Астронавти майбутнього могли (і повинні) переробляти свій кал, щоб їсти

повинні

Часто вважається, що космонавти їдять таблетки, що не відповідає дійсності. У перших космічних польотах вони експериментували з трубочками макаронних виробів, кубиками льоду та порошкоподібною їжею. Насправді, у цих піонерських поїздках експерти навіть не були впевнені, чи можна їсти в космосі, оскільки вони не знали, як мікрогравітація може вплинути на ковтання.

Астронавт Сандра Магнус першою експериментувала з кулінарією в космосі. Зображення з NASA.

Але після тих початкових балів, космонавти почали їсти страви, дуже схожі на ті, які ми їмо тут, внизу, а за їх харчуванням стежать дієтологи, які забезпечують правильне харчування. Вони не готують філе Веллінгтон, але прийшли експериментувати з кулінарією.

Головна проблема там, що все пливе, і тому ви не можете покласти стейк на сковороду або зварити яйце (пар не піднімається), хліб замінюють мексиканськими коржиками, щоб не створювати хмари крихт, а сіль надходить у рідкій формі. Але вони їдять курку, яловичину, фрукти, овочі, рибу, а в деяких випадках навіть піцу чи гамбургери. Приготовлені раціони зазвичай йдуть у закритих упаковках та зневоднюються для зручності та збереження, але не для полегшення ваги води, оскільки весь сухий корм повинен бути регідратованим, а в космосі не можна йти до річки за водою.

Але все це стосується єдиної нині присутності людини в космосі - Міжнародної космічної станції (МКС). І як я тут завжди уточнюю, не будемо забувати, що МКС, з точки зору космічних подорожей, - це майже муштра; Станція обертається навколо Землі лише близько 400 кілометрів, трохи менше відстані AVE між Мадридом та Севільєю, яку поїзд проїжджає приблизно за дві з половиною години. Різниця у випадку з МКС полягає в тому, що, поклавши ці кілометри на ноги, отримати все, що є там, ускладнюється липкою гравітацією Землі. Але пам’ятайте, що якщо все плаває на МКС, це не тому, що воно знаходиться настільки далеко, що уникає гравітаційного впливу Землі, далеко від нього, а лише тому, що воно постійно перебуває у вільному падінні, як у тих пам’ятках у парках, де ви раптово опинитесь звільнений і ти відчуваєш, як кров йде до голови.

Іншою зовсім іншою річчю були б справжні космічні подорожі, ті, які, здається, ніколи не прибувають. Але якщо вони трапляться одного разу, як ваш екіпаж буде харчуватися? У науково-фантастичному кіно, яке турбується про ці справи, Часто розглядаються такі можливості, як гідропонні культури, які вирощуються у воді та без ґрунту. Це реальний варіант, який фактично практикується на МКС.

Космонавт Ед Лу, їсть паличками на МКС. Зображення з NASA.

Але давайте врахуємо фізичну реальність: матерія не створюється і не руйнується, вона лише змінює форму. Щоб рослина томатів дала 100 грамовий помідор, ці 100 грамів матеріалу потрібно викрасти з навколишнього середовища; щось інше має втратити ці 100 грам. Це одна з найпоширеніших вад інших науково-фантастичних фільмів, тих, які не дбають про ці деталі, і де істоти, мабуть, ростуть з нізвідки.

На МКС це не проблема, оскільки екіпаж регулярно отримує кораблі з Землі зі свіжими запасами. Але під час передбачуваної тривалої міжпланетної подорожі, не кажучи вже про міжзоряну, де всю їжу не можна було забрати з Землі, а її потрібно було виготовляти на борту, астронавти виробляли власну їжу, їли, дефекацію; якщо, як це робиться на МКС, вони вивезли свої відходи за кордон, потроху вони викрадали речовину з середовища проживання корабля, поки не залишалося достатньо для подальшого підтримання виробництва їжі.

У відкритому космосі немає речі, яку можна зібрати; Якщо вони не знайшли оазису (як планета), де заправити основну хімію, необхідну для їх харчування, особливо вуглець, водень, кисень, азот, фосфор та сірку, ситуація була б неспроможною. Звичайно, те саме стосується води. Мандрівники могли б також самостійно готувати воду, але їм все одно потрібно було б поповнити запас водню та кисню.

Отже, у них не було б іншого вибору: їм слід переробляти власні випорожнення для виробництва їжі. Як би грубо це не звучало, давайте розглянемо це з суворо хімічної точки зору - кал - це багата поживними речовинами речовина. Більшість із них складається з бактерій, але він містить усі ті елементи, які космічні мандрівники не могли дозволити собі викинути в космос.

Просто, ці атоми та молекули знаходяться у формі, яку не можна використовувати безпосередньо, оскільки вони втратили енергію, яку ми можемо витягти з них. Живі істоти - це енергетичні вампіри. Перетравлюючи їжу, ми крадемо з неї енергію (і речовину, звичайно). Щоб перетворити ці залишки назад у їжу, ми просто маємо забезпечити їх енергією, щоб перетворити їх в інші молекулярні форми, якими ми можемо скористатися як джерелом енергії.

І на щастя, в космосі є енергія: є світло, сонячний вітер, космічні промені, частинки, які рухаються з великою швидкістю ... Рішення полягало б у збиранні цієї енергії та її використанні для заряджання молекул у фекаліях, коли акумулятор заряджається, і таким чином перетворювати їх назад у їжу.

Сеча астронавтів роками переробляється для виробництва питної води на МКС, І як я вже згадував тут кілька місяців тому, системи з цією ж метою також тестуються на Землі. Стільниця потребуватиме більше праці, але цього тижня було опубліковано дослідження, яке забезпечує повну систему. Він ні в якому разі не є самодостатнім і не переробляє всі компоненти калу, а лише певну сполуку, але це початок.

Італійський астронавт Саманта Крістофоретті пояснює роботу туалету МКС. Зображення від ESA.

Дослідники з Університету штату Пенсільванія (поки) не використовували кал або сечу, а тверді та рідкі відходи, які зазвичай використовують для тестування систем переробки; на зразок промислового людського корму. Першим кроком у вашій системі є використання цього залишку як їжі для мікроорганізмів; хоча ми не можемо харчуватися безпосередньо своїм калом, для багатьох мікробів вони є делікатесом. Цей процес називається анаеробним травленням. Він схожий на той, який відбувається в нашому травному тракті і застосовується на Землі для обробки відходів.

В результаті цього анаеробного травлення, для якого в пристрої використовуються модифіковані фільтри такого типу, які розміщуються в акваріумах, дослідники зібрали один з його дорогоцінних продуктів: метан, основний компонент природного газу, що містить вуглець та водень. Потім метан подається іншому виду бактерій, який використовує його як їжу і дуже зручно їсть його. Ця бактерія, яка називається Methylococcus capsulatus, становить 52% білка і 36% жиру, і все це в їстівній формі; в даний час використовується як корм для худоби. І не думайте, що поїдання бактерій продовжує бути дивним та відлякуючим; Що, якщо це не йогурт?

Дослідники випробували свою систему, переконавшись, що токсичні бактерії не ростуть, застосовуючи дуже обмежувальні діапазони рН (кислотності/лужності) та високі температури, щоб їжа не псувалася. На даний момент це лише прототип, і він ще дуже далекий від того, щоб стати практичним пристроєм; але до того часу, як у нас з’являться міжзоряні кораблі, є достатньо часу для його розробки. Керівник дослідження, геолог Крістофер Хаус, каже: «Уявіть, якби хтось міг вдосконалити нашу систему, щоб мати можливість відновити 85% вуглецю та азоту із залишку у вигляді білка без використання гідропоніки або штучного світла; це було б фантастичним розвитком для глибоких космічних подорожей ".