменителя почвы вдруг стали подавать излишек воды. Г. Гречко возился с установкой несколько дней, но все же ухитрился так изменить водоснабжение, что первые космические ростки гороха были получены.

Биологи ликовали — самый настоящий горох! Впервые в космосе растения прошли тогда полный цикл развития от семени до взрослого стебля. По возвращении на Землю растения обмерили, сфотографировали и зафиксировали в углекислоте. По внешнему виду их невозможно было отличить от земного гороха. Хотя вовсе не исключено, что в строении клеток, например, кое-какие отличия будут найдены. Правда, смущало ученых одно обстоятельство: из 36 зерен, помещенных в «Оазис», взошло и выросло только… три. Такой всхожестью, как вы понимаете, никак не похвалишься. В чем же дело?

Не имея надежных данных о том, как влияет невесомость на развитие растений, авторы эксперимента положили зерна в свой «Оазис» как попало. На Земле, естественно, корень всегда уходит в почву, вниз, а проросток тянется к свету. А как быть горошине в космосе, где нет ни верха, ни низа? Куда ей прорастать?

Выяснилось, что горошине подсказывает, как быть, не гравитация, а генетически заложенная в нее так называемая полярная ориентация: если проросток направлен к свету, то корень непременно в противоположную сторону. Значит, стоит только помочь горошине — заранее сориентировать ее так, чтобы корешок уткнулся в почву, а проросток направился к свету, — и всходы обеспечены. В ином случае растение погибнет.

Предположение ученых проверяла вторая экспедиция на «Салюте-4». П. Климук и В. Севастьянов захватили с собой на орбиту усовершенствованный «Оазис» и семенной материал. Расположили зерна в соответствии с заданием. И вот на десятые сутки биологи, преодолевая нетерпение, запрашивают космонавтов: как, мол, там растения?

— Все в порядке, — спокойно докладывает В. Севастьянов, — можно собирать урожай — стрелки лука уже достигли 10–15 сантиметров.

— Какие стрелки, какого лука? — обомлели сначала на Земле, но быстро спохватились: — Понимаем, это шутка, мы же вам давали горох, а не луковицы.

— Были у нас семена гороха, верно, — сжалился над биологами бортинженер, — но мы прихватили с собой из дома и две луковицы, посадили их, так сказать, сверх плана. А горошины почти все взошли, теперь подрастают. Так что в космосе жить можно!

Однако дальнейшие опыты с растениями, проведенные в более длительных полетах уже на борту орбитальной станции «Салют-6», принесли ученым немало новых сюрпризов. Тот же горох вопреки заверениям В. Севастьянова, что в космосе жить можно, почему-то никак не мог там выжить. Раз за разом высаживали его в «огороде над облаками», семена прорастали, растения нормально развивались и… погибали. «Космических» семян никак не получалось, хотя уход за растениями организован был не только тщательный, но даже, я бы сказал, он был сверхзаботливым. Космонавты каждодневно возились в своем «огороде», лелеяли каждый росток, а результат все тот же — сохранить их не удалось. Какие-то рахиты вырастают в невесомости…

Тем не менее ни ученые, ни космонавты не опускают рук, не теряют надежды. Они по-прежнему рады и таким уродцам в «космическом огороде».

— «Фотон-2», вас просит на связь биолог, — вызывает как-то Земля А. Иванченкова. Тот не откликается, и за него отвечает командир экипажа В. Коваленок:

— «Фотон-2» по грибы пошел.

Все в дежурной смене Центра управления заулыбались, но в шутке была солидная доля правды. На борту «Салюта-6» проходил тогда эксперимент по выращиванию грибов в специальной установке. А. Иванченков действительно решил посмотреть, что происходит на космической грибной «плантации», проконтролировать, говоря научным языком, ход эксперимента. Потом эта фраза «пошел по грибы» часто звучала с борта «Салюта» и по разным другим поводам.

Грибы на «плантации» росли весьма странные. Ножки у них завивались, перекручивались и мотались из стороны в сторону, словно пытались найти себе опору, не понимая, что их лишили главного — земного тяготения. Но даже к таким уродцам космонавты проявляли участие, нежно о них заботились. Вновь подумалось: какой удивительно стойкий интерес вызывает все живое, создавая своеобразную психологическую поддержку в трудной работе. Недаром космонавты теперь непременно берут с собой на орбиту дополнительные семена по собственной инициативе: кто укроп, кто петрушку, кто чеснок, кто лук…

Конечно, растения на борту орбитальных станций появились не только и не столько потому, что своим зеленым видом они радуют глаз космонавтов, напоминая о родной планете, сколько в целях гораздо более существенных.

Человеку необходимо дышать, пить, есть. Как говорится, при любых обстоятельствах — будь он во льдах Антарктиды, в пекле Сахары или на дне океана. Ничего тут не поделаешь — так уж мы устроены. Природа держит нас как бы на поводке, и, надо сказать, очень коротком. Полторы-две минуты без кислорода — и…

На борту космических станций мы сумели приспособиться к отсутствию привычной на Земле тяжести, но никогда и нигде нам не удастся обойтись без кислорода, воды, пищи. Космонавты успешно работают на орбите уже по нескольку месяцев кряду. Они пользуются при этом запасами кислорода, воды и продуктов, взятыми с Земли. Сможем ли мы и в дальнейшем довольствоваться такой системой жизнеобеспечения? Несомненно, если иметь в виду полеты в течение вполне определенного времени и только на околоземной орбите, где помогут грузовые транспортные корабли типа «Прогресс». А вот, скажем, для межпланетных экспедиций, которые продлятся годы, устроить на борту корабля кладовую необходимых продуктов невозможно, она займет непомерно много места. Остается одно — создать на корабле-планетолете такие условия, при которых он превратился бы, по существу, в своеобразную «мини-Землю». Иначе говоря, придется организовать так называемый замкнутый цикл жизни, систему круговорота веществ, выполняющую функции земной биосферы.

Еще в начале века К. Циолковский, предвидя проблемы освоения космоса, предлагал использовать для этих целей растения, их замечательное свойство — поглощать углекислый газ и вырабатывать кислород. В его представлении система замкнутого цикла жизни выглядела как оранжерея. «Тогда не придется более расходовать запасов кислорода и пищи, — утверждает К. Циолковский устами одного из героев своей книги „Вне Земли“, — избыток растений нам даст и то и другое. Все наши выделения и отбросы также целиком будут поглощаться. Мы будем брать от растений столько же, сколько и давать им…»

Подобные космические оранжереи, цветущие сады за пределами нашей планеты для современной космонавтики — голубая мечта, дело отдаленного будущего. Однако сама идея круговорота веществ, как теперь говорят, вполне конструктивна, то есть поддается реализации и на нынешней технической основе. Во всяком случае, ученые уже давно задумались над путями ее осуществления, хотя бы и частично.

От хлореллы до пшеницы

В поисках подходящих растительных организмов специалисты обратили внимание на хлореллу — микроскопическую зеленую водоросль. Специалистам приглянулись ее универсальные свойства. Правда, обычные «сухопутные» растения дают кислорода больше, чем хлорелла, но явно не могут с ней соперничать в другом отношении: слишком они громоздки, занимают много места. К тому же хлорелла не только «генератор» кислорода, но и вполне съедобная биомасса, содержащая почти все необходимые человеческому организму вещества. Она наполовину состоит из белка, а другая ее половина — это жиры, углеводы, витамины.

Начались широкие опыты с хлореллой и на Земле и в космосе. Например, в Красноярском институте физики Сибирского отделения АН СССР построили компактный культиватор хлореллы. Он поглощал углекислый газ, выделяемый человеком при дыхании, а под светом мощной лампы водоросли вырабатывали кислород. Испытатели неделями жили в герметической кабине и дышали кислородом, который обеспечивал культиватор. Кюветы общей поверхностью около восьми квадратных метров, содержавшие хлореллу «живым весом» всего-навсего полтора килограмма, полностью удовлетворяли потребности в кислороде одного человека.

С небольшой химической доочисткой через культиватор хлореллы совершала круговорот и вода.

Эти и многие другие эксперименты убедительно показали, что хлореллу удобно использовать в космосе как источник кислорода и воды. Технически вполне возможно построить автоматизированную бортовую установку на основе хлореллы, которая успешно будет соперничать с традиционными физико-химическими регенераторами кислорода и воды, разумеется, в случае достаточно длительного срока действия. К тому же совсем недавно обнаружена у хлореллы и еще одна очень ценная для космонавтики способность — очищать атмосферу от вредных примесей. Но на пищевом фронте позиции знаменитой водоросли оказались не такими прочными. Человеку трудно привыкнуть к пище из водорослей, даже если она очень полезна и питательна.

Вот почему ученые продолжают искать других кандидатов на роль биологических звеньев систем жизнеобеспечения, в том числе и среди высших растений. В свое время К. Циолковский, например, ратовал за бананы. Теперь же специалисты предпочтение отдают растениям попроще, таким, как картофель, пшеница, свекла, редис, капуста, морковь.

Между прочим, подбор культур для космического огорода — дело далеко не простое. Только у нас в стране возделывается свыше четырехсот видов съедобных растений, и у каждого из них есть свои достоинства. Первое, что требуется от претендента на космическую судьбу, — высокая урожайность. Не менее важен и состав получаемой биомассы. Комплекс растений надо подобрать так, чтобы был обеспечен наиболее полезный, питательный «букет» веществ.

В ежедневном рационе человека большая часть по весу принадлежит углеводам. Кому из растений можно поручить роль их поставщика? Пока называют среди главных претендентов картофель, свеклу и пшеницу. Почему пока? Дело в том, что эти растения возделывались только в полевых условиях. О том, насколько удастся их приспособить для космических оранжерей, ничего не известно. В этом отношении они для специалистов знакомые незнакомцы. Развернули опыты по их выращиванию в контролируемых условиях, на различных питательных почвах, чтобы выяснить, как эти растения ведут себя при искусственном освещении, решить другие вопросы. Эксперименты показали, например, что урожай картофеля в подобных условиях повышается в два раза.

От опыта к опыту растения, что готовятся к полетам в космос, как бы заново открываются для человечества. И это не может не сказаться на земной сельскохозяйственной практике.

Так космос приучает по-новому взглянуть на природу, использовать ее ресурсы наиболее эффективно, наиболее полно.

Проверку проходят и те качества, на которые прежде не обращали внимания. Кого могло интересовать, как картофель будет реагировать на действие радиации? А для космических оранжерей это важно. Вдруг под воздействием космических излучений картофель, допустим, переродится и через несколько поколений его клубни окажутся несъедобными? Или произойдут с ними другие какие-то метаморфозы?

Не менее важно заранее убедиться и в том, что растения будущего «заоблачного огорода» совместимы с человеком. Ведь есть немало представителей зеленого царства, с которыми мы прекрасно уживаемся, когда они растут на воле, но стоит оставить их на ночь в доме, как может случиться неприятность, а то и беда. Речь идет о летучих веществах, выделяемых растениями в процессе их «дыхания». Таким дорога в космос должна быть надежно закрыта, иначе они могут оказать неблагоприятное воздействие на космонавтов.

Тщательно и разносторонне исследуют ученые характер и возможности растений, прежде чем рекомендовать их в космический полет. Был проведен, например, уникальный эксперимент, во время которого три испытателя целый год находились в «земном звездолете». К герметической кабине, где жили испытатели, подключалась оранжерея с высшими растениями. В кюветах на специальных смолах, насыщенных необходимыми для развития растений элементами выращивались капуста, кресс-салат, укроп, огуречная трава. Эта небольшая оранжерея работала в режиме конвейера — все время была свежая зелень. Каждые сутки участники эксперимента имели нужное количество зеленой массы, богатой витаминами. Ученые убедились, что в герметически замкнутом помещении можно выращивать высшие растения, многократно используя воду, и что они совместимы с человеком — не оказывают друг на друга неблагоприятного влияния.

В другом похожем эксперименте «биологическое звено» образовали из трех частей: человека, культиватора хлореллы, о котором я уже упоминал, и специальной камеры с искусственным климатом — фитотрона, где росла пшеница. В течение длительного времени испытатели находились в герметическом помещении и дышали воздухом, кислород для которого предоставляли хлорелла и пшеница в обмен на углекислый газ. Был налажен и круговорот воды в этой замкнутой системе. Все три ее составные части показали полную биологическую совместимость.

Любопытно, что в этом эксперименте испытатель сам занимался возделыванием пшеницы, выступал, так сказать, в роли хлебороба. Установка, заменявшая поле, представляла собой герметичную камеру с прозрачной крышкой; сквозь нее круглые сутки лился свет. «Почвой» служили планки с отверстиями, в которые высевались зерна. Корни и стебли через отверстия выходили наружу. Корни периодически омывались питательным раствором. Пленки свободно перемещались, поэтому ширину междурядий можно было легко регулировать, чтобы наиболее рационально использовать освещаемую площадь. Плоды своих трудов испытатель в прямом смысле «вкушал сам», так как из выращенного зерна выпекался хлеб.

Ряд экспериментов с несколькими испытателями (общей длительностью — 6 тысяч часов) привел ученых к выводу, что конвейерное возделывание пшеницы на площади 20 квадратных метров способно обеспечить растительную долю белковой и значительную долю углеводной части суточного рациона одного человека. Длительность непрерывного действия системы превышала сто суток, а жизнь человека в ней — три месяца. При этом не обнаружено никаких биологических препятствий для дальнейшего увеличения сроков работы всей системы.

Тысячелетиями кормила пшеница людей. Неспроста они выбрали этот злак — у него бесценные пищевые достоинства. В пшеничном зерне наилучшее сочетание между белками и углеводами. Нет ничего удивительного, что именно пшеницу включили ученые в число первых кандидатов для космических оранжерей. Думаю, сказался здесь и чисто психологический фактор: человеку в долгой разлуке с Землей очень трудно будет обойтись без хлеба.

Все эти предположения, планы, опыты и эксперименты нуждаются, не будем этого забывать, в проверке космосом. Правда, кое-что уже пригодилось и на Земле. Например, в Советском Союзе построена установка полупромышленного типа для выращивания хлореллы. В честь первых советских космических кораблей ее нарекли «Востоком». С квадратного метра поверхности установки за сутки получают 15 граммов хлореллы в сухом виде. Летом с одного гектара можно собрать более ста центнеров чистого белка. Это почти в 25 раз больше, чем дает гектар картофеля или пшеницы. Плантации хлореллы — теперь в этом убедились — неисчерпаемый источник белков, которые нужны не только пищевой промышленности, но и животноводству, птицеводству как добавка к кормам. Сейчас налаживается производство хлореллы в промышленных масштабах. Видите, как получилось: еще окончательно неясно, попадет ли хлорелла с космонавтами в полет, а она уже нашла себе применение на Земле.

Ну а как же складывается космическая судьба растений? Надо сказать, не слишком-то благополучно. «Огород над облаками» дал только стебли пшеницы и гороха, да и те развивались лишь до цветения, а потом погибали. Хорошо рос лук, но стрелки его, по отзывам космонавтов, были водянистыми и горькими. Попробовали вырастить корнеплоды — морковь, редис. И снова результат неутешительный.

Тогда биологи решили обмануть космос с его коварной невесомостью. Во время очередной экспедиции на «Салюте-6» В. Ляхову и В. Рюмину поручили провести эксперимент с небольшой центрифугой «Биогравистат». Внутри прибора моторчик вращал ротор со скоростью один оборот в секунду. Тем самым создавалась искусственная гравитация, приблизительно соответствующая земной на уровне моря. Семена огурцов и других растений высевались произвольно, но корешки прорастали в одном и том же направлении — всегда от центра. Словом, семена вели себя так, будто они высажены в земную почву. И хотя полет продолжался почти полгода — 175 суток, огурцы вырастить так и не удалось. Вернувшись на Землю, В. Рюмин сообщил, что посадил перед уходом со станции четыре огуречных семечка. «А что, — сказал он, — посмотрим, вдруг вырастут огурцы?»

Надо же было случиться такому, что В. Рюмину со следующей экспедицией довелось вновь отправиться на «Салют-6». И он не преминул этим воспользоваться. В одном из первых телесеансов с орбиты В. Рюмин с торжествующим видом показал изумленным биологам настоящий, полновесный огурец, якобы выросший на станции за его отсутствие. Конечно, догадались, что это был муляж, но в Центре управления полетом смеялись от души: уж очень неожиданным оказалось это вещественное доказательство.

«И на Марсе будут яблони цвести»

Шутки шутками, но, как утверждают ученые, высшие растения в космосе развиваются иначе. Изменения происходят, по-видимому, на клеточном уровне. Но об этом ученые знают еще очень мало. Не могут они ответить и на вопрос: почему растения в космосе не цветут. Впрочем, совсем недавно зацвели.

…На космодроме шла подготовка к запуску «Прогресса-6» — грузового транспортного корабля. Началась его загрузка, и вскоре все узнали, что готовится необычная посылка — цветок. Первый, космический… Конечно же, тюльпан. Нет, не из тех, что цветут по весне вокруг стартовой площадки Байконура. Ученые не поступаются интересами науки — у них свой взгляд на цветы. Тем не менее каждый понимал: космонавтам будет приятно получить с Земли столь красивый подарок.

«Бутон почти распустился, — пояснили биологи, — но зацвести тюльпан должен в космосе. Разумеется, что прежде всего это часть исследовательской работы, проводимой на борту „Салюта-6“. Мы пробуем выяснить влияние невесомости и других факторов полета на растения. Ну а тюльпан к тому же еще и символ весны, проявление нашей заботы о людях, которые два с половиной месяца трудятся на орбите».

Ничего из этой затеи не получилось. Космонавты с грустью сообщили, что тюльпан так и не расцвел — завял на следующий день. И трава почему-то не растет — поливай ее, не поливай…

Потом, когда космонавты вернулись из полета, В. Ляхов сказал в сердцах: «Судя по всему, в космосе никто жить не может!» — «Кроме, конечно, космонавтов, — добавил, улыбнувшись, В. Рюмин. — Значит, надо летать, чтобы там могли жить не только космонавты».

Не думал он, конечно, в этот момент, что так скоро для него наступит время следующего старта на орбиту. Ведь на Земле В. Рюмин пробыл после почти полугодовой работы на «Салюте-6» меньше, чем в космосе. И вот снова полет. Снова потянулась бесконечная череда дней и ночей, вместивших старты, посадки, стыковки, перестыковки, разгрузки «Прогрессов» — те самые операции, что требуют полного напряжения от экипажа и Центра управления. «Тихих» недель не было — все 185 суток полета заполнила работа. Зато были радости и победы, большие и маленькие — всякие.

День космонавтики, 12 апреля 1980 года, Л. Попов и В. Рюмин встречали на «Салюте-6». В небольшом контейнере размером с посылочный ящик они привезли с собой на орбиту… цветы. В установке под названием «Малахит» находилось несколько разновидностей цветущих орхидей. Правда, у них не было запаха — в жизнь космонавтов на орбите нельзя вносить ничего заранее не проверенного, — но это были настоящие, живые цветы — первые в космосе.

Орхидеи цвели несколько дней. Космонавты следили за развитием растений, ухаживали за ними, поливали опрыскиванием, проводили воздушный обдув корней. Орхидеи почему-то сбросили прежние листья и обзавелись новыми. «Много удовольствия нам доставили биологические исследования, — вспоминал потом Л. Попов. — И когда мы отправили установку „Малахит“ с орхидеями на Землю, то почувствовали какую-то потерю, на станции стало не так уютно».

Однако на «Салюте-6» Л. Попову и В. Рюмину довелось еще раз порадоваться цветам. В конце экспедиции на борт станции прибыл советско-вьетнамский экипаж — В. Горбатко и Фам Туан. Они привезли с собой цветовые блоки, в которых подрастал арабидопсис — небольшое высшее растение, Он-то и справился с невесомостью — не только вырос, но и зацвел. Потом, уже в земных условиях, получили наконец семена растений, выращенных на орбите.

«На этот раз, — удовлетворенно рассказывал В. Рюмин, — мы порадовали биологов. До сих пор никак не удавалось довести растения до стадии цветения и получить семена в космосе. Арабидопсис успешно прошел эту критическую стадию. Уверен, со временем появятся оранжереи, которые будут давать космонавтам и кислород и пищу».

Что ж, скорее всего так и будет. Ученые наверняка подберут со временем соответствующие растения, отработают эффективную технологию их выращивания в невесомости. И как знать, может быть, не за горами время, когда слова из популярной песни «И на Марсе будут яблони цвести» прозвучат совсем не так фантастически, как мы их воспринимаем сегодня.

Я верю в то, что человек освоит космос, станет его полноправным властелином. Он построит на Луне города, вырастит марсианские сады, раскроет тайны планет, научится использовать их ресурсы, проложит дорогу к звездам. И в этом походе во вселенную ему не обойтись без зеленого друга — растений.