Научная статья на тему 'Технологические системы для культивирования растений в ЭкоКосмоДоме'

Технологические системы для культивирования растений в ЭкоКосмоДоме Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
17
6
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
гумус / гумусопоника / замкнутая экосистема / культивирование растений на космических станциях / лёгкий почвогрунт / почва / почвенные микроорганизмы / растениеводство / ЭкоКосмоДом (ЭКД) / EcoCosmoHouse (ECH) / enclosed ecosystem / growing plants on space stations / humus / humusoponics / light potting soil / plant growing / soil / soil microorganisms

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — А Э. Юницкий, Н С. Зыль, Д А. Конёк, М М. Парфенчик

Рассмотрены технологии культивирования растений на орбитальной станции, применимые при создании замкнутой экосистемы ЭкоКосмоДома (ЭКД). Описаны существующие установки и субстраты, используемые для выращивания сельскохозяйственных культур на околоземной орбите, а также способы обеспечения питательными растворами и плодородным грунтом. Предложены перспективные направления развития технологии производства растительной продукции на космических станциях и кораблях, предназначенных для длительного пребывания человека. Новизна исследования заключается в том, что в ЭКД выделены зоны рекреационного и интенсивного культивирования растений. Для рекреационной зоны планируется выбрать высокоэффективный метод, который предусматривает применение лёгких почвогрунтов, разработанных на основе биогумуса uTerra и позволяющих создать природную среду на орбитальной станции. Для интенсивного выращивания зеленных и овощных культур, а также для разведения растений с целью получения вторичных метаболитов предлагается задействовать вспененные питательные растворы, приготовленные из комплексной органической подкормки uTerra. Кроме того, проанализирован вопрос защиты растений от болезней и вредителей.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — А Э. Юницкий, Н С. Зыль, Д А. Конёк, М М. Парфенчик

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Technological Systems for Cultivating Plants in the EcoCosmoHouse

Technologies for cultivating plants on an orbital station, applicable in creating an enclosed ecosystem of the EcoCosmoHouse (ECH), are considered. Existing installations and substrates used for growing crops in near-Earth orbit are described, as well as methods for providing nutrient solutions and fertile soil. Promising areas for the manufacturing technology development for plant products on space stations and ships intended for long-term human stay are proposed. The novelty of the study lies in the fact that the ECH identifies zones of recreational and intensive plant cultivation. For the recreational zone, it is planned to choose a highly effective method which involves the use of light potting soils developed on the basis of uTerra biohumus and allowing to create a natural environment at the orbital station. For intensive cultivation of green and vegetable crops, as well as for breeding plants to obtain secondary metabolites, it is proposed to use foamed nutrient solutions prepared from uTerra complex organic fertilizer. In addition, the issue of protecting plants from diseases and pests is analyzed.

Текст научной работы на тему «Технологические системы для культивирования растений в ЭкоКосмоДоме»

Технологические системы

для культивирования растений в ЭкоКосмоДоме

А.Э. Юницкий12

доктор философии транспорта

Н.С. Зыль2 Д.А. Конёк2 М.М. Парфенчик2

1 ООО «Астроинженерные технологии»,

г. Минск, Беларусь

2 ЗАО «Струнные технологии», г. Минск, Беларусь

ГГ

Рассмотрены технологии культивирования растений на орбитальной станции, применимые при создании замкнутой экосистемы ЭкоКосмоДома (ЭКД). Описаны существующие установки и субстраты, используемые для выращивания сельскохозяйственных культур на околоземной орбите, а также способы обеспечения питательными растворами и плодородным грунтом. Предложены перспективные направления развития технологии производства растительной продукции на космических станциях и кораблях, предназначенных для длительного пребывания человека. Новизна исследования заключается в том, что в ЭКД выделены зоны рекреационного и интенсивного культивирования растений. Для рекреационной зоны планируется выбрать высокоэффективный метод, который предусматривает применение лёгких почвогрунтов, разработанных на основе биогумуса иТегга и позволяющих создать природную среду на орбитальной станции. Для интенсивного выращивания зеленных и овощных культур, а также для разведения растений с целью получения вторичных метаболитов предлагается задействовать вспененные питательные растворы, приготовленные из комплексной органической подкормки иТегга. Кроме того, проанализирован вопрос защиты растений от болезней и вредителей.

Ключевые слова:

гумус, гумусопоника, замкнутая экосистема, культивирование растений на космических станциях, лёгкий почвогрунт, почва, почвенные микроорганизмы, растениеводство, ЭкоКосмоДом (ЭКД).

UDC 631.427.3

Technological Systems for Cultivating Plants in the EcoCosmoHouse

A. Unitsky12

Ph.D. in Information Technologies (Transport)

N. Zyl2

D. Koniok2

M. Parfenchik2

1 Astroengineering Technologies LLC, Minsk, Belarus

2 Unitsky String Technologies Inc., Minsk, Belarus

PP

Technologies for cultivating plants on an orbital station, applicable in creating an enclosed ecosystem

of the EcoCosmoHouse (ECH), are considered. Existing installations and substrates

used for growing crops in near-Earth orbit are described, as well as methods for providing nutrient

solutions and fertile soil. Promising areas for the manufacturing technology development

for plant products on space stations and ships intended for long-term human stay are proposed.

The novelty of the study lies in the fact that the ECH identifies zones of recreational

and intensive plant cultivation. For the recreational zone, it is planned to choose a highly

effective method which involves the use of light potting soils developed on the basis of uTerra biohumus

and allowing to create a natural environment at the orbital station. For intensive cultivation

of green and vegetable crops, as well as for breeding plants to obtain secondary metabolites,

it is proposed to use foamed nutrient solutions prepared from uTerra complex organic fertilizer.

In addition, the issue of protecting plants from diseases and pests is analyzed.

Keywords:

EcoCosmoHouse (ECH), enclosed ecosystem, growing plants on space stations, humus, humusoponics, light potting soil, plant growing, soil, soil microorganisms.

Введение

В настоящий момент происходит активное развитие космической отрасли. Рост мирового космического рынка составляет около 9 % в год [1]. Значительное количество современных исследований посвящено созданию космических станций, предполагающих длительное пребывание человека при минимальном поступлении продуктов питания извне [2]. Такие станции, как правило, выполнены в виде жилых комплексов, где при помощи аэро- и гидропоники возможно культивирование растительной продукции.

Одна из основных задач развития данного направления - конструирование космической станции большого объёма, которая обеспечит своих жителей не только свежей растительной пищей, но и другими продуктами питания, а также иными составляющими, необходимыми для психологического комфорта во время работы и отдыха. Подобной космической станцией является ЭкоКосмоДом (ЭКД) [3].

ЭКД - инфраструктурное решение для длительного и комфортного размещения жителей на околоземной орбите. В ЭКД планируется создать условия для сколь угодно долгого нахождения людей, которым будет предоставлено всё, что требуется для полноценной жизни: органические продукты для здорового сбалансированного питания, чистый воздух, искусственная гравитация, достаточная площадь для работы, отдыха и физической активности, безопасность проживания, благоприятный субтропический микроклимат.

Обеспечение человека полноценным органическим рационом является одной из ключевых составляющих биотехнологий, разработанных для функционирования ЭКД. При этом растительная пища нужна не только людям, но и животным, разводимым для производства продуктов питания.

При стремлении к минимальному, однако достаточному объёму все производственные площади в ЭКД, в том числе предназначенные для культивирования растений, должны быть максимально компактными, но не снижающими качество жизни. Вместе с тем стоит учитывать не только обеспечение жителей ЭКД здоровой пищей, необходимой для полноценного функционирования организма человека, но также и другой аспект. При длительном пребывании в изолированном пространстве на первый план выходят вопросы психологического здоровья [4]. Значит, помимо качественного и незатратного производства растительных продуктов питания в замкнутых экосистемах нужно предусматривать способы проведения досуга, одним из увлекательных вариантов которого, судя по отзывам космонавтов, является уход за растениями [5].

Способы культивирования растений на космических станциях

Системы производства пищевых продуктов в космосе представляют собой последние достижения науки в области сельского хозяйства, биологии и робототехники. Впервые подобные устройства серии «Оазис-1» (рисунок 1) были введены в эксплуатацию в 1971 г. на орбитальной станции «Салют-1», где космонавты проводили эксперименты по выращиванию льна, лука-порея, лука репчатого и пекинской капусты [6].

Рисунок 1 - Установка «Оазис»: а - «0азис-1М»; б - «0азис-1А» [6]

В 2014 г. состоялся запуск в работу системы Veggie (рисунок 2), предназначенной уже не только для опытов с растениями в условиях микрогравитации, но и для производства продуктов питания [7].

а)

б)

Рисунок 2 - Система выращивания овощей Veggie: а - наземный прототип до запуска [8]; б - версия Veg-ОЗ в работе [

Для удобства транспортировки аппараты такого типа производят сборными. Так, в собранном виде конструкция Veggie составляет 10 % от объёма в рабочем состоянии.

Космические микротеплицы имеют следующие основные компоненты: корпус, систему полива и обеспечения растений питанием, осветительную систему, капиллярный

мат или субстрат для растений. Занимаемая площадь в современных установках - около 0,2 мг.

В качестве освещения используется специализированная светодиодная панель с красными, синими и зелёными светодиодами, которая способна обеспечить растениям более 300 мкмоль/(мг-с) освещения. Показатели освещённости в различных системах приведены в таблице 1 [7].

Таблица 1 - Системы освещения в установках, предназначенных для культивирования растений на космических станциях

Установка Тип ламп Интенсивность света, мкмоль/(мг-с) Дополнительная информация

1 2 3 4

«Оазис-1» Флуоресцентная лампа 50-68 -

«0азис-1М» Флуоресцентная лампа 50-68 -

«0азис-1АМ» Флуоресцентная лампа 50-68 -

«0азис-1А» Флуоресцентная лампа 170-350 Разделение ламп и модуля проращивания позволяет регулировать расстояние между лампами и листьями

«Вазон» Без дополнительного освещения Без дополнительного освещения Для освещения растений использовался свет кабины

«Малахит» Предположительно флуоресцентная лампа Нет информации -

«Биогравистат» / «Магнетобиостат» Без дополнительного освещения Без дополнительного освещения Закрытый отсек для изучения прорастания и раннего развития корней

«Светоблок» Флуоресцентная лампа Нет информации -

Phyton Нет информации Нет информации Сначала использовался свет кабины, позже добавлена отдельная система освещения

«Свет» Флуоресцентная лампа =216 (12 000 лк) Светодиодная лампа (красный, синий, зелёный)

Plant Growth Unit Флуоресцентная лампа 30-75 -

Plant Growth Facility Флуоресцентная лампа >220 -

Astroculture Светодиодные лампы (красный, синий) Красный: 0-450 Синий: 0-50 -

Plant Generic Bioprocessing Apparatus Флуоресцентная лампа >350 -

Advanced Astroculture Светодиодные лампы (красный, синий) Красный: 0-550 Синий: 0-70 -

Biomass Production System Флуоресцентная лампа 50-350 Регулируется с шагом 5 мкмоль/(мг-с)

«Лада» Флуоресцентная лампа 250 -

European Modular Cultivation System Светодиодные лампы (инфракрасный, белый) Нет информации -

Окончание таблицы 1

1 2 3 4

Plant Experiment Unit Светодиодные лампы (красный, синий) 110 Соотношение красных светодиодов и синих 3:1

Advanced Biological Research System Светодиодные лампы (красный, синий) 300 -

Veggie Светодиодные лампы (красный, синий) >300 -

Данные таблицы 1 показывают: как и в наземном сельском хозяйстве, использование светодиодных источников с комбинацией красного, синего и зелёного излучения наиболее оправдано за счёт их высокой энергоэффективности (около 30 мкмоль/(мг-с) на расстоянии 20 см на 1 Вт потребляемой мощности), длительного срока службы (50 ООО ч и более), простоты эксплуатации [10].

Корпус установки защищает растения от неблагоприятной окружающей среды, поддерживает в кабине повышенную влажность. Складная конструкция позволяет регулировать расстояние между системой освещения и капиллярным матом или субстратом, служащими для проращивания корневой системы и доставки питательных веществ. Таким образом, уход за растениями, снабжение их водой и питательным раствором не занимает много времени у космонавтов [11,12].

Урожай, полученный благодаря таким системам, используется в качестве дополнительного питания экипажа Международной космической станции (МКС). При проведении опытов на установках Veggie выращенная продукция проходит обработку согласно требованиям микробиологических стандартов NASA, отвечающих за качество еды. В результате дезинфекции количество микроорганизмов снижается на 99 %. Однако подобное обеззараживание будет лишним в замкнутых экосистемах большего масштаба, поскольку сложно представить полную стерилизацию продуктов при их массовом производстве. Кроме того, микроорганизмы являются важной частью биосферы и необходимы для построения замкнутой экосистемы.

В феврале 2023 г. на МКС при помощи установки Veg-05 серии Veggie, предназначенной для производства овощей, получены первые урожаи томатов (рисунок 3). До этого, в 2021 г., на установке Plant Habitat-04 выращен урожай перцев (рисунок 4).

Современное сельскохозяйственное производство, организованное на орбитальных пилотируемых станциях, уже позволяет обеспечить космонавтов небольшим количеством

свежей зелени. Для получения существенного объёма растительной продукции, которой нужно не менее 400 г в сутки на одного человека, требуется развивать технологию культивирования растений в таких экосистемах, какЭКД, предполагающих круговорот веществ и снабжение жителей всей необходимой пищей.

Рисунок 3 - Карликовые томаты, выращенные на МКС с помощью установки VEG-05 [13]

Рисунок4-Урожай перцев, полученный на МКС с помощью установки Plant Habitat-04 [5]

Перспективные направления развития технологии производства растительной продукции в космосе

Выделение рекреационной зоны и зоны интенсивного производства растительной продукции

Рекреационная зона предполагает выращивание культур, которым оптимально подходят сооружения оранжерейного типа. Используя технологии, позволяющие, с одной стороны, поддерживать комфортную и эстетически привлекательную для человека среду, а с другой - получать ценные питательные и лекарственные материалы [14], в ЭКД на открытых участках, предназначенных для отдыха, можно высаживать древесные растения, кустарники, часть овощных и фруктовых культур, лекарственные травы. Известно, что уход за растениями способен снимать стресс и создавать психологический комфорт.

Для организации в ЭКД зелёных зон предусматривается применение субстрата, специально разработанного для подобных сооружений и имеющего следующие характеристики: долговечность, низкая плотность, способность удерживать влагу, содержание макро- и микроэлементов, необходимых для питания растений, наличие условий, благоприятных для жизни мелких почвенных животных и микроорганизмов.

Получение растительной продукции в специально оборудованных установках можно отнести к интенсивному производству, которое предполагает разведение в больших объёмах зеленных культур, низкорослых овощных, ягодных, фруктовых, эфиромасличных и лекарственных растений.

Часть зеленных и овощных культур планируется высаживать в специально оборудованных вегетариях, построенных по аналогии с земными автоматизированными комплексами, используемыми в традиционном растениеводстве. Примером таких устройств являются микротеплицы серии \/ед-04, «Лада» и «Лада-2», в которых проводятся эксперименты по выращиванию сои, ячменя, ряски, гороха, картофеля, карликовой пшеницы.

Поддержание благоприятной температуры, оптимальной влажности и повышенной концентрации углекислого газа способствует увеличению скорости получения урожая и улучшению его качества. В ЭКД из основного объёма помещений предлагается выделить биотехнологические комплексы, в которых будут созданы контролируемый микроклимат и необходимый состав газовой среды. С помощью абсорбции или газовых фильтров можно поддерживать концентрацию углекислого газа в диапазоне

2000-4000 ррт для растений в зоне интенсивного производства и 300-1000 ррт в рекреационной зоне. С одной стороны, такой подход обеспечит более эффективные процессы фотосинтеза (на 15-20 %) и меньшие показатели интенсивного производства, с другой - газовая среда основного объёма ЭКД будет оптимальной для человека, животных и растений.

Перспективное направление биопроизводства растительной продукции в замкнутых экосистемах - культивирование водорослей и микроводорослей в биореакторах. При этом упор предлагается сделать на компактное выращивание красных морских водорослей и ламинарии.

Микроводоросли могут использоваться как источник ценных белков, витаминов и других микронутриентов. Несмотря на то что большинство из них имеют специфический вкус и запах, человеку, по некоторым данным [15], достаточно 3-4 г биомассы хлореллы в сутки (300-400 г однопроцентной суспензии]. Значит, хлореллу и иные микроводоросли можно применять в качестве биологически активной добавки к рациону, ориентированному на антиоксидантное и иммуностимулирующее действие [16].

Гумусопоника:

использование жидкого гумуса,

содержащего микробиоту,

вместо чистой гидропоники

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

При отборе материалов, отправляемых на космическую станцию, особое внимание уделяется их микробиологической чистоте. Уровень сложности обеспечения таких высоких требований будет пропорционален размеру создаваемых замкнутых экосистем.

В таблице 2 представлено описание искусственных и природных материалов, которые использовались в космических вегетариях.

Так, в первых космических установках (1970-1980 гг.], предназначенных для культивирования растений, применялись более сложные в изготовлении субстраты (ионообменные смолы и агаризованные среды], чем те, которые используются сегодня. Данное отличие можно объяснить стремлением получить однородный субстрат, характеризующийся полностью контролируемыми параметрами. Со временем от подобных составов отказались и перешли к аналогам земных комплексных почвогрунтов, созданных на основе минеральных наполнителей.

В большинстве случаев задействуются нейтральные материалы (природные или искусственные], не содержащие питательных веществ; при этом в качестве питательного раствора подаётся смесь минеральных компонентов.

Таблица 2 - Системы доставки питательных веществ, применяемых в установках для культивирования растений на космических станциях [7,17]

Установка Способ питания растений

«Оазис-1» Ионообменная смола

«0азис-1М» Волокнистая ионообменная смола

«0азис-1АМ» Тканевая ионообменная среда

«Оазис-1 А» Ионообменная смола; система аэрации корневой зоны

«Вазон» Тканевый мешок, наполненный ионообменной смолой

«Малахит» Ионообменная смола

«Биогравистат»/«Магнетобиостат» Различные материалы в зависимости от типа эксперимента

«Светоблок» Питательная среда, созданная на основе агара (позже использовались и другие среды)

Phyton 1,5-процентная агаризованная питательная среда

«Свет» Цеолит (размер частиц 1-2 мм) с минеральными удобрениями пролонгированного действия; система подачи питательного раствора

Plant Growth Unit Минеральная основа разного состава

Plant Growth Facility Минеральная основа разного состава

Astroculture Пористые трубки в минеральной матрице для подачи питательного раствора

Plant Generic Bioprocessing Apparatus Агар, почва или питательный субстрат в газопроницаемых полипропиленовых мешках, которые можно подключить к водопроводу

Advanced Astroculture Пористые трубки в минеральной матрице для подачи питательного раствора

Biomass Production System Пористые трубки в минеральной матрице для подачи питательного раствора

«Лада» Цеолит (размер частиц 1-2 мм) с минеральными удобрениями пролонгированного действия; система подачи питательного раствора

European Modular Cultivation System Резервуар с водой, предназначенный для доставки питательных веществ

Plant Experiment Unit Минеральная вата; встроенная система труб для подачи питательного раствора

«Китайская космическая оранжерея» Вермикулит с минеральными удобрениями пролонгированного действия

Advanced Biological Research System Гранулированный субстрат с торфяной смесью и минеральными удобрениями пролонгированного действия и/или подача питательных веществ в виде аэрозоля

Veggie Гранулированный субстрат с торфяной смесью и минеральными удобрениями пролонгированного действия; ручная подача воды и питательных веществ

Аналогичные системы используются при культивировании растений в промышленных масштабах. Из преимуществ данной технологии можно отметить стабильность работы таких комплексов и высокую урожайность, однако ухудшаются качество и вкус плодов, падает способность растений сопротивляться вредителям и заболеваниям, так как культуры недополучают микро-, ультрамикроэлементы и биологически активные вещества, присутствующие в почве в результате деятельности агрономически ценных микроорганизмов. Растения также образуют симбиоз с микроорганизмами и выстраивают сложные системы взаимодействия [18]. Только в кишечнике человека объём генетической информации бактерий в 100 раз больше, чем его собственной [19]. При использовании органической подкормки для растений иТегга, созданной ЗАО «Струнные технологии» совместно с Крестьянским (фермерским] хозяйством «Юницкого» [20], возможно реализовать гуму-сопонику - технологию биопроизводства растительной продукции, где будут применяться гуматы, а также агрономически ценные почвенные микроорганизмы, играющие важную роль в биосферном круговороте.

Применение вспененных питательных растворов

Как в условиях искусственной гравитации, так и при невесомости предлагается культивировать растения при помощи вспененных органических питательных растворов, содержащих весь комплекс макро-, микро- и ультрамикроэлементов, изготавливаемых из комплексной органической подкормки иТегга. Использование пены позволит эффективно снабжать зелёные насаждения полезными веществами, снизит вероятность пересыхания корней, обеспечит полное смачивание корневой системы питательными растворами. Оборудование для получения органических пенных субстратов, которые являются одним из вариантов реализации технологии гумусопоники, может быть нечувствительным к механическим загрязнениям и зарастанию форсунок, трубок и фильтров биоплёнками, поскольку в такой конструкции отсутствуют сами форсунки, распыляющие питательные растворы, и фильтры их тонкой очистки. Питательный раствор может иметь механические включения, измельчающиеся при создании пены.

На данный момент существуют способы разведения растений при помощи гидропонных технологий, в которых за-действуются форсунки, образующие пену. Преимущество таких систем по сравнению с классической гидропоникой: попадающая на корни пена не задерживается внешним слоем, а проникает вглубь [21]. Из минусов можно отметить более сложный состав и более высокие требования к форсункам.

При получении пены другими методами, т. е. не распылением из форсунок, а, например, смешиванием с воздухом посредством вращающегося рабочего органа, можно избавиться от этого недостатка.

Применение лёгких почвогрунтов,

разработанных на основе перлита

Выбор питательной смеси, в которой планируется разводить растения в рекреационной зоне ЭКД, во многом определяет не только качество получаемой растительной продукции, но и стабильность всей экосистемы. Экономически целесообразно использовать субстрат с минимальной массой, который будет выполнять все функции земной почвы, т. е. содержать необходимое количество и разнообразие элементов питания и микроорганизмов, также в нём должны развиваться мелкие почвенные животные.

Лёгкие почвогрунты - относительно новый вид субстратов, применяющихся в современном сельском хозяйстве благодаря ряду преимуществ, среди которых малый удельный вес, высокая аэрация корневой системы, большая влагоёмкость, удобство использования, относительно низкая стоимость. Лёгкие почвогрунты состоят из:

• лёгких минеральных наполнителей;

• минеральных источников макро-, микро- и ультрамикроэлементов;

• гумуса;

• органической части, которая включает в себя сообщества тысяч видов агрономически ценных микроорганизмов.

На рисунке 5 показаны исследуемые ЗАО «Струнные технологии» варианты лёгких почвогрунтов, которые имеют концентрацию биогумуса иТегга от 2,5 до 15 %.

Рисунок 5 - Опыт по определению оптимальной концентрации биогумуса иТегга в лёгком почвогрунте, разработанном на основе перлита

Данный эксперимент ещё продолжается, однако предварительно можно сделать вывод, что при выращивании салата-латука оптимальной является концентрация биогумуса иТегга от 7,5 до 12,5 %, используемого совместно с жидкой подкормкой иТегга. Входе дальнейшего исследования планируется также проанализировать физиологические показатели, надземную и подземную биомассу, качество растительной продукции.

До сих пор сельскохозяйственные, декоративные и лекарственные культуры в основном выращивались на почве или специально подобранных по составу субстратах [22]. По количеству подвижных форм элементов, требуемых для питания растений, лёгкие почвогрунты не уступают более плотным аналогам: имеют контролируемые показатели содержания питательных веществ и могут применяться для выращивания овощей, фруктов, лекарственных трав, как и субстраты, созданные на основе цеолита, которые использовались в опытах с установкой «Свет». К недостаткам лёгких почвогрунтов можно отнести необходимость тщательного подбора состава, контроль его состояния, несколько большую стоимость, чем у почвогрунтов, полученных только из природных материалов и не проходящих дополнительную обработку.

Для ЭКД лёгкие почвогрунты должны служить основой, на которой планируется выращивать широкий перечень культур, по которой станут перемещаться люди и животные и в которой будет происходить процесс переработки органических отходов агрономически ценными почвенными микроорганизмами. В исследовании, посвящённом лёгким почво-грунтам [23], решается вопрос оптимальной организации культивирования растительной продукции на территории ЭКД.

Биологические и физические методы борьбы

с вредителями и болезнями растений

Специально завозить вредителей растений в замкнутые экосистемы не планируется, однако в ЭКД они могут попасть даже при самой тщательной проверке посадочного материала. Это происходит из-за того, что споры грибов, бактерии и яйца насекомых-вредителей способны пройти микробиологический контроль.

В настоящее время для борьбы с паразитами разработаны и используются сельскохозяйственные машины, проводящие лазерную обработку всходов от сорняков. Для обеспечения здорового роста зелёных насаждений предлагается при необходимости применять в первую очередь физические методы борьбы, которые влияют на вредителей при помощи температуры, света, контролируемой атмосферы, давления, генераторов озона или плазмы [24].

В качестве средств доставки специального оборудования могут быть задействованы сельскохозяйственные дроны. В дальнейшем при развитии робототехники способы физической защиты растений от вредителей и болезней могут быть существенно усовершенствованы путём внедрения микророботов.

Для борьбы с корневой гнилью и другими болезнями, затрагивающими внутреннюю часть растительных организмов, помимо контроля условий культивирования можно применять биологические комплексные иммуномодуля-торы, созданные на основе хитозана и ванилина, а также препараты, полученные из природных источников [25, 26]. Они не предполагают особых мер предосторожности в отличие от химических средств и одновременно с защитным действием увеличивают скорость вегетации растений.

Заключение

Построение такой инженерной системы, как ЭКД, требует разработки новых высокотехнологичных способов производства растительной продукции. Существующие технологии позволяют разводить в космосе некоторые виды растений для использования в пищу. Многочисленные опыты не выявили каких-либо существенных препятствий для того, чтобы вне Земли масштабно получать овощи, фрукты и зеленные культуры качественного нутриентного состава; богатый урожай может быть собран даже в невесомости при полностью искусственном освещении. Проводимые на данный момент исследования по изучению вегетативных процессов на орбитальных станциях носят по большей части экспериментальный характер и помогают определить особенности разведения растений в условиях космического корабля. В будущем понадобятся системы, которые смогут производить органическую пищу, гарантирующую здоровый рацион людей во время их длительного пребывания в замкнутых экосистемах, таких как ЭКД. Развитие биотехнологий в космосе позволит получать требуемое количество растительной пищи, обеспечивая последующую переработку образующихся органических отходов. Орбитальная станция, в которую извне поступает энергия, может предоставить человеку всё необходимое. Её создание - сложная, но реализуемая задача, так как Земля, по сути, также является большим космическим кораблём с собственной экосистемой, сложившейся за миллиарды лет эволюции.

Указанные направления развития технологии получения растительной продукции в ЭКД при их дальнейшей проработке могут сформировать решения, применимые при комплексном подходе к биотехнологическому производству в замкнутых экосистемах.

Список основных источников

1. Архипова, Т. В. Мировые тренды в космической сфере и перспективы устойчивого развития космической отрасли России/Т.В. Архипова// Вестник Алтайской академии экономики и права. - 2020. - № 10, ч 3. - С. 263-268.

2. Сергеев, А. С. Современные разработки аэрокосмической отрасли для реализации космических экспедиций /А.С. Сергеев, А.Ш. Асадуллин, А.А. Трифонов // Интернаука. - 2018. - № 19 (53), ч 1. - С. 82-85.

3. Юницкий, A3. Особенности проектирования жилого космического кластера «ЭкоКосмоДом» - миссия, цели, назначение / АЭ. Юницкий//Безракетная индустриализация космоса: проблемы, идеи, проекты: материалы II между-нар. науч.-техн. конф., Марьина Горка, 21 июня 2019 г. / ООО «Астроинженерные технологии»; под общ. ред. А.Э. Юницкого. - Минск: Парадокс, 2019. - С. 51-57.

4. Ераховец, Н.В. Принципы построения здоровой среды для жизни, деятельности, развития и отдыха человека в условиях ЭкоКосмоДома / Н.В. Ераховец // Безракетная индустриализация космоса: проблемы, идеи, проекты: материалы II междунар. науч.-техн. конф., Марьина Горка, 21 июня 2019 г./ООО «Астроинженерные технологии»; под общ. ред. А.Э. Юницкого. - Минск: Парадокс, 2019. - С. 139-143.

5. Costa, J. NASA's Second Pepper Harvest Sets Record on Space Station [Electronic resource]/J. Costa. - Mode of access: https://www.nasa.gov/feature/nasa-s-second-pepper-harvest-sets-record-on-space-statlon. - Date of access:11.06.2023.

6. Harvey, B. Russian Space Probes: Scientific Discoveries and Future Missions / B. Harvey, 0. Zakutnyaya. - New York[et al.]: Springer, 2011. - 514 p.: ill.

1. Review and Analysis of Over 40 Years of Space Plant Growth Systems / P. label [et al]//Life Sciences in Space Research. - 2016. - Vol. 10. - P. 1-16.

8. Sowing the Seeds for Space-Based Agriculture - Part 2 [Electronic resource). - Mode of access: https://blogs. nasa.gov/ISS_Science_Blog/2013/09/18/sowing-the-seeds-for-space-based-agriculture-part-2/. - Date of access: 09.07.2023.

9. Veggie (VEG) - ISS Plant-Growth Facility [Electronic resource). - Mode of access: https://spaceflight101.com/ iss/veggie/. - Date of access: 05.07.2023.

10. Определение ключевых параметров технологического освещения для растений / А.Э. Юницкий [и др.) //

Безракетная индустриализация ближнего космоса: проблемы, идеи, проекты: материалы V междунар. науч.-техн. конф., Марьина Горка, 23-24 сент. 2022 г. / ООО «Астроинженерные технологии», ЗАО «Струнные технологии»; под общ. ред. А.Э. Юницкого. - Минск: СтройМедиаПроект, 2023. - С. 170-177.

11. A Low Equivalent System Mass Plant Growth Unit for Space Exploration [Electronic resource]/R.C. Morrow [et al.)// 35rh International Conference on Environmental Systems, Rome, 11-14 July2005. - Mode of access: https://www.sae. org/publications/technical-papers/content/2005-01-2843/ preview/. - Date of access: 05.07.2023.

12. Operational Evaluation of VEGGIE Food Production System in the Habitat Demonstration Unit [Electronic resource]/ G. Stutte [et al.]//41st International Conference on Environmental Systems, Portland, 17-21 July 2011. - Mode ofaccess: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20110014431/ downloads/20110014431.pdf. - Date of access: 05.07.2023.

13. Cawley, J. NASA Teams Persevere Through Plant Challenges in Space [Electronic resource]/J. Cawley. - Mode of access: h ttps.//www. nasa. go v/fea ture/nasa- teams-perse vere-through-plant-challenges-in-space. - Date of access: 29.06.2023.

14. LUaxHO, EA Лекарственные растения для ЭкоКосмоДома: подбор, условия выращивания, область применения / ЕА Шахно, Н.С. Зыль // Безракетная индустриализация ближнего космоса: проблемы, идеи, проекты: материалы IVмеждунар. науч.-техн. конф., Марьина Горка, 18 сент. 2021 г. / ООО «Астроинженерные технологии», ЗАО «Струнные технологии»; под общ. ред. А.Э. Юницкого. -Минск: СтройМедиаПроект, 2022. - С. 283-291.

15. Разработка технологических подходов к получению альтернативного биотоплива из водорослей / В.В. Заболотских [и др.]//Академический вестник ЗЛПИТ. -2019. - Т. 4, № 1(7]. - С. 12-38.

16. Шалыго, Н. Медицинские аспекты альгологии / Н. LLIa-лыго//Наука и инновации. - 2018. -Т. 2 (180). - С. 20-23.

17. Перспективы применения космических оранжерей в комплексе систем жизнеобеспечения космонавтов в условиях лунной орбитальной станции, лунной базы и межпланетных транспортных кораблей / ЮА. Бер-кович [и др.] // Космическая техника и технологии. -2019. -№ 2 (25). - С. 37-54.

18. An Overview of Plant-Autochthonous Microorganisms and Fermented Vegetable Foods / S. Torres [et al] // Food Science and Human Wellness. - 2020. - Vol. 9, iss. 2. -P. 112-123.

19. Микробном и микробиота мочи: современные представления и гендерные особенности / М.Н. Слесаревская [и др.] // Урологические ведомости. - 2022. - Т. 12, №2. - С. 157-165.

20. Продукция uTerra [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://uterra.by/products/. - Дата доступа: 03.08.2023.

21. Самсонов, Г. П. Выращивание растений с помощью аэ-ропонной технологии / Г. П. Самсонов, Д.Н. Алгазин // Биотехнологии в сельском хозяйстве, промышленности и медицине: сб. материалов регион, науч.-практ. конф. молодых учёных, Омск, 25 апр. 2017 г./ Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-техниче-ской сфере [и др.] - Омск: ФГБОУ ВО Омский ГАУ, 2017. -С. 118-123.

22. Comparison Between Growing Plants in Hydroponic System and Soil Based System [Electronic resource]/R. Gashgari [et a I.] // Proceedings of the 4rh World Congress on Mechanical, Chemical, and Material Engineering, Madrid, 16-18 Aug. 2018. - Mode of access: https://avestia.com/ MCM2018_Proceedings/files/paper/ICMIE/ICMIE_ 131.pdf. -Date of access: 29.06.2023.

23. Перспективные составы и способы производства лёгких почвогрунтовдля ЭкоКосмоДома/А.Э. Юницкий [идр.]// Безракетная индустриализация ближнего космоса: проблемы, идеи, проекты: материалы V между нар. науч,-техн. конф., Марьина Горка, 23-24 сент. 2022г./ООО «Ас-троинженерные технологии», ЗАО «Струнные технологии»; под общ. ред. A3. Юницкого. - Минск: СтройМедиаПроец 2023.-С.250-261.

24. Антошин, И.В. Физические методы защиты сельскохозяйственной продукции при хранении / И.В. Антошин, В. Б. Пой да // Инициативы молодых - науке и производству: сб. ст. Ill всерос. науч.-практ. конф. для молодых учёных и студентов, Пенза, 20-21 июня 2022 г. /ПГАУ; под науч. ред. О.Н. Кухарева, А.В. Носова. - Пенза: ПГАУ 2022. - С. 15-18.

25. A Simplified Synthetic Community Rescues Astragalus mongholicus from Root Rot Disease by Activating Plant-Induced Systemic Resistance/Z Li [et al.]//Microbiome. -2021. - Vol. 9 [217]. - P 1-20.

26. Инновационные гибридные иммуномодуляторы растений на основе хитозана и биоактивных антиоксидан-тов и прооксидантов / Э.В. Попова [и др.]// Сельскохозяйственная биология. - 2021. - Т. 56, № 1. - С. 158-170.

§

%

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.