Докато планираме дългосрочни космически мисии, учените изучават как да отглеждат храна на Червената планета и да подобряват храненето на пакетираните закуски

от Сам Лемоник
РЕКЛАМА

подобрено

Космически организации като НАСА и SpaceX казват, че мисия до Марс с екипаж може да се случи през следващите няколко десетилетия. Учените трябва да решат много проблеми, преди това да може да се случи. Какъв вид превозно средство ще превозва астронавтите толкова далеч (около 56–64 милиона км)? Щом са на повърхността на Червената планета, къде ще живеят? Какво ще дишат?

Това са сложни, плашещи предизвикателства, които ще отнемат на екипите години, за да бъдат решени. Но учените имат друг, също толкова основен въпрос, на който трябва да отговорят за астронавтите, които се отправят към Марс, един, който си задаваме всеки ден: какво ще ядат?

Учените са научили много за храненето на астронавти през последните 60 години космически пътувания. И все пак най-дълго космонавтът е бил в космоса на една мисия само 14 месеца. Мисията на Марс ще отнеме около 2 години, така че учените изучават молекулите в храната и изследват нови подходи и нови технологии, за да поддържат астронавтите в дългосрочни мисии здрави и щастливи.

Тъй като теглото на товара на борда е основна грижа за всяко изстрелване на ракета, малко вероятно е екипажът на Марс да носи със себе си храна за 2 години. Някои от храната им вероятно ще пътуват пред тях с отделна ракета, което означава, че ще трябва да бъде преработена и опакована, така че да остане свежа, докато екипажът не се появи. Но може да се наложи астронавтите на Марс да допълнят тези ястия и с друг източник на храна, на който хората, разкопани от земята, разчитат хилядолетия: земеделие.

Курс за салата

Учените отглеждат храна в космоса почти толкова дълго, колкото астронавтите живеят там. Съветските космонавти успешно отглеждат китайско зеле, лен, праз и лук през 1971 г. на първата космическа станция с екипаж, Салют 1. Учените искаха да знаят дали растенията могат да растат в космоса и вече мислеха как да хранят астронавтите на лунна база или на други дългосрочни мисии.

Пресните зеленчуци могат да бъдат ключови за поддържането на здравето на астронавтите през годините в космоса. Изследователите очакват недостиг на хранителни вещества при астронавтите, прекарали месеци в космоса. Мат Ромейн от НАСА казва, че културите, отглеждани в космоса, могат да помогнат за запълване на пропуските в храненето. (Въпреки че C&EN желае името му да се произнася като марулята, то се произнася „ред-мина“.) Той работи върху Системата за производство на зеленчуци на НАСА, наречена Veggie, нещо като високотехнологична оранжерия, която сега лети на Международната космическа станция (ISS ).

Растенията могат да осигурят хранителни вещества, които тялото ни поема по-лесно от тези в мултивитамините, казва Ромейн. Растенията съдържат и много хранителни вещества извън основните витамини, които човек може да приема под формата на хапчета.

За щастие учените са установили, че не е твърде трудно да се отглеждат растения в космоса. „Растенията растат горе-долу по същия начин в космоса, както на Земята“, казва Ромейн. Едно предизвикателство е напояването им. Поливките не работят в микрогравитация, от една страна. По-важното е, че водата в космоса не абсорбира газове като кислорода, които растенията поемат от водата чрез своите корени. Така че вместо да отглеждат растения в почвата или дори хидропонно, без почва, растенията в системата Veggie на НАСА растат с корените си в затворена система - във възглавници, пълни с пореста среда за растеж, която осигурява всичко необходимо. Пелетите с полиуретаново покритие във възглавниците са проектирани да освобождават хранителни вещества в продължение на месеци. А възглавниците доставят вода на растенията и позволяват на въздуха да стигне до корените им.

Астронавтите са демонстрирали Veggie, като са отглеждали маруля с червени листа на МКС. Ромейн казва, че учените сега искат да знаят как космосът променя химичните хранителни вещества, произведени от растения, отглеждани там, в сравнение с тези, които растенията притежават на Земята. НАСА ще изпрати растения от зеле, за да проучи как отглеждането в космоса може да промени нивата на съдържащите сяра глюкозинолатни съединения, които също се срещат в броколи и брюкселско зеле. Въпреки че тези съединения могат да имат ползи за здравето, твърде много от тях могат да създадат неприятен вкус, както много деца вероятно биха могли да ви кажат. Ако нивата се променят твърде много, тези зеленчуци може да не са подходящи за космически мисии. Romeyn казва, че НАСА също ще отглежда чушки, за да разгледа нивата на капсаицин, молекулата, която ги прави пикантни.

Отглеждането на зеленчуци обаче не е свързано само с хранене. Тези първи фермери космонавти откриха, че отглеждането и отглеждането на техните растения също има важни психологически ползи. Ромейн казва, че екипажите на МКС получават удоволствие от отглеждането на своите растения и наличието на повече цветове в мрачната космическа станция. Растенията биха могли да направят още по-голяма психологическа разлика при 9-месечното пътуване до Марс, когато може да няма много неща, които да задържат астронавтите, казва Ромейн. „Да имаш нещо продуктивно да правиш е от полза.“

След като екипажът достигне Марс, гравитацията ще реши някои от нарастващите проблеми, наблюдавани на МКС. Марсианската гравитация е по-малка от половината на тази на Земята, но все пак придава тежест на нещата, за разлика от безтегловните условия на МКС. Според Ромейн астронавтите трябва да могат да отглеждат растения и в марсианска почва, според минали проучвания. И всякакви селскостопански структури, построени на Марс, биха могли да играят по-голяма роля от обитаването на храна, включително пречистване на отпадъчни води и превръщане на въглеродния диоксид в кислород за дишане на астронавтите.

Основно ястие

Зеленчуците са страхотни, но не са достатъчни за цяло хранене. Астронавтите в дългосрочни мисии вероятно ще разчитат много на преработени, пакетирани храни, за да осигурят останалата част от хранителните вещества, от които се нуждаят. Това не са лиофилизирани храни като така наречения астронавтски сладолед (който за протокола всъщност никога не е бил яден в космоса). Те са подобни на ястията, готови за консумация (MRE), които американските войници закусват: запечатани торбички с предварително приготвена храна, които могат да се претоплят или ядат, както е. Екипажите на МКС вече ядат много от храната си по този начин и НАСА сега се опитва да приложи краткосрочните уроци, научени от тези астронавти, за мисии с продължителност години.

Учените от НАСА се фокусират върху три параметъра в търсенето на храни с продължителна мисия: приемливо хранене, приемливо качество и разнообразие. Вторият и третият говорят за фундаментално предизвикателство за космическите програми: уверете се, че астронавтите се хранят достатъчно.

Учените знаят, че астронавтите стават по-малко здрави в космоса. Мнозина губят тегло и мускулна маса, а рискът от недостиг на хранителни вещества нараства с продължителността на мисията. А астронавтите на ранни мисии до аванпост на Марс може да прекарват повече време в космически костюми, отколкото екипажите на МКС сега, което означава, че ще трябва да получават много калории. Така че е важно те да искат да ядат храната, която е на разположение, според Грейс Дъглас, водещ учен в проекта за изследване на хранителната система на НАСА, чиято задача е да намери начини за изхранване на екипажите на дългогодишни мисии. Тя посочва, че военните ограничават войските до 21 дни, ядещи само MRE, тъй като са установили, че след това време войниците са толкова болни от тях, че просто започват да ядат по-малко.

Екипажите на МКС могат да избират от меню от около 200 артикула, включително напитки, което според Дъглас не е толкова голям избор, колкото си мислите. НАСА и нейните партньори изпращат храна и други товари на мисии за снабдяване до МКС на всеки няколко месеца или така. Преди МКС астронавтите, летящи на космически совалки, са могли да избират точно какво искат да ядат по време на своите мисии. Но Дъглас казва, че НАСА е преминала към менюто от 200 елемента, за да опрости логистиката на екипажите за хранене. Тя добавя, че съставянето на меню за мисия на Марс ще бъде още по-трудно. Първо, храната може да бъде пусната на Червената планета, преди екипажът на мисията дори да бъде избран. НАСА не е намерила перфектни храни, които ще харесат всички астронавти, така че агенцията се е фокусирала върху предоставянето на разнообразие.

Ако да накараш астронавтите да се хранят е половината от битката, другата половина се грижи храната им да е безопасна. Гарантирането, че храната, съхранявана в космически кораб или седнала на марсианска равнина, е едновременно апетитна и питателна, когато астронавт отвори пакета, ще зависи от начина, по който се обработва и съхранява. За това НАСА се обърна към експертите: американската армия.

НАСА избра изследователи Ан Барет, Даниел Фройо-Блумсак и други от Центъра за командване на бойните способности на армията на САЩ, за да проучат как съдържанието на хранителни вещества, обогатени с витамини, обогатени с хранителни вещества, издържат години на съхранение. Групата на Барет изучава версии с ниско и високо съдържание на мазнини на гранула от боровинки и смес от напитки с шоколад и лешник, като и двете са храни с ниско съдържание на влага. Екипът на Froio-Blumsack изучава кремообразно пилешко Cajun с по-висока влажност. Всички храни са формулирани специално за тези космически изследвания.

И двата екипа периодично тестваха проби от тези храни, съхранявани в склад със стайна температура в продължение на 3 години, както и проби, подложени на ускорено стареене при 38 ° C. Условията на склада вероятно са подобни на това, което би изпитала храната, насочена към Марс, с изключение на гравитацията, макар че без екраниране те също могат да получат космическо и слънчево облъчване, което армейските групи не са изследвали.

Групата на Барет установява, че витамините А, В-1, В-9, С и Е са били достатъчно стабилни през този период в храни с ниско съдържание на влага (J. Food Sci. 2018 г., DOI: 10.1111/1750-3841.14218). Витамин B-9 се разгражда най-много, около 25-30%, но остава в рамките на диапазона, който НАСА счита за приемлив за поддържане на своите астронавти. Някои витамини, като B-1, се разграждат по различен начин при ниско- и високомаслените версии на различните храни. Работата на Froio-Blumsack все още не е публикувана, но тя казва, че нейният екип е открил, че витамините са стабилни и в храни с по-високо съдържание на влага. Барет удължава проучването си до 5 години и открива подобна стабилност, а Froio-Blumsack планира да направи същото.

И двете групи също измерват колко примамлива е храната, след като седят в склада. Обучени тестери установиха, че различните храни запазват качеството си, въпреки че нискомаслените барове на Барет се ронят - което може да е проблем в космоса, където плаващи трохи могат да попаднат в оборудването. Froio-Blumsack казва, че тестерите не са намерили пилето Cajun толкова вкусно в началото на експериментите, но за щастие не е станало много по-лошо.

Групата на Barrett съхранява храните си в стандартни MRE опаковки, но екипът на Froio-Blumsack също тества различни възможности за опаковане и консервиране. Военните MRE използват алуминиево фолио с пластмасово покритие, което е силна бариера за въздуха и влагата, което може да разгради храната и да насърчи растежа на микробите. НАСА обаче би искала да се отдалечи от тази опаковка, за да увеличи вкуса на своите храни. Поради опаковката военните MRE се запазват чрез приготвяне под налягане. Преминаването към различен метод, като термична стерилизация с помощта на микровълнова фурна, която използва кратки, мощни микровълнови изблици, за да убие микробите в храната, на теория може да доведе до по-висококачествена храна. Но алуминиевото фолио не може да влезе в микровълновата печка, така че групата на Froio-Blumsack тества слоеста пластмасова опаковка с покритие от алуминиев оксид.

Тестовете на изследователите показаха, че повече кислород прониква през тези пластмасови торбички спрямо фолиото, но те не откриват никакъв растеж на микроби през 3-годишното проучване. Те също така тестваха консервирането чрез облъчване, което НАСА използва за пресни разфасовки месо, изпратени на МКС, но този процес унищожава повечето витамини в храната.

Освен МКС, минаха десетилетия, откакто НАСА или която и да е друга космическа организация се опита да направи мисия с екипаж в мащаба на пътуване на Луна или Марс. И дори ако политическата воля и бюджетите се изравнят, за да се осъществи едно, ще са необходими години повече, за да го отстраним. Но астронавтите ще трябва да ядат, независимо къде са изпратени, а изследователите, работещи по менютата им, знаят, че трябва да продължат да работят, за да получат правилните си предложения.

Екипажът на Марс, изправен пред торбички и торбички с кремообразно пиле Cajun, вероятно ще им благодари.

КОРЕКЦИЯ

Тази статия е актуализирана на 7 октомври 2019 г., за да коригира изявление за недостига на хранителни вещества в астронавтите. Изследователите очакват недостатъци в дългосрочните мисии, но все още не са ги наблюдавали.