Как ще се изхранват хората, пътуващи в дълбокия космос 6300 години?

Европейски учени изчислиха количеството пространство на борда, необходимо за изхранване на екипаж на кораб с много поколения – едно от многото предизвикателства за бъдещи пътувания до планети, които се намират извън Слънчевата система.

„С нашата съвременна технология не е възможно да се стигне до екзопланета за по-малко от няколко столетия пътуване“, обяснява Фредерик Марин, астроном от астрономическата обсерватория в Страсбург, Франция, който ръководи проучването.

За да се достигне дори до най-близката екзопланета – Проксима Кентавър б (Proxima Centauri b) – при днешната технология ще са необходими около 6300 години.

Това е далеч отвъд продължителността на живота на всеки астронавт, така че такива космически кораби трябва да бъдат населени с много поколения.

„Първоначалното население пътешественици ще остарее и ще умре“, казва Марин, „оставяйки потомците си да продължат да пътуват“.

Марин и екипът му се интересуват от това, как човешките популации могат да се развиват и да оцелеят в ограничената на ресурси среда на пространството – особено когато пътуването е еднопосочно.

По-рано те изчисляваха минималния размер на първоначалния екипаж, за да гарантират, че техните потомци ще пристигнат на другия край без генетични нарушения. Оказа се, че само 98 членове на екипажа са необходими, за да осигурят 100% успех за пътуване от 6300 години.

Но как да храните този екип в продължение на хилядолетия?

Сухите хранителни запаси не са опция, защото те биха заели твърде много място, а и витамините им ще се влошат с времето. Понастоящем космонавтите на МКС консумират около 1,8 кг пакетирани храни на ден. Да се хранят екипажите по този начин в продължение на векове ще добави милиони тонове товари и просто не е възможно.

Най-добрият и най-очевиден вариант е да се отглеждат култури и животни на борда на кораба – по същество, да се управлява ферма. Това не само ще произвежда пресни храни, но и ще рециклира хранителни вещества и фекалии, ще генерира кислород и непрекъснато ще пречиства въздуха – превръщайки космическия кораб в затворена екологична система.

Системите за космическо земеделие вече се тестват. Оранжерията „Лада“ на МКС от 2002 г. отглежда растения в условията на микрогравитация.

Но космическите кораби имат ограничено пространство, така че колко от него ще трябва да бъде отделено на земеделието?
Марин и колегите му използват цифров код, наречен HERITAGE, за да се справят с отговора. Те оценяват годишния калориен прием на екипажа на борда, след което комбинират това с параметри, определени от съвременните техники за земеделие, за да предскажат размера на необходимото пространство.

Оказва се, че само 450 квадратни метра биха били достатъчни, за да изхранват екипаж от 500 души с различни диети. Това предполага, че плодовете, зеленчуците, нишестето, захарта и мазнините ще се произвеждат с помощта на аеропоника, техника които позволява растенията да растат без почва, докато конвенционалното земеделие ще произвежда месо, риба, млечни продукти и дори мед.

Марин казва, че този размер е сравним с прогнозата на Организацията на ООН за Прехрана и земеделие, която гласи, че половин хектар (1 хектар = 10 000 m2, те.е. 5000m2) земя на човек е минималното количество земеделска земя, необходима за устойчива продоволствена сигурност, с диета, включваща и месо.

„Резултатите ни отиват по-далеч от включването на аеропоника и отчитане на ефекта на микрогравитацията“, казва Марин.

Майк Диксън, независим изследовател в Центъра за изследване на системите за контролирана околна среда в Университета Гуелф (Guelph) в Канада, посочва, че предишните проучвания са намерили начин за по-малки изисквания за земя на човек. Само 75 квадратни метра на човек са нужни според Диксън, като те ще бъдат „достатъчни, за да осигурят нормално хранене и всички функции на вегетарианец. Те ще са достатъчни и за поддържане на живота, най-вече рециклирането на вода, производството на O2 и пречистването на CO2, като са повече от два пъти по-високи от потребния за човешки живот растителен материал“.

По-голям проблем би било изискване за производството на месни храни, което, казва Диксън, „изглежда малко прекалено“.

Според Бриардо Льоренте, биолог от университета Macquarie в Австралия, който не участва в проучването, „в бъдеще най-вероятно ще развием култури, а също и храни на основата на микроби, за да заменим изцяло производството на храни от животински произход. Заместването на „хранителен животински протеин“ с инженерни растения и микроби е действително възможно и предвидимо. ”

Той посочва също, че в момента се разработват все по-продуктивни култури.

„Би било интересно да се видят оценки, които да вземат под внимание това, което ще бъдат културите на бъдещето“, казва той.

Площта на земята не е единственият проблем, пред който е изправено производството на храни в космически кораб. Растенията са показали, че растат по-бавно в пространството. Въпреки че осветлението, температурата, влажността и въглеродният диоксид на Земята могат да бъдат имитирани, гравитацията и радиацията са по-трудни за контрол и все още влиянието им не е широко проучено.

„Изглежда, че трябва да научим повече за това как растенията – и хората – могат да се справят с радиационните щети, заедно с няколко други неща, като например влиянието на микрогравитацията, преди да планираме дълго пътуване“, казва Рупеш Паудиел, учен биолог от Университета на Лийдс във Великобритания, който също не участва в проучването.

Той добавя, че „ние също трябва да обмислим откъде растенията ще получат азот и фосфор и други жизненоважни хранителни вещества. Тези ключови хранителни вещества са от съществено значение за растенията и те не са в състояние да си ги доставят, а при далечните космически пътувания трябва да обмислим, как те могат да запазят стабилното си снабдяване, за да може растението да продължи да расте.

Това ново изследване също не засяга възможно най-важното изискване за живот – водата. Храната може да бъде по-лесния проблем, но създаването на устойчив воден цикъл на космически кораб е много по-сложно. Това е проблем, който Марин и екипът му се надяват да разгледат в бъдеще.

И все пак никоя оценка не е съвършена, а Марин и неговият екип се справят относително добре. Цифровият инструмент, използван за извършване на тези изчисления, HERITAGE, е особено интересен. Той е първият по рода си код, изцяло фокусиран върху мулти-поколения населяващи и пътуващи с кораби, като изследва тяхната математическа, биологична, демографска и статистическа осъществимост.

“Кодът съдържа много биологични, демографски, антропологични, физически и химически данни, които са били внимателно събрани от науките за човечеството, както и от проучванията правени на МКС”, обяснява Марин.

Те използват метода на Монте Карло, математически подход, който използва повтаряща се случайна извадка за тестване на всички възможни резултати от сценария – като например еволюцията на космическия екипаж през поколенията.

В това проучване Марин и екипът постигат резултатите на направените прогнози повтаряйки модела хиляда пъти, което е еквивалент на симулиране на изискванията на един милион души.

„Има още много стъпки, които трябва да се предприемат, за да се осигури реалистична симулация на кораби предназначени за много поколения“, казва Марин.

Като следваща цел, той и неговият екип се стремят да включат по-сложни модели, взимащи предвид например генетиката и мутациите на поколенията в космоса.