Микроводоросли помогут человеку путешествовать в космосе

Ученые НИЦ "Курчатовский институт" подготовили обширный обзор современных мировых исследований и разработок в области биорегенеративных систем жизнеобеспечения пилотируемых космических аппаратов и предложили перспективные направления дальнейших работ. Публикация вышла в Acta Astronautica — ведущем мировом научном журнале по астронавтике и астробиологии.

Десятки лет научные коллективы разных стран изучают вопросы длительного пребывания человека в космосе. Эти знания необходимы в том числе для будущих экспедиций на Луну и Марс, а также для создания обитаемых поселений на их поверхности. Одна из главных научных проблем — как обеспечить жизнедеятельность экипажа космического аппарата во время длительных экспедиций, сохраняя его здоровье и работоспособность. Еще одна проблема — дороговизна и технологическая сложность доставки в космос с Земли всех ресурсов для миссии: кислорода, воды, топлива и продуктов питания.

Полностью "оторваться от Земли" можно только одним способом — создав для космонавтов "земные" условия и постоянно поддерживая их с помощью замкнутой системы жизнеобеспечения, минимально нуждающейся в подпитке извне. Ученые уже выяснили, что одними из основных "обитателей" таких систем жизнеобеспечения должны будут стать фотосинтезирующие микроорганизмы, поглощающие углекислый газ и выделяющие кислород. Благодаря их жизнедеятельности замкнутая экосистема будет способна обеспечивать экипаж чистыми водой и воздухом, а также возобновляемым пищевым ресурсом, богатым важными для человеческого здоровья веществами.

Современные исследования во всем мире направлены на поиск наиболее перспективных растений и микроорганизмов для использования в длительных космических полетах. На помощь пионерам дальнего космоса могут прийти представители оксигенных фотосинтезирующих микроорганизмов Cyanobacteria и Chlorophyta. Исследователи Курчатовского института отмечают, что именно эти микроорганизмы необходимо использовать для создания круговоротов углерода, кислорода и азота внутри системы жизнеобеспечения. Однако для этого нужно решить целый ряд научных и инженерных задач.

"В первую очередь нужно обеспечить длительное крупномасштабное культивирование фототрофных микроорганизмов в условиях имитации космической экспедиции, то есть под воздействием значительных стрессовых факторов, — рассказал Даниил Сухинов, лаборант-исследователь отдела прикладной биоэнергетики Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий. — Важно изучить, как влияет на микроводоросли космическое ионизирующее излучение, микрогравитация и невесомость, низкое атмосферное давление и высокие концентрации углекислого газа. Причем особое внимание необходимо обратить на комплексное воздействие всех этих стрессовых факторов".

Не менее важным направлением будущих исследований, отмечают авторы публикации, должно стать изучение влияния этих стрессовых факторов на клетки микроорганизмов при их краткосрочном или длительном хранении. Это необходимо, поскольку часть биомассы микроводорослей рассматривается как резерв: на случай непредвиденных и чрезвычайных ситуаций или для расширения масштабов культивирования, если потребности в биомассе и кислороде возрастают (например, при создании новых колоний-поселений в ходе освоения Луны или Марса).

По словам Даниила Сухинова, провести такие исследования на Земле будет затруднительно из-за сложности долгосрочного воспроизведения характерного космического излучения и условий микрогравитации. Более перспективны эксперименты на околоземной орбите, однако и они не позволят в полной мере воспроизвести условия ионизирующего излучения, характерного для межпланетного пространства. Лучшим вариантом, по мнению ученых, стали бы исследовательские работы с микроводорослями на станциях на лунной орбите: они проходили бы в условиях, аналогичных, например, миссии на Марс.