На основе исследований, проведенных Поляковым в условиях, приближенных к «боевым», определили тренировочный цикл, позволяющий космонавтам оставаться в хорошей физической форме. Цикл состоит из четырех дней: первые три дня космонавты тренируются с возрастающей нагрузкой, на четвертый отдыхают. При этом ежедневно космонавты «пробегают» до пяти километров на дорожке и «проезжают» до десяти километров на велоэргометре. Необходимо также постоянно носить костюмы «Пингвин» (от 8 до 12 часов в сутки), которые за счет натянутых эластичных амортизаторов создают нагрузку на мышцы, достигающую 30 % земного веса космонавта. Вакуумный костюм «Чибис» предполагается применять сразу после старта, перед высадкой на другую планету и перед возвращением на Землю — своим воздействием он перераспределяет движение крови в сосудах, обеспечивая ее приток к ногам.
Казалось бы, проблема невесомости решена, однако она подбросила новые сюрпризы.
Коварная невесомостьОсновоположник теоретической космонавтики Константин Циолковский полагал, что межпланетные корабли будущего будут снабжены оранжереями, которые снабдят экипажи всем необходимым. То есть в космосе будет воссоздан «кусочек Земли» — замкнутая биосфера, в миниатюре повторяющая жизненный цикл и подпитываемая энергией Солнца и естественными выделениями человека.
Вот что Циолковский писал по этому поводу в своей научно-фантастической повести «Вне Земли» (1918): «Выделения легких, кожи, почек и т. д. поглощались особыми сосудами и составляли прекрасную пищу для растений. Семена их были посажены в ящики с почвой, удобренной этими выделениями. Когда семена пустили ростки, сосуды с ними были выставлены на свет <…>. Необыкновенная сила солнечного света, не ослабленного толстым слоем земной атмосферы, непрерывное его действие, вертикальные лучи, отсутствие вредителей, наиболее благоприятные условия влажности и атмосферы сделали чудеса: не прошло и месяца, как маленькие растения были сплошь увешаны сочными, питательными и ароматическими плодами. Цветение было роскошно, оплодотворение — искусственно. Тяжести не было, веточки свободно распространялись, и плоды их не отягчали и не гнули. <…> Клубника, земляника, разнообразные овощи и фрукты росли не по дням, а по часам. Множество плодов давало урожай через каждые десять, пятнадцать дней. Сажали карликовые яблони, груши и другие небольшие плодовые кусты и деревья. Эти без перерыва цвели и давали изумительно большие и вкусные плоды. Одни деревья зацветали, другие имели уже спелые ягоды. Особенно удавались арбузы, дыни, ананасы, вишни, сливы. Но приходилось постоянно подрезывать подрастающие кусты и деревца. Плоды всякого сорта собирались непрерывно во всякое время, так как времени года не было: был один непрерывный, неизменный климат. <…> Вот почему можно было разводить растения всех стран…»
Первые исследования, проведенные на «Союзе-9», «Зонде-8», «Союзе-12» со всходами пшеницы, картофеля, гороха, подтверждали предвидения ученого. Освободившись от тяжести, растения и вправду росли подчас быстрее, чем на Земле.
Весьма обнадеживающими выглядели и результаты, полученные на орбитальной станции «Салют-4» в миниатюрной оранжерее «Оазис-1». Горох и лук, посаженные в ней, проросли до нормальных размеров.
Неприятности начались позже. У опытных растений, по сравнению с контрольными, замедлялся рост стеблей и образование первых настоящих листочков, затем многие из них хирели и вяли, так и не дав плодов и семян. Космонавт Валерий Рюмин, который провел 175 дней на орбитальной станции «Салют-6», показывая Земле увядшие ростки огуречной рассады, комментировал: «Второй раз сажаем семена, и опять та же история: как только кончается то, что заложено природой в семени, рост прекращается и растение погибает». Позднее на «Салюте-6» побывала установка «Лютик» с тюльпанами — они были выращены на Земле, и им оставалось только распуститься в космосе, но делать это они категорически не захотели. Тогда ученые предприняли попытку обмануть невесомость, послав на орбиту блок «Малахит-2» с уже распустившимися орхидеями. Цветы опали почти сразу же, но сами растения дали прирост, у них образовались не только новые листья, но и воздушные корни. Что примечательно, вернувшись на Землю, орхидеи обильно зацвели.
Отчаянные попытки добиться цветения в условиях невесомости обернулись курьезом. 30 июля 1980 года Рюмин в телерепортаже сказал: «У нас есть система с растениями «Малахит». Так вот, к прилету нашего друга Фам Туана из Вьетнама в ней даже цветок вырос». И он показал этот цветок. Сообщение вызвало настоящую сенсацию, ученые потребовали немедленно доставить образец на Землю. И получили. В спускаемом аппарате в одном из пеналов среди листьев обнаружился красивый бледно-розовый цветок. Он был… сделан космонавтами из бумаги.
Эксперименты с растениями были продолжены в оранжерее «Фитон-3» на станции «Салют-7». 2 августа 1982 года космонавт Валентин Лебедев сообщил, что невзрачный сорняк арабидопсис (родственник горчицы и капусты) наконец-то зацвел. Прибывшей на станцию Светлане Савицкой экипаж вручил небольшой букетик из цветов арабидопсиса. Она тщательно зарисовала его. На историческом рисунке запечатлены семь цветущих растений высотой до 10 сантиметров, на них 27 стручков. При подсчете на Земле в стручках обнаружили 200 семян.
Этот опыт опроверг крепнущее в научном мире мнение о невозможности прохождения растениями в невесомости всех стадий развития — от семени до семени. Правда, арабидопсис — самоопылитель, оплодотворение у него происходит еще до раскрытия бутона.
Так или иначе, но стало очевидным, что растения нуждаются в особом внимании и уходе — недостаточно их высадить и обеспечить светом, как это делали персонажи фантастической повести Циолковского.
Для орбитальной станции «Мир» была создана оранжерея нового поколения — «Свет». Она проработала в космосе с 1989 по 2001 годы. Эксперименты доказали возможность образования корнеплодов у редиса, а также прохождения полного цикла роста и получения в нормальные сроки жизнеспособных семян у сурепки, арабидопсиса и пшеницы.
К примеру, в ноябре 1998 года на «Мире» проводился эксперимент «Оранжерея-4». Космонавты пытались прорастить пшеницу сорта «Апогей». К 15 января 1999 года началось колошение пшеницы, 27 января — в колосьях появились семена. У всех растений были зерна. 22 февраля за день до спуска на Землю срезали 29 колосьев и уложили их в специальную тару. На орбите оставили 12 зерен, которые были посеяны 9 марта 1999 года и дали всходы. В ходе эксперимента было получено в общей сложности 508 зерен.
Полным успехом завершился и эксперимент «Оранжерея-6», в рамках которого экипаж «Мира» выращивал листовые культуры: мизуну, пекинскую капусту, брокколи рааб и красную гигантскую горчицу. 21 мая 2000 года состоялся посев, уже через неделю все растения взошли, а еще через несколько дней космонавты смогли оценить вкус нежных листочков.
Свои космические огороды были заведены и на Международной космической станции. В период с марта 2003 года по апрель 2005 года в оранжерее «Лада» было проведено пять экспериментов по культивированию генетически маркированных растений карликового гороха. Результаты проведенной работы показали, что космический горох в течение полного цикла выращивания практически не отличается от контрольных образцов на Земле.
Понятно, что эксперименты будут продолжены в дальнейшем. Однако и тех данных, которые удалось накопить ученым, достаточно, чтобы прийти к малоутешительным выводам. Хотя высшие растения могут жить и размножаться в условиях космического полета, они не дают каких-то особенных всходов и урожаев, на которые рассчитывал Циолковский. Исследования также показали, что в третьем поколении снижается продуктивность орбитальных оранжерей — это обусловлено истощением питательных веществ и накоплением продуктов метаболизма растений в корневом модуле оранжереи. Следовательно, модули придется регулярно менять на новые — а как это сделать в условиях продолжительного космического полета? Брать с собой запас? Такой вариант возможен, однако он натыкается на серьезное препятствие: согласно расчетам, космическая оранжерея способна регенерировать до 5 % кислорода, до 3,6 % воды и около 1 % основных элементов питания в общем балансе экспедиции. При этом она очень зависима от условий окружающей среды, нуждается в непрерывном контроле и особом уходе. При любом раскладе получается, что выгоднее захватить провиант с собой в виде консервов, а с оранжереей лучше не связываться. Впрочем, позитивный психологический эффект от присутствия растений на борту межпланетного корабля трудно переоценить — космонавтам очень нравится работать с ними и пользоваться результатами своего труда.
