Аквариум для рыб, наполненный мочой, это первое, что вы видите, заходя в тесный кабинет Дженса Хауслажа в немецком космическом агентстве DLR недалеко от Кельна. Он сидит на полке у своего стола, окруженный академическим количеством книг, графиков и научных работ. Из центра резервуара поднимаются две прозрачные пластиковые цилиндрические колонны — около метра в высоту. На вершине каждой трубки раскидывает свои листья густой, здоровый на вид куст томатов, зеленый, с цветами и даже несколькими помидорками.
«Они съедобны?», спрашиваю я, чтобы не попасть впросак.
«Конечно», говорит Хауслаж, физиолог растений, небрежно скручивает один из помидоров со стебля и передает мне плод размером с монету. Я кладу его в рот. По правде говоря, это не самый вкусный томат из тех, что я когда-либо пробовал: кожа немного жестковата, а на вкус он слегка горьковат. Но это, тем не менее, здоровый съедобный помидор.
Переработанный пот
Неудивительно, что помидоры в офисе Хауслажа не самые вкусные. Эти растения специально выводились, чтобы их выращивали в космосе. Этот экспериментальный резервуар с мочой, трубками и растениями — оригинальный прототип для спутника, спроектированный, чтобы доказать, что помидоры можно успешно выращивать на Луне или Марсе.
На текущий момент почти вся пища на Международной космической станции переправляется на грузовых кораблях с Земли. Единственное исключение — несколько салатов и листьев капусты, которые астронавтам удалось вырастить в гидропонных решениях. Однако большая часть воды на борту МКС поступает из мочи астронавтов. Жидкие отходы от стирки, потения и туалета почти полностью перерабатываются с использованием сложной системы обработки. Сегодняшняя моча — это завтрашний кофе.
Но что, если бы полезные соли в моче астронавтов можно было бы использовать для выращивания пищи? Если люди собираются жить на Луне или Марсе на протяжении долгих периодов времени, им потребуется самоподдерживающаяся система обеспечения пищей. «Понадобится больше, чем протеиновые батончики», говорит Хауслаж.
«На Земле замкнутая биологическая система с растениями производит кислород и пищу, а животные и микробы производят все процессы распада в почве», говорит он. «Без этих систем стабильная и долгосрочная система жизнеобеспечения не будет существовать».
В его лаборатории мочи довольно много — она разлита по чанам, воронкам, шлангам. Большая часть ее искусственная — смешанная так, чтобы ученые знали точный химический состав для своих экспериментов — но некоторую часть предоставили добровольцы. Стены выложены серыми пластиковыми дренажными трубами, прикрепленными к пластмассовым коробочкам, заполненным пузырящейся искусственной мочой. В центре комнаты, из пластмассовых бочек с мочой растут большие терракотовые трубки.
«Меньшие столбцы могут обрабатывать мочу одного человека в день», объясняет Хауслаж. «Колонны побольше могут справиться с мочой четырех-шести человек».
Каждая из этих колонн упакована пемзой — застывшей лавой, унизанной дырочками — в которых живут пышные колонии бактерий. Эти микробы питаются мочой, которая закачивается по трубкам, другие преобразуют аммиак в нитриты, третьи преобразуют его в нитратные соли — удобрения.
Это контролируемая лабораторная версия азотного цикла, который обычно протекает в почвах и водотоках Земли. Так же, как и с мочой, эта замкнутая биологическая система может использоваться для обработки остатков пищи или листьев, которые опадают с растений.
Любопытно, что хоть мы и находимся в комнате с галлонами мочи, никакого запаха нет. «Моча довольно быстро распадается на двуокись углерода и аммиак», говорит Хауслаж. «И бактерии в наших фильтрах тоже быстро работают».
Разработав технологию в лаборатории, научная команда DLR теперь планирует выводить ее на орбиту. В конце этого года космическое агентство запустит свою миссию Eu:cropis (сложный акроним), цилиндрический метровый спутник с двумя миниатюрными теплицами.
Запущенный на ракете SpaceX Falcon 9, этот спутник выйдет на орбиту Земли, вынесет семена томата, резервуар искусственной мочи и бактериальные колонии. Космический аппарат будет вращаться, чтобы имитировать гравитацию Луны для первой теплицы. Через шесть месяцев скорость вращения будет увеличена, чтобы имитировать марсианскую гравитацию, когда к сети будет подключена вторая оранжерея.
Первоначально кислород будет производиться колонией зеленых водорослей — эвгленой — но потом растения томата будут производить больше кислорода, чем углекислого газа.
«После запуска мы раскрутим спутник и польем систему», говорит Хауслаж. «Томаты прорастут, и мы скормим системе мочу для производства помидоров».
За растениями будут тщательно следить при помощи массива из 16 камер, а данные будут отправлять на Землю четыре раза в день. Хотя это не первый случай, когда томаты летят в космос, это первый спутник, предназначенный для выращивания растений в закрытой системе.
Если миссия окажется успешной, она может проложить путь для выращивания растений на других мирах. Но как насчет использования другого человеческого отхода: фекалий?
В «Марсианине» мы видели, что Мэтт Деймон выращивает картофель на Марсе на почве из человеческих экскрементов. В настоящее время твердые отходы на МКС упаковываются и отправляются с грузом, чтобы сгореть в атмосфере Земли.
«Для меня как ученого фекалии не настолько золотые, как моча», говорит Хауслаж, «но содержат много калия, который нужен для хороших удобрений». Однако в этом твердом отходе есть опасные патогены, которые придется тщательно фильтровать и обрабатывать.
Тем не менее вполне вероятно, что ничто в будущей колонии на Луне или на Марсе не будет выбрасываться — все будет перерабатываться. И кормление десятков колонистов на удаленном мире не будет простым.
«Вам нужно много калорий, поэтому вы должны производить кучу картошки, огурцов, помидоров, нужны белки и жиры», говорит Хауслаж. Последняя группа продуктов представляет особую проблему, но его команда уже подбирается к решению: «Мы также провели эксперимент по производству жира с раствором водорослей, используя нашу воду с мочой».
Интересно, получит ли космический ресторан когда-нибудь мишленовскую звезду?
