Марсианский и лунный грунт ученые планируют превратить в плодородную почву

Ученые из Техасского университета A&M предложили способ превратить пыль Луны и Марса в подобие удобрения, используя переработанные отходы жизнедеятельности космонавтов. В замкнутых поселениях будущего это позволит запустить круговорот: отходы кормят растения, растения кормят людей, а люди снова производят отходы. Результаты работы опубликованы в журнале ACS Earth and Space Chemistry.

В лаборатории исследователи взяли аналоги внеземного грунта: вулканический пепел JSC‑1A, который NASA применяет как заменитель лунного реголита, и минеральную смесь MGS‑1, составленную по данным марсохода в кратере Гейла. Эти образцы смешали с жидкостью, полученной после переработки имитации человеческих отходов в специальной системе NASA: в таких биореакторах микробы разлагают твердые фракции и превращают их в растворенные соли и питательные вещества.

Ключевой эффект дал именно контакт этой жидкости с «лунной» и «марсианской» пылью. Минералы начали растворяться и высвобождать в раствор серу, кальций и магний — элементы, которыми растения пользуются ежедневно. Более того, даже обычная вода вытягивала из реголита часть питательных веществ, то есть в породе уже есть скрытый запас удобрений, который можно активировать правильной химией.

Однако не все так просто. Часть элементов, попав в жидкость, снова «прилипала» к поверхности пыли, становясь недоступной для корней растений. Особенно проблемным оказался фосфор: марсианский аналог содержал его больше, чем лунный, но именно он упорно не хотел оставаться в растворе. В реальных космических фермах за этим придется постоянно следить, иначе питательный раствор быстро потеряет эффективность.

Отдельным вызовом стала марсианская «солончака». Когда очищенные сточные воды смешивали с имитатором марсианского грунта, минералы растворялись активнее, но вместе с ними в раствор переходило больше солей — натрий и другие элементы повышали соленость до опасного для растений уровня. Высокая соленость мешает корням впитывать воду и способна резко снизить урожайность, поэтому будущим марсианским фермерам придется с самого начала жестко контролировать баланс солей.

Инженерные задачи не менее сложны, чем химические. В замкнутой капсуле, где живет экипаж, нужны надежные системы, которые удаляют запахи, уничтожают патогены, предотвращают засорение фильтров и накопление твердых отложений в трубах. Любое изменение состава воды или кислотности может за короткое время превратить рабочий раствор в токсичный. Поэтому ученым и инженерам предстоит создать понятные и предсказуемые системы мониторинга, чтобы космические фермеры вовремя замечали, почему у них вдруг «засох салат».​

Следующий этап — выращивание настоящих растений прямо на обработанных образцах лунной и марсианской пыли. Только длительные эксперименты покажут, как долго реголит готов отдавать питательные элементы и не иссякнет ли этот ресурс слишком быстро. Если систему удастся стабилизировать, сточные воды перестанут быть отходами, которые нужно где-то хранить и утилизировать, и станут незаменимым ресурсом для выживания за пределами Земли.

Что это значит для будущих баз на Луне и Марсе

• Чем меньше ресурсов нужно поднимать с Земли, тем дешевле и автономнее становятся лунные и марсианские поселения.
• Технология, где отходы экипажа помогают «раскрыть» питательный потенциал местного грунта, делает возможными постоянные базы с собственным сельским хозяйством, а не только короткие экспедиции.
• В перспективе такие системы могут превратить маленькие экспериментальные теплицы в настоящие космические фермы, где будут выращивать овощи, фрукты и зерновые для десятков людей.