Растения в космосе

МОАУ СОШ с УИОП № 37 г. Кирова

Тема проекта «Растения в космосе»

Адамович Анастасия,

2 Г класс

Руководитель: Галышева Наталья Юрьевна

 Введение

Проблема выращивания растений в космосе широко известна и актуальна. Космические экспедиции становятся все более продолжительными во времени, космонавтам требуются витамины, а растения – это одна из самых важных составляющих в среде обитания человека. Только растения способны производить органические вещества, необходимые для питания всех живых организмов. Только растения поглощают углекислый газ, очищают воздух и насыщают атмосферу кислородом.

Константин Эдуардович Циолковский был первым, кто в начале минувшего столетия в общем виде сформулировал эту задачу. Примерно в то же время Фридрих Артурович Цандер осуществил экспериментальные попытки создания оранжерей «авиационной легкости» для космических кораблей.

 Эксперименты по воздействию факторов космического полета на растительные объекты начались в 1960 году на втором космическом корабле-спутнике. Тогда совершили свой полет и успешно возвратились на Землю традесканция, хлорелла, семена различных сортов лука, гороха, пшеницы, кукурузы.

Актуальность работы заключается в том, что выращивание растений на орбите – одна из важных проблем в создании среды обитания человека в космосе. Свежие овощи, фрукты, зелень – основной рацион человека, необходимый для бодрости и здоровья. Мечта обитателей Международной космической станции – собственный огород, снабжающий растениями всю команду.

Гипотеза: растения на борту космического аппарата обеспечат экипаж пищей, витаминами, воздухом, улучшат психическое состояние.

Цель работы – исследовать способы выращивания растений (на примере фасоли) в условиях космоса.

В связи с поставленной целью решались следующие задачи:

– изучить литературу по теме исследования

– узнать историю и основные цели создания космических оранжерей;

– выяснить, какие растения можно выращивать в условиях космоса;

– предложить различные модели космической оранжереи;

– вырастить растения, которые бы могли жить в космосе;

– сделать выводы о проделанной работе

Практическая значимость работы. Для длительного пребывания в космосе необходимы натуральные витамины, которые содержатся в свежей зелени, овощах и фруктах. При этом невесомость затрудняет возможность выращивания растений в космосе. В связи с этим, важным является создание условий для выращивания растений в условиях космоса.

Апробация работы. Работа была апробирована в 1 Г и 3 Г классах.

Космический конус Циолковского

Первым идею – выращивать растения в космосе – выдвинул основоположник космонавтики Константин Эдуардович Циолковский (рис. 1). Задолго до начала пилотируемых полетов он заявил, что в будущем растения станут главным источником питания и поддержания атмосферы на космических кораблях. Он придумал и сделал зарисовку (рис. 2), как можно решить проблему невесомости и отсутствия гравитации в условиях космоса.

Рис. 1 Константин Эдуардович Рис. 2 Зарисовка Циолковского воронки Циолковский для выращивания растений в космосе

(17.09.1857 – 19.09.1935)

«Вообразим себе длинную коническую поверхность или воронку, основание или широкое отверстие которой прикрыто прозрачной шаровой поверхностью. Она прямо обращена к Солнцу, а воронка вращается вокруг своей длинной оси (высоты). На непрозрачных внутренних стенках конуса – слой влажной почвы с насаженными в ней растениями» (К. Э. Циолковский «Цели звездоплавания», 1929).

В этой работе К. Э. Циолковский подробно описал не только, как можно искусственно создать гравитацию для растений, но и продумал, какие это должны быть растения: плодовитые, мелкие, без толстых стволов. По его задумке такие растения смогут обеспечивать колонизаторов космоса биологически активными веществами и микроэлементами, а также регенерировать кислород и воду.

Первые растения на орбите

Самые первые растения, которые побывали в космосе – это кукуруза, пшеница, горох и лук. Впервые семена этих растений поднялись на орбиту Земли в августе 1960 года. Первое растение, выращенное и съеденное в космосе – это зелёный лук. Это произошло в 1978 году на космической станции «Салют-4». Космонавтам Владимиру Ковалёнку и Александру Иванченкову удалось вырастить перья лука в установке «Оазис» (рис. 3).

В 1980 г. советские ученые разработали и отправили в космос установку для выращивания растений «Малахит» (рис. 4). Учёным была поставлена задача – чтобы в космосе цвели орхидеи. Эти цветы были выбраны неслучайно. Известно, что они прекрасно растут на створах деревьев, в самых неблагоприятных условиях. Орхидеи отправили на станцию уже цветущими.

Рис. 3 Установка «Оазис» Рис. 4 Установка «Малахит»

Ученые стимулировали корневую систему электромагнитными волнами и создавали центрифуги, наподобие той, что была описана К.Э. Циолковским.

В 2000 г. на космическую станцию была отправлена первая в мире автоматическая оранжерея (рис. 5). С её помощью на борту космического корабля космонавты в рамках эксперимента вырастили салаты, редис и пшеницу. В 2014 г. на американской космической станции астронавтам в автоматической плантации впервые удалось вырастить зелень не для опытов, а для обогащения рациона питания.

Рис. 5 Автоматическая оранжерея

В настоящее время на борту космических аппаратов чаще всего выращивают японскую салатную капусту сорта Мизуна, карликовый горох, пшеницу, редис сорта «Cherry bomb».

Выращивание растений без земли

В связи с такой популярностью растений в космосе встает вопрос о возможности выращивания их без земли.

Космические технологии, основа которых зародилась на Земле, доказывают, что многие растения прекрасно растут и развиваются без почвы. Считается, что данная идея впервые она была предложена в начале 17 в. английским философом, политиком, экономистом Френсисом Бэконом (рис.6).

Рис. 6 Фрэнсис Бэкон (22.01.1561 – 9.04.1626)

Учеными разработаны две основные методики выращивания растения в космосе без почвы:

– гидропоника – растения получают питательные вещества из субстрата, пропитанного водой;

– аэропоника – когда корни оголены, а рядом установлены распылители, которые время от времени обволакивают корни легкой дымкой из крохотных капель питательного раствора.

«Космические растения живут в специальной оранжерее с искусственным субстратом. Она снабжена автоматическим поливом: там стоят датчики влажности, которые проводят измерения через определённые промежутки времени. Система сама подсчитывает, сколько воды нужно добавить, и сама поливает. При этом в поливную воду ничего не добавляется: питаются растения за счёт удобрений пролонгированного действия, внесённых в субстрат. С невесомостью «зелёные космонавты» справляются так: корни удерживаются субстратом, а надземные части всегда тянутся к искусственному свету» (Маргарита Левинских, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник ГНЦ РФ «Институт медико-биологических проблем»).

Экспериментальная часть

В своём исследовании мы решили воспроизвести способы выращивания растений в космосе. В качестве объекта исследования нами была выбрана микрозелень фасоли (рис. 7). Предметом исследования стали модели космических оранжерей.

Рис. 7 Микрозелень фасоли

В работе мы применяли три способа выращивания микрозелени.

1 способ. Традиционный метод– выращивание микрозелени в грунте.

Семена фасоли помещали в грунт, поливали и наблюдали в течение восьми дней (Приложение). Всходы появлялись уже на второй день после посадки. При этом всхожесть семян в грунте составляла 50%.

2 способ. Выращивание микрозелени без земли. В емкости с бортиками помещали особую питательную среду – гидропонику. В качестве гидропоники используют специальные бумажные полотенца, подложки из кокосовых волокон, льняные коврики, марлю. Мы в своем эксперименте применяли марлю. Семена фасоли помещали на гидропонику, поливали и наблюдали в течение восьми дней (Приложение). Всходы также появлялись на второй день после посадки. Всхожесть семян составляла 100%.

3 способ. Выращивание микрозелени в бумажных рулонах. Этот способ был разработан нами. Семена фасоли помещали на кусок фильтровальной бумаги, скручивали бумагу в рулон и помещали в стакан с водой (Приложение). За экспериментом наблюдали также в течение восьми дней. Всходы появлялись на второй день после посадки. Всхожесть семян составляла 100%.

Выводы

Таким образом в ходе проведения исследования были изучены данные литературы о том, какие растения выращивают в космосе, какие способы при этом используют. В ходе эксперимента нами были опробированы различные модели космических оранжерей, предложен новый способ выращивания микрозелени в условиях космоса – в бумажных рулонах.

Установлено, что самой высокой всхожестью обладают семена в опыте без земли (100%), самой низкой – в грунте (50%). Быстрее всего микрозелень фасоли выросла в грунте.

Библиографический список

Циолковский К. Э. Космическая философия. М.: Сфера, 2004.

Элькин Г. Н.Детям о космосе и космонавтах. Санкт-Петербург: Паритет, 2016. 94с.

Мороз В. В. Легендарные страницы нашей космонавтики: Учебное пособие для учащихся 1–4 классов. М.: Издательство «Ювента», 2008. 48 с.

https://nauka-prosto.ru/page/kosmicheskie-gryadki-chto-i-zachem-vyraschivayut-v-kosmose/

Беркович Ю., Штемберг О. Возможности применения космических технологий культивирования растений для создания комфортной среды обитания человека // Микроэкономика. Специальный выпуск, 2008. С.75–77.

Беркович Ю.А., Кривобок Н.М., Смолянина С.О., Ерохин А.Н. Космические оранжереи: настоящее и будущее. М.: Слово. 2005.

Приложение