Космическое земледелие — Space farming
Пространство сельского хозяйства относится к выращиванию сельскохозяйственных культур для производства продуктов питания и других материалов в космосе или на внедорожных Земли небесных объектов — эквивалентных сельского хозяйства на Земле .
Земледелие на небесных телах, таких как Луна или Марс , имеет много общего с сельским хозяйством на космической станции или в космической колонии . Однако земледелие на небесных телах может не обладать сложностью микрогравитации , в зависимости от размера тела. Каждая среда будет иметь различия в доступности ресурсов для процесса космического сельского хозяйства: неорганический материал, необходимый для роста растений , почвенная среда, инсоляция , относительная доступность углекислого газа, азота и кислорода и так далее.
СОДЕРЖАНИЕ
Вступление
Поставки еды на космические станции и другие длительные миссии тяжелы и невероятно дороги . На одного астронавта на Международной космической станции требуется примерно «1,8 килограмма еды и упаковки в день». Для долгосрочной миссии, такой как трехлетняя марсианская миссия с экипажем из четырех человек, это число может вырасти до 24 000 фунтов (или около 10 886 кг).
Из-за стоимости пополнения запасов и непрактичности пополнения запасов межпланетных миссий перспектива увеличения количества продовольствия в полете невероятно привлекательна. Существование космической фермы будет способствовать созданию устойчивой окружающей среды, поскольку растения можно использовать для рециркуляции сточных вод, выработки кислорода, непрерывной очистки воздуха и повторного использования фекалий на космической станции или космическом корабле. Всего 10 м² сельскохозяйственных культур производят 25% суточной потребности 1 человека, или около 180-210 граммов кислорода. По сути, космическая ферма превращает космический корабль в искусственную экосистему с гидрологическим циклом и переработкой питательных веществ.
В дополнение к сохранению срока хранения и снижению общей массы, возможность выращивать пищу в космосе поможет сократить дефицит витаминов в рационе космонавтов и обеспечить свежие продукты с улучшенным вкусом и текстурой. В настоящее время большая часть пищи, поставляемой космонавтам, подвергается термообработке или сублимационной сушке . Оба эти метода по большей части сохраняют свойства предварительной обработки пищевых продуктов. Однако при хранении может произойти разложение витаминов. Исследование 2009 года показало, что значительное снижение содержания витаминов A , C и K , а также фолиевой кислоты и тиамина может произойти всего за один год хранения. Миссия на Марс может потребовать хранения продуктов на срок до пяти лет; таким образом, потребуется новый источник этих витаминов.
Поставка продуктов питания другим, вероятно, будет основной частью ранних поселений вне Земли. Производство еды — нетривиальная задача и, вероятно, будет одной из самых трудоемких и жизненно важных задач ранних колонистов. Среди прочего, НАСА изучает возможности космического земледелия.
Технические проблемы
Колонисты, пытающиеся заниматься земледелием за пределами Земли, столкнутся с множеством технических проблем. К ним относятся эффект уменьшения силы тяжести, освещения и давления, а также повышенное излучение. Хотя теплицы могут решить многие проблемы, связанные с космосом, их строительство сопряжено со своим набором технических проблем.
Растения, выращиваемые в полете, испытывают микрогравитацию , а растения, выращенные на поверхности Марса, испытывают примерно 1/3 гравитации, чем земные растения. Однако при наличии направленного света растения растут нормально. Нормальный рост классифицируется как противоположное направление роста корней и побегов. При этом многие растения, выращенные в условиях космического полета, были значительно меньше, чем растения, выращенные на поверхности Земли, и росли медленнее.
В дополнение к различным эффектам гравитации, растения, выращенные на поверхности Марса, будут подвергаться гораздо более высоким уровням радиации, чем на Земле, если они не защищены. Воздействие высоких уровней радиации может повредить ДНК растений, что происходит в результате того, что высокореактивные гидроксильные радикалы нацелены на ДНК. Деградация ДНК оказывает прямое влияние на прорастание, рост и размножение растений. Ионизирующее излучение также влияет на функцию ФСII и может вызвать потерю функции и образование радикалов, ответственных за фотоокисление. Интенсивность этих эффектов варьируется от вида к виду.
Окружающая среда с низким давлением на поверхности Марса также является поводом для беспокойства. Гипобарические условия могут повлиять на чистую скорость фотосинтеза и эвапотранспирации. Тем не менее, исследование 2006 года предполагает, что поддержание повышенных концентраций CO 2 может смягчить последствия гипобарических условий до 10 кПа для достижения нормального роста растений.
Марсианская почва содержит большинство минералов, необходимых для роста растений, за исключением реактивного азота, который является продуктом минерализации органических веществ. Поскольку поверхность Марса бедна органическими веществами, реактивный азот отсутствует. Реактивный азот является необходимым компонентом почвы, используемой для роста растений, и возможно, что азотфиксирующие виды, такие как бактерии, могут помочь в поставке реактивного азота. Однако исследование 2014 года показало, что растения могли прорастать и выжить в течение 50 дней на марсианской и лунной почве при использовании имитирующих почв. При этом только один из четырех экспериментальных видов показал себя достаточно хорошо, чтобы добиться полного формирования цветка, и для достижения полного роста требуется дополнительная работа.
Эксперименты
- « GreenHab » на научно — исследовательской станции Mars Desert в штате Юта содержит парник , предназначенный для имитации некоторых проблем , вытекающих из сельского хозяйства на Марсе.
- Лада эксперимент и Культивирование европейской система Modular на Международной космической станции используются для выращивания небольших количеств свежих продуктов.
- В 2013 году НАСА профинансировало исследования по разработке 3D-принтера для еды .
- Система производства овощей НАСА, «Вегги», представляет собой развертываемое устройство, предназначенное для выращивания овощей салатного типа на борту Международной космической станции.
- Лунный спускаемый аппарат Chang’e 4 2019 года несет Lunar Micro Ecosystem, 3-килограммовый (6,6 фунта) герметичный «биосферный» цилиндр длиной 18 см и диаметром 16 см с семенами и яйцами насекомых, чтобы проверить, могут ли растения и насекомые вылупляться и расти вместе. в синергии.
- Будущий АЛИНА лунный посадочный модуль будет нести небольшой «Биосфера» цилиндр под названием Эксперимент Lunar роста растений (LPX), где НАСА попытается прорастают и растут несколько видов растений.
Культуры, с которыми экспериментировали
Следующие культуры были рассмотрены для использования в космических фермах: картофель, зерна, рис, бобы, помидоры, перец, салат, капуста, клубника, лук и перец.
Источник
Роль освоения космоса для сельского хозяйства
В свое время Константин Эдуардович Циолковский писал, что овладение космосом принесет человечеству «горы хлеба и бездну могущества».
Сегодня это образное выражение находит свое конкретное воплощение. Уже первые полеты наших космонавтов показали, что космическая техника может быть успешно применена и для решения многих задач, стоящих перед сельским хозяйством.
С каждым новым полетом в космос приобретается все больший опыт наблюдения за сельскохозяйственными угодьями, а в программу подготовки теперь включен инструктаж космонавтов специалистами агрономической науки. Это позволяет экипажам современных орбитальных станций не только постоянно следить за ходом созревания урожая и вовремя информировать о его готовности в тех или иных районах страны, но и своевременно сообщать о появлении на полях сорняков и насекомых-вредителей, а также определять степень заболоченности местности, содержание влаги и солей в почве. Из космоса можно вести наблюдение и за освобождением территории страны от снежного покрова, за вскрытием рек и паводком, за оттаиванием почвы и даже за ее температурой, за состоянием грунта и подготовкой полей к севу, за всходами культур, их цветением, созреванием и уборкой. С борта космических кораблей удобно определять степень готовности высокогорных пастбищ к выгулу сельскохозяйственных животных, а также следить за их передвижением. Применение космической техники может значительно облегчить поиск новых площадей пахотных земель, пастбищ, разведку водных ресурсов, что в конечном счете благотворно скажется на развитии сельского хозяйства.
Важно и то, что подобную информацию можно получить и с автоматических спутников, установив на них специальные дистанционные датчики, направленные на поверхность Земли. Действие таких датчиков основано на том принципе, что каждый наземный объект отражает или излучает в данном диапазоне длин волн присущее лишь ему количество энергии. Приборы для дистанционного измерения, так называемые сенсорные системы, бывают либо пассивные (фото-, кино — и телекамеры, большинство сканеров), способные лишь улавливать естественно отраженную и излучаемую радиацию в различных областях спектра электромагнитного излучения, либо активные (радары), которые сами излучают радиационные сигналы и фиксируют их отражение земной поверхностью.
Коль скоро речь зашла о спектральных особенностях объектов земной поверхности, наверное, необходимо хотя бы кратко напомнить здесь основы спектрометрии. Как известно, белый свет состоит из цветных лучей различной длины волны — красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового — которые, проходя сквозь призму, неодинаково отклоняются ею и, падая на различные места экрана, образуют спектр. Первые опыты по разложению белого света на составные цветные лучи были проведены еще И. Ньютоном в 1666 году. Позже он, помещая на пути этих цветных лучей призмы, доказал, что одноцветный луч разложить уже нельзя. Ньютон показал также, что, соединяя все эти цветные лучи, снова получают белый свет.
Для изучения оптических спектров в лабораториях пользуются особыми приборами — спектроскопами и спектрометрами, которые позволяют не только наблюдать число и расположение линий спектра, но и измерять длину волны соответствующего луча. Длины световых волн столь малы, что для их измерения существуют особые единицы длины — ангстрем (А°). 1 А°=10 -10 м. Часто длины световых волн измеряют также в микронах (мк) и миллимикронах (ммк). За фиолетовыми лучами в спектре расположены невидимые глазом еще более короткие ультрафиолетовые лучи. Их можно обнаружить по почернению фотографической пластинки, на которую они падают. Эти лучи оказывают биологическое действие — вызывают загар, вредно действуют на сетчатую оболочку глаза. За красными лучами расположены в спектре невидимые глазом еще более длинные инфракрасные лучи. Существует непрерывный переход от видимого света к электромагнитным волнам любой длины. Поэтому можно говорить, что длинноволновые инфракрасные лучи граничат с еще более длинными радиоволнами, а за коротковолновой частью оптического спектра — ультрафиолетовыми лучами находятся лучи еще меньшей длины волны — рентгеновские лучи.
В СССР для космической съемки применяют следующие сенсорные средства:
фотокамеры, в том числе и стационарные МКФ-6М и КАТЭ-140, с полосой обзора соответственно 220 и 440 километров. Камера МКФ-6М, имеющая 6 независимых каналов съемки, работающих синхронно, позволяет получать изображения в узком интервале спектра от 0,4 до 0,84 миллимикрона;
фототелевизионные системы, с помощью которых фотоизображения при считывании преобразуются в форму, удобную для передачи по радиоканалу;
телевизионные кадровые системы, состоящие из трех высокочувствительных телекамер, каждая из которых дает изображение в одной из зон спектра;
телевизионные системы с механическим сканированием, с помощью которых сразу получают информацию об отражательной (излучательной) способности элементов ландшафта в нескольких спектральных диапазонах.
Видеоинформацию от этих систем передают на Землю по радиоканалам в аналоговой или цифровой форме (последняя особенно удобна для ввода в ЭВМ). Применяемая аппаратура позволяет проводить съемку посевных площадей, выделяя определенный вид растительности, либо при одновременной работе всех датчиков во многих спектрах получать многозональные цветные снимки сельскохозяйственных культур. По небольшому изменению цвета природных объектов на снимках можно предсказывать урожай, планировать его распределение и находить участки, где ему грозят засуха или болезни. Ну, а непрерывность наблюдений, которая достигается проведением съемок с помощью спутников, позволяет одновременно выявлять, например, участки, пораженные вредителями или болезнями, что, естественно, способствует более успешному «лечению». Полученные сведения передаются наземному решающему и анализирующему устройству для оперативного принятия неотложных мер. Анализ соответствующей космической сельскохозяйственной информации наземные диспетчеры могут проводить с учетом сведений, поступающих с метеорологических и гидрологических спутников, от службы Солнца, аэрофотонаблюдений и соответствующих наземных органов. Это позволит работникам сельского хозяйства оперативно получать информацию и своевременно намечать наиболее рациональные мероприятия с учетом всех внешних факторов, в том числе и прогнозов погоды. Специальные системы отображения, оснащенные современной электронно-вычислительной техникой, будут хранить в «памяти» самые разнообразные сведения о сельскохозяйственных районах (участках) и их производственных возможностях, в частности, материальных и людских ресурсах, поэтому ЭВМ смогут сопоставлять вновь поступающие данные с уже известными характеристиками и быстро выдавать результаты — основу для тех или иных рекомендаций, которые по системам космической связи будут незамедлительно доводиться до заинтересованных организаций. Сейчас, конечно, трудно делать какие-либо точные экономические подсчеты, однако уже первые результаты оказались весьма обнадеживающими.
Расчеты ученых показывают, что экономический эффект от применения космической техники в сельском хозяйстве чрезвычайно велик: в среднем 7 рублей прибыли на каждый затраченный рубль. Использование космических данных, по мнению специалистов, поможет увеличить в мире урожай хлопка до 10 процентов, поголовье скота — на 3,5 миллиона голов и снизить потери урожая только от сорняков на 10—15 процентов. Одно лишь точное регулирование начала сельскохозяйственных работ, по данным зарубежных ученых, даст в масштабе всей планеты ежегодную прибыль в 15 миллиардов долларов. Так что уже сегодня можно говорить, что пророческие слова К. Э. Циолковского сбываются.
Космонавтика еще очень молода — первый искусственный спутник Земли был выведен на орбиту лишь в 1957 году — а XXVI съездом КПСС уже поставлена задача «…дальнейшего изучения и освоения космического пространства в интересах науки, техники и народного хозяйства». Так, в ближайшие пятилетия предусмотрено строительство крупных ГЭС на реках Сибири, Дальнего Востока, Средней Азии. При реализации этих планов непременно будут использованы прогрессивные научно-технические средства и в первую очередь аэрофотосъемка и космическая съемка. Космонавтике предстоит сыграть важную роль и в осуществлении многих других предначертаний в промышленности, сельском хозяйстве, культурном строительстве.
Космическая техника поможет строителям провести первые разведывательные прикидки наиболее выгодных участков для будущих строек. Не обойтись без космической разведки нефтяникам, газовикам, шахтерам, которым предстоит осваивать новые месторождения нефти и газа как в Западной Сибири и Казахстане, так и на севере европейской части страны.
Или еще пример. Пятилетним планом экономического развития страны намечен подъем производства проката черных металлов, увеличение производства алюминия и меди, никеля и кобальта, цинка, свинца. А для этого нужно обеспечить опережающее развитие рудной сырьевой базы этих металлов, в поисках которой космонавтике будет принадлежать особое место.
Какую бы отрасль хозяйства ни взять, везде космонавтика оказывается более дешевым, быстрым и информативным подспорьем, чем многие исконные наземные средства. Думается, что в будущем при составлении экономических планов выгодам применения космических средств будет уделено еще большее внимание, а при выдаче плановых заданий тем или иным отраслям промышленности будет специально оговорено обязательное использование возможностей космической техники.
Продовольственной программой определены темпы роста среднегодового объема валовой продукции сельского хозяйства. В РСФСР намечается добиться прироста сельскохозяйственной продукции на 12—14 процентов, для чего за десятилетие необходимо ввести в севооборот 3,3 миллиона гектаров орошаемых земель и осушить 3,7 миллиона гектаров переувлажненных земель. На Украине при том же плане роста продукции необходимо дополнительно ввести в эксплуатацию свыше 1 миллиона гектаров орошаемых земель и осушить 1,3 миллиона гектаров переувлажненных. В Белоруссии для получения дополнительной продукции предстоит осушить 970 тысяч гектаров. А всего же по стране за десятилетие площади угодий для нужд земледелия и животноводства должны возрасти за счет орошения и осушения более чем на 32 миллиона гектаров. Использование информации, получаемой с искусственных спутников Земли, может ускорить и удешевить проведение соответствующих изыскательских работ.
Неоценимую помощь, как уже отмечалось в книге, окажет космонавтика и подъему культуры на селе. В ближайших пятилетках, как это предусмотрено планами социального и культурного развития, в сельской местности будет продолжено широкое культурно-бытовое строительство: появятся сотни новых школ, дошкольных детских учреждений, клубов, библиотек. А через них в массы придет вдохновенное партийное слово, которое, как сказал на июньском (1983 г.) Пленуме ЦК КПСС товарищ Ю. В. Андропов, всемерно поможет добиться, «чтобы человек воспитывался у нас не просто как носитель определенной суммы знаний, но прежде всего как гражданин социалистического общества, активный строитель коммунизма, с присущими ему идейными установками, моралью и интересами, высокой культурой труда и поведения».
А в арсенале пропагандистских средств одно из ведущих мест по праву принадлежит радио и телевидению. Многообразные средства космической связи донесут эти передачи до самых удаленных уголков нашей страны.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник