Современное состояние ракетных двигателей говорит нам, что дорога к Марсу будет долгой. Перелёт по баллистической траектории без включения двигателей займет примерно два года, а имеющие небольшую тягу электрореактивные двигатели не смогут сильно сократить срок полёта. В таких условиях в списке важных вопросов оказывается организация питания. Еда, к сожалению, имеет вес, который надо разгонять к Марсу, экипаж производит отходы, которые надо выбрасывать или рециркулировать, в целом, различных инженерных вызовов эта проблема создает немало. О них мы и поговорим.

История космической еды

Использующаяся сейчас еда на МКС слабо отличается от обычной земной. Консервы, сублимированные продукты, с грузовым кораблём привозят свежие фрукты. Разве что качество гарантировано и консервы, наверняка, не просроченные. Такая пища, безусловно, вкусная и питательная, она разнообразная, содержит немного деликатесов и хорошо воспринимается с точки зрения психологии. Но она не очень эффективна с точки зрения максимальной экономии веса и объема для длительного полёта. Но для начала давайте посмотрим на её историю, какие изменения она претерпела, и как стала такой какая есть.

Первые эксперименты

Главным фактором, который принимался во внимание разработчиками космической еды по обе стороны океана была невесомость. Еда не должна была крошиться, проливаться или рассыпаться, чтобы не вызвать короткое замыкание. Поэтому и решения, что в СССР, что в США были одинаковые — некрошащийся хлеб (в США его ещё покрывали специальной смесью против крошек), расфасованный в пластик небольшими кусочками и пюре в тюбиках:

Решение оказалось так себе. Во-первых, после знакомства с невесомостью оказалось, что она не такая уж страшная. Про силы поверхностного натяжения разработчики еды, судя по всему, забыли. Потому что именно они гарантируют, что вода не рассыпется на тысячи капель устраивать короткие замыкания, а будет вполне культурно висеть шаром, с которым уже можно управляться. Даже рис можно есть в невесомости, причем даже с ложки, почти как на Земле, если склеить его соусом. Во-вторых, питательность этой еды оказалась недостаточной. Несмотря на расчеты калорий, космонавты жаловались на голод. В-третьих, еда была не особенно вкусной. Жировая оболочка бутербродных кубиков США портила вкус, а пюре были лишены текстуры «нормальной» еды и напоминали соус. Самый длительный полёт на такой еде составил две недели («Джемини-7») и потребовал от астронавтов определенной силы воли.

Сублимация и разведение

Крайне полезной для космоса стала технология сублимации. В физике сублимация — это переход вещества из твердого состояния в газообразное. Если мы заморозим еду и поместим её в вакуумную камеру, то водяной лёд испарится, минуя жидкую фазу. Продукты сохранят свою форму, запах, цвет, и полезные вещества. Высушенную таким образом еду можно поместить в пластик, уже в космосе развести горячей или холодной водой и получить полноценное питание.

В СССР к сублимированным продуктам добавили обычные консервы в банках

Рационы этого типа летали на американских «Аполлонах» и советских «Союзах».

Богатство орбитальных станций

На орбитальных станциях было больше места, можно было повисеть у стола с собственным подносом еды. Рацион же практически остался неизменным. Разве что на станции «Скайлэб» хотели добавить в меню столовое вино, но из-за возмущения общественности, эти планы были отменены:

Шаттлы и МКС

Современная еда построена на тех же принципах. Рацион собран из сублимированных продуктов, обычных консервов (у американцев в пакетах, у нас в банках), хлеба (в США используются некрошащиеся лепёшки, у нас — порционный хлеб), печенья и конфет, а также сухих напитков или пакетиков чая в пластике.

Консервы с термической обработкой в пакетах

Сублимированные продукты

Соусы, печенье, шоколад

Упакованные напитки

Коробка с российским рационом. Отличается консервами в банках вместо пакетов и национальной кухней — у нас наверняка больше чая в напитках.

Результаты

Конечно, не все типы продуктов есть на МКС, и космонавты иногда скучают по пельменям или жареной картошке, но в целом еда не сильно отличается от земной. Но это имеет свою цену — еда много весит, ещё часть веса добавляет упаковка. За 2013 год на МКС отправились 4 «Прогресса», под одному HTV, ATV, Dragon и Cygnus. Т.е. на орбиту было доставлено примерно 4*2500+6000+5500+3300+2000=26800 кг груза. Конечно, не всё это еда, но около 15 тонн еды и воды на МКС привезли. Если же мы летим на Марс на два года, то масса составит порядка 30 тонн. Прямо скажем, цифры неприятные. А есть ли какие-то способы уменьшить этот груз? Ученые со всего света много об этом думали.

Альтернативные диеты

Ещё до первого полёта в космос человека, различные люди и организации разрабатывали программы питания в космических полётах. Таких программ было создано очень много: жидкие диеты (молочные коктейли, эгног-диета), питательные палочки, кубики и шарики, но все их отличало то, что они плохо показывали себя на тестах. Нельзя не сказать о том, что люди, в этих тестах участвующие, проявляли героизм едва ли не больший, чем астронавты, потому что им приходилось питаться этими экспериментальными диетами дольше, чем длились тогдашние космические полёты.
Ничем не сдерживаемая фантазия рисовала всё более экзотические идеи — мышиные фермы как источник мяса, съедобные бумага, одежда и детали космического корабля, но это не дошло даже до стадии эксперимента.

Замкнутый цикл

Особняком стоит идея использования на корабле замкнутого цикла жизнеобеспечения. Растения/водоросли потребляют углекислый газ и отходы жизнедеятельности экипажа, а выделяют кислород и производят еду. В теории это самый выгодный вариант. Но, конечно же, попытки реального воплощения столкнулись с различными проблемами.

Хлорелла подвела

Ученые и фантасты ставили на трон системы жизнеобеспечения замкнутого цикла одноклеточную водоросль хлореллу. Действительно, неприхотливая, живущая в лужах и канавах водоросль производит кислород и размножается, требуя только воду, свет, углекислоту и немного минералов. Хлорелла теоретически питательней пшеницы, так как содержит 45% белка, 20% жиров и 20% углеводов. Но все эти мечты оказались разбиты тем фактом, что хлорелла человеком не усваивается — слишком плотная клеточная стенка недоступна для расщепления человеческими ферментами. В принципе, современная технология может предложить как минимум три пути решения этой проблемы: расщепление клеточной стенки технологическими методами (термообработка, мелкий помол или что-то ещё), биологическими методами (взять с собой ферменты, расщепляющие стенку и добавлять их в еду) или же вывести ГМО-хлореллу с доступной для расщепления стенкой. К сожалению, в настоящее время какие-то заметные работы с хлореллой ведут только коммерческие фирмы, которые продают её как БАД (статья в Википедии, отредактированная летом 2013 года) или как добавку для животноводства, что достаточно печально с точки зрения обеспечения космических полётов.

Моральная проблема

На форуме «Новостей космонавтики» я как-то читал такой пост сотрудника ЦУП (привожу по памяти): «Тяжелый рабочий день — прибежали фанаты замкнутого цикла жизнеобеспечения, поили всех рециркулированной мочой, к счастью, я смог тихо сбежать». Увы, необходимость пить рециркулированную мочу вызывает психологическое отторжение, что осложнит и так психологически тяжелый длительный полёт. Система, которая регенерировала воду из воды, выдыхаемой с воздухом, и другого конденсата воспринимается нормально, поэтому СРВ-К (система регенерации воды из конденсата) работала с первых орбитальных станций «Салют» и стоит сейчас на МКС. А вот СРВ-У (система регенерации воды из урины) стояла только на станции «Мир», а на МКС рециркулированная вода из урины идёт на электролиз и из неё получают кислород для дыхания.

Успешные эксперименты

В то же время, в СССР были достаточно успешные эксперименты по замкнутым системам: БИОС-2 и БИОС-3. БИОС-3 начал работу в 1972 году и функционирует сегодня (на сайте отчет за 2012 год, новостей о закрытии в Сети нет). Изначально проект имел четыре герметизируемых отсека (два фитотрона для выращивания растений, один культиватор для водорослей — регенерация атмосферы и жилой отсек) общим объемом 315 м^3. В фитотронах выращивался обширный набор специально подобранных растений (пшеница, соя, салат, чуфа, морковь, редис, свёкла, картофель, огурцы, щавель, капуста, укроп, лук) и проводились эксперименты по «автономному полёту» длительностью до полугода. Результаты впечатляют — по воздуху и воде достигнут практически 100% замкнутый цикл, по пище — 50-80%. Комплекс пережил перестройку и кошмар 90-х, и, согласно информации на официальном сайте, модернизируется и принимает участие в международных программах.

Общий вид комплекса

Фитотрон

Выводы

В целом, в части обеспечения едой длительной экспедиции, у человечества достаточно неплохие позиции. Даже на уровне технологий 70-80-х годов эксперимент БИОС-3 вселяет оптимизм, а распространение технологии генной модификации может дать нам ещё более эффективные космические растения. Также постоянно ведутся работы с растениями на МКС.

Дополнительные материалы

Очень интересный фильм «Пути жизнеобеспечения в космосе», рассматриваются и физико-химические (СРВ-К, У) и биологические (БИОС-3) методы

Недавний выпуск передачи «Космонавтика». Стоит отметить положительный эффект работы с растениями на психику и порадоваться за молодое поколение, которое стремится работать по этому направлению в будущем.

«Космическая одиссея, век XXI», вопросы еды с 14 минуты.

Про жизнь в космосе или дневник астронавта Сандры Магнус

Почему липучка — главный друг астронавта, летающая вода — одна из главных опасностей, которая его подстерегает, а тортилья — главная еда? Объяснение можно найти в интернет-дневнике Сандры Магнус, который она вела 4,5 месяца, работая бортинженером на Международной космической станции.

44-летняя американка Сандра Магнус провела на околоземной орбите 133 дня — с 14 ноября 2008 года по 28 марта 2009-го. Вместе с космонавтом Юрием Лончаковым и астронавтом Майклом Финком она принимала участие в 18-й экспедиции на Международную космическую станцию. Это был не первый полет Магнус в космос: в 2002 году она участвовала в экспедиции шаттла Atlantis STS-112. Однако на МКС Магнус впервые вела интернет-дневник. Постоянной интернет-связи со станцией нет, так что свои записи и ответы на вопросы читателей Магнус отправляла по электронной почте — иногда с большой задержкой — на Землю, в Научно-технологический университет штата Миссури, где редакторы помещали их в блог spacebook.mst.edu.

Как улететь в космос

Ну вот, я снова в космосе. Для начала давайте расскажу про пуск. Я сидела на средней палубе, так что доступа к иллюминаторам у меня не было. Мы слушали обратный отсчет, и только когда было объявлено, что до старта осталось девять минут, поняли, что мы куда-нибудь да полетим. Мы почувствовали, как проверяют карданные подвесы реактивного двигателя, и ждали, когда пустят основной. Небольшая вибрация, наши кресла стало потряхивать, а через шесть секунд тряхнуло уже всерьез, и мы ощутили тот самый «удар по креслу», про который рассказывают все астронавты. Мы взмыли со стартовой площадки. После того как отделилась первая ступень, стало заметно тише, и ход стал мягче. Перед отделением основного двигателя мы почувствовали, что перегрузка добралась до 3g. Казалось, это длилось вечно. Ощущение такое, как будто на грудь уселась 100-килограммовая горилла. Но на самом деле основной двигатель отделился почти сразу же, и перегрузка закончилась.Когда выходишь на орбиту, главное — поначалу двигаться помедленнее.

Первое сильное ощущение, которое я получила, отстегнувшись от кресла: плыву вверх. Казалось, если я за что-нибудь не ухвачусь, то так и улечу к самому потолку. Мой вестибулярный аппарат еще не понял, что силы притяжения больше нет, и совершенно сбивал меня с толку своими сигналами. У нас на средней палубе была куча дел, так что совершенно невозможно было следовать правилам, по которым в первый день на орбите нужно сохранять в пространстве «ориентацию 1g» (то есть сохранять так называемую вертикальную ориентацию относительно основных элементов шаттла. — Esquire). Меня мотало из стороны в сторону, крутило с ног на голову и обратно, вверх и вниз. Было очень трудно контролировать тело, приходилось двигаться очень медленно, но ноги и прочие конечности болтались, как им вздумается. Я испытала огромное облегчение, когда наконец удалось выбраться из душного и жаркого скафандра. К концу дня я уже вспомнила, как двигаться в невесомости, и, как обычно, пристроилась на потолке.

Как в космосе выходить в интернет и смотреть телевизор

Телевизора у нас нет, хотя из центра управления полетом нам иногда присылают файлы с телепередачами и фильмами. Зато наша экспедиция проводит эксперимент с интернетом. Пока работает только электронная почта и IP-телефония, когда есть спутниковая связь с Землей. В эксперименте задействован всего один компьютер, который не подключен ни к одной из наших систем и получает интернет-сигнал из ЦУПа через спутник. Очень важно, чтобы этот компьютер был полностью изолирован, чтобы мы не подхватили никаких земных вирусов.

Как спать в космосе

Задачка не из простых, прямо скажем. Вы, наверное, этого не осознаете, но все мы привыкли к тому, что, когда мы засыпаем, на нас действует сила притяжения. Благодаря этой силе мы можем лежать на кровати, а наши головы остаются на подушке. Когда я первый раз засыпала в невесомости, у меня постоянно было чувство, что я падаю, и я все ждала, когда же я ударюсь об пол. Спустя какое-то время я научилась как следует пристегиваться в своем спальнике и привыкла к тому, что парю в воздухе во время сна (и не чувствую под собой твердой поверхности вроде кровати).

Как одеваться в космосе

Представьте себе, что вы живете в месте, где ничего нельзя поставить или положить. Если вы что-нибудь куда-нибудь поставите или положите, оно тут же улетит и исчезнет. Никакой стабильности. А теперь задумайтесь, как часто в течение дня вам приходится что-нибудь куда-нибудь ставить или класть… Вот вы проснулись и вылезли из кровати. Ваша кровать стоит на полу, где ее удерживает сила земного притяжения. Вы идете к шкафу, чтобы достать одежду. Одежда висит в шкафу, потому что ее удерживает сила притяжения. Вы снимаете пижаму и бросаете ее на пол или в корзину для белья. Там она и остается, потому что ее удерживает сила притяжения. В общем, вы, наверное, поняли и можете самостоятельно продолжить мыслительный эксперимент. Проблема в том, что мы тут, наверху, лишены роскоши силы притяжения.

С утра я просыпаюсь и вылезаю из спального мешка, который привязан к стенке. Когда я открываю контейнер, чтобы достать свою одежду, она так и норовит разлететься по всему отсеку, причем вся сразу. Когда я снимаю пижаму, она тоже куда-то улетает, за ней приходится гоняться, чтобы прилепить к стене с липучками. Разумеется, чем труднее задача, тем крепче нужно подумать, прежде чем за нее браться. И так во всем. Если вам для чего-то понадобились инструменты, то их нужно не только найти, но положить в такую емкость, из которой они не улетят (поверьте, вам придется несладко, если в космосе у вас пропадет какой-нибудь мелкий инструмент!). Прямо скажем, нет ничего проще, чем потерять что-нибудь на МКС! Вот почему липучка — главный друг астронавта.

Как ходить в туалет в космосе

Ладно. Вы долго этого ждали — получайте. Вообще-то, если задуматься, это довольно интересная инженерная проблема. Что происходит на Земле, когда вы идете в туалет? На Земле работает гравитация, благодаря которой все и падает вниз, в унитаз. А теперь представьте, что получается, если гравитации нет. Конструкторы довольно долго бились над космическим сортиром, потому что им нужно было придумать способ, как изолировать мочу и фекалии и помещать их в специальный резервуар. Оказалось, что воздушные потоки вполне могут с этим справиться, так что в итоге сортир работает по принципу пылесоса. Когда вы идете в туалет в космосе — не важно, на шаттле или на МКС, — первое, что нужно сделать, — включить вентилятор, нагнетающий воздух в специальный шланг, в который вы будете делать все свои дела. Воздушные потоки уносят мочу, и через шланг она переправляется в резервуар. С дефекацией — то же самое. Включаете вентилятор, плотно закрываете попой выходное отверстие шланга, и воздух уносит все прочь. Работает просто отлично!

Зачем в космосе нужны тортильи

Тортилья в космосе — это основа основ, первое дело. Мы едим тортильи вместо хлеба, потому что они не крошатся. Только представьте, что бы было, если бы у нас на орбите был хлеб, постоянно разваливающийся на мелкие кусочки и крошки! Они бы не падали на пол, нет — они бы, скорее, летали по всей станции и даже могли бы попасть в глаза, что крайне неприятно. А тортильи становятся эдаким универсальным носителем для любой еды. Не могу придумать ничего, чего нельзя было бы завернуть в тортилью или намазать на нее и чего бы мы уже не клали или не намазывали. Соответственно, главная цель любого экипажа — обеспечить необходимый запас этого продукта на борту, чтобы все буквально плавали в тортильях (по востребованности они уступают разве что кофеину).

Дело в том, что даже 16-дневный цикл питания, составленный с учетом наших предпочтений, в какой-то момент приедается. А с тортильей все становится гораздо веселей: можно, например, намазать на нее черных бобов, добавить немного плавленого чеддера, острого соуса и — вуаля, совершенно новый вкус! Чего я только не мазала на тортилью: яблочное пюре и арахисовое масло, говяжий фарш с помидорами, артишоками (дегидрированными) и сальсой, тунец с майонезом и горчицей, ванильный пудинг с клубникой… Правда, моим любимым блюдом остается подогретый плавленый чеддер, тортилья и немного сальсы — получается космическая сырная кесадилья. Этому рецепту меня научила Пегги Уитсон (американский биохимик, астронавт, участница 5-й экспедиции на МКС 2002 году и командир 16-й экспедиции в 2007 году. — Esquire), когда я была в космосе в первый раз.

Что делать в космосе с луком и чесноком

А вот еще одна маленькая хитрость, которой меня научила Пегги Уитсон: как приготовить жареный (печеный? тушеный?) чеснок в русском подогревателе для еды (в нем обычно разогревают консервы и всякие банки). Фрукты, лук и чеснок нам привозят русские «Прогрессы» и наши шаттлы. Чтобы приготовить чеснок (а я добавляю к нему еще и лук), берете пакетик из фольги — из тех, в которых русские хранят свою дегидрированную еду, — кладете в него чеснок и крупно шинкованный лук, добавляете немного оливкового масла, загибаете фольгу, чтобы пакетик поместился в подогреватель, и включаете его. Прибор работает только 30 минут, так что каждые полчаса нужно подплывать и включать его снова. Когда вы повторите процедуру 4-5 раз, у вас получится запеченный чеснок с луком.

Используя эти ингредиенты и немного специй, я, например, приготовила два вида тунца: один с печеным луком и сладкой горчицей, другой — с луком, чесноком, имбирной пастой и майонезом. А на Рождество я сделала стейки из белого тунца, жареные по-техасски с лимонным и чесночным соусами. Я даже готовила русский салат из крабовых палочек, кукурузы и яиц (пришлось использовать яичный порошок, из которого мы делаем омлеты, хотя по-хорошему нужны обычные вареные яйца). Шутки ради я туда добавила немного хрена… Кстати, яичный порошок и кукуруза — настоящий кошмар космического повара, потому что в них почти нет влаги. Кукуруза обожает прилипать ко всему вокруг, включая ложку, а яичный порошок — ярый приверженец энтропии (разлетается во все вообразимые стороны!). У меня есть кое-какие планы на Новый год и русское Рождество, но пока они довольно смутные.

Как принимать душ в космосе

Вообще-то мы не принимаем душ — мы обтираемся влажной губкой. Гравитация очень помогает, если вам нужно принять душ. Просто забираетесь в ванну, включаете воду, и она течет на вас сверху вниз, а потом уходит в канализацию. Но если нет силы, которая притягивает воду вниз, эта стройная система не очень-то работает. Если включить душ в космосе, вода из него вытечет, да так и останется, собираясь в одну огромную каплю. Если вам удастся отделить эту каплю от душа и она к тому же поплывет в вашу сторону, нужно быть очень осторожным и следить, чтобы вода не попала вам в нос и в рот (иначе не сможете дышать). И даже если все пройдет успешно, вам потом придется избавиться от всей воды — до последней капельки, либо с помощью специального полотенца, либо с помощью потоков воздуха, которые сгонят ее в безопасное место.

Как читать книги в космосе

Отличный вопрос! Вообще-то страницы постоянно заворачиваются вверх, и это страшно раздражает. Поэтому мы используем специальные прищепки.