О вкусной здоровой пище (для Калейдоскопа Вселенных)

Продолжаю посты по моему авторскому миру в рамках марафона "Калейдоскоп Вселенных". Ранее в комментах была поднята тема еды в космосе, решил ее осветить подробно. Из-за специфики темы тут больше половины будет про реальность, но иначе ни как мне кажется.

Как мы все знаем со школы, человеку нужны кислород, вода, белки, жиры и углеводы, витамины с микроэлементами и пищевые волокна. Для колонизации космоса требовалось все это производить на месте. К счастью решение было известно — замкнутая система жизнеобеспечения. Буквально системы по производству котлет из дерьма, работающие на Земле уже тысячелетия под брэндом «сельское хозяйство».

Для начала чем вообще нам кормить колониста? Белки нужны для производства новых клеток (пластический обмен) и могут использоваться для производства энергии, но это аварийный вариант ибо белка в организме относительно мало, а его распад производит совсем не полезные кетоновые тела. Жиры и углеводы участвуют как в пластическом обмене, так и в энергетическом.

Коварство углеводов в том что если их поступает слишком много — они перерабатываются в жир. При этом «слишком много» очень зависит от образа жизни. Углеводы могут окисляться кислородом, что требуют этого самого кислорода, а могут анаэробно разлагаться гликолизом, что не так эффективно и производит неполезный лактат, зато кислород не нужен. Короче говоря, если вы ежедневно не *бошите кайлом часов 10-12 высокоуглеводная диета даст вам лактат в крови и ожирение, а потом таки да диабет. Юмор в том что XX век разом снизил потребность в физическом труде и дал много дешевых углеводов.

Недостатков углеводов лишены жиры. Правда они менее эффективны как источник энергии. Совсем без углеводов тоже нельзя в любом случае — их ест мозг (но это не значит что поедание пирожных прибавит интеллекта!).

Короче говоря идеальный рацион космического колониста, вы только не смейтесь, картошка с беконом. Если свинину не позволяет халяль — разводите баранов. Если кашрут — садите оливы. Рыба, кстати, тоже годится. Ну а теперь как все вырастить в условиях космоса.

Необходимый экскурс в реальную историю

В начале 1960х красноярские биофизики Гительзон и Терсков добились финансирования работ по созданию замкнутой системы жизнеобеспечения для длительных космических полетов. На Загнивающем считалось что по сравнению со строительством собственно корабля это просто и понятно и всегда успеется. В Советской России же решили иначе. По легенде (документального подтверждения не видел) два неугомонных красноярца с проектом замкнутой системы добрались аж до Королева, который моментально выдал вердикт «нужна еще вчера!». И в лаборатории биофизики ИФ СО АН СССР начали строить БИОС-1 на одноклеточных водорослях. Лирическое отступление, та лаборатория занимала отдельное здание которое не имело входа — коммуникации осуществлялись по сети подземных тоннелей под институтами. Даже когда лабораторию биофизики преобразовали в институт биофизики входа у него первое время тоже не было, что давало неиссякаемый повод для шуток сотрудникам работавшим натурально в НИИЧАВО. Правда потом вход все-же проделали.

В БИОС-1 и БИОС-2 удалось достичь замыкания по кислороду и воде, но вот в пищу хлорелла годилась не очень. Но и они дали массу полезной и не очевидной информации — например выяснилось что воздух нужно пропускать через каталитическую печь для выжигания «перди» экипажа. Но замкнутость по воде и воздуху могла дать и более понятная физхимия, а вот по еде — только биология. И тогда решили обратиться к высшим растениям построив БИОС-3.

Спецсорт пшеницы с короткими стеблями очевидно был съедобным. Как и чуфа добавленная в экосистему для балансировки кислородного обмена. Она же давала жиры, хоть и растительные. Были и овощи вроде редиса и салата. Не было только источников животного белка и сала — банально не влазили в институтский подвал. Дело в том что условной козе тоже нужны кислород и растительная пища, для производства которых нужны дополнительные площади фитотронов.

Увы изоляционные эксперименты прекратились в 1973 в связи с туманными перспективами советской межпланетной космонавтики. Производились и опыты по выращиванию растений на «Салютах», но показали что семена в невесомости в принципе прорастают, но плохо. Однако жизнь в невесомости в принципе из серии секса стоя в гамаке, а в искусственной вращательной или даже лунной гравитации проблем с поисками верха не ожидается. Проблемой было то что организация на орбитальной станции искусственной гравитации для окончательной проверки работоспособности био СЖО затратна и плохо совместима с экспериментами по выращиванию всяких кристаллов в микрогравитации. 

Тем временем в США в 1991 на деньги миллиардера Эдварда Басса была построена «Биосфера-2» — первая экспериментальная замкнутая экологическая система с претензией на полную замкнутость. Науке неизвестно какие вещества употребляли создатели «Биосферы-2», но они додумались впихнуть в 1.5 гектара площади 5 биомов включая «океан», 3000 видов растений и 4000 животных. На робкие вопросы приехавших на конференцию красноярских биофизиков «а как вы все это контролировать будете?» отвечали либо «жизнь сама разберется», либо «у нас есть компьютеры ха-ха тупые коммуняки». Казалось бы что может пойти не так? Да практически все.

Отдельные журналисты, «твердые фантасты» и «популяризаторы науки» интерпретировали произошедшее с «Биосферой-2» как доказательство невозможности создания полностью замкнутой системы жизнеобеспечения. Ученые же решили что попытка создания полностью-замкнутой искусственной биосферы кавалерийским наскоком закономерно провалилась и перешли к правильной осаде. Теоретики изучали вопрос устойчивости биологических сообществ, экспериментаторы совершенствовали установки и подбирали виды для источника белка. Но тут появился «Старшип» и закончилась (пока что) реальная история и началась история вымышленного (пока что?) мира.

Ваши шесть соток

Как ни удивительно при переходе к реальной внеземной колонии от био СЖО не требовалась полная замкнутость. Полная замкнутость по кислороду. В ситуации «Биосферы-2» с внеплановым выбросом СО2 проблему можно было бы легко решить взяв избыток кислорода топливного завода.

Согласно презентации 2017 года полная заправка BFR состоит из 240 тонн метана и 860 тонн кислорода. Поскольку с той презентации поменялся материал корпуса, но не двигатель и законы физики — можно считать что пропорция 3.58 тонн окислителя к тонне топлива сохранилась. Но есть один нюанс: количество водорода, необходимое для производства килограмма метана при производстве электролизом дает четыре килограмма кислорода. Так что вместо 1100 тонн нам потребуется произвести 1200. Кстати, 100 тонн кислорода при использовании в СЖО хватит примерно на 100 тыс. человеко-суток.

Проблему вредителей и заболеваний растений решили с одной стороны контролем ввоза биологического материала (твой урожай не съедят жуки если их нет физически), а с другой — мозаичностью посадок. Патогены специализируются на своем виде так что по дачному поселку где на одном огороде грядки с картошкой, морковкой и на что еще фантазии дачника хватит чередуются хаотично они распространяются гораздо хуже чем по полю монокультуры на много гектар. В случае если фитопатогены или вредители всеже пролезут их можно достаточно легко локализовать и уничтожить вместе с пораженными растениями. Наконец свой вклад внесло и ГМО, правда само по себе оно не эффективно — вредители приспосабливаются.

На Земле поля с монокультурой нужны для уменьшения трудозатрат. Но в космосе в контролируемой среде колонии можно и нужно сделать бесконечное лето и снимать несколько урожаев в год. Это позволило выйти на самообеспечение «дачной» технологией с приемлемыми трудозатратами.

Как правило, поле засаживается конвеерным методом — разбито на несколько участков с различным возрастом растений. По мере уборки старых растений высаживаются новые. В результате посевная и уборочная не авралы, а «размазаны» на весь год.

Пределом вместимости колоний считается 600 квадратных метров на человека. Около 3 соток, как в «Биосфере-2», занимают поля, остальное — жилище космоноида и «рекреационные нужды». Но эти самые рекреационные нужды занимают пруды с рыбой и водорослями, а главное — леса. То есть фактически тоже площадь под жизнеобеспечение, но с возможностью покупаться и посидеть в тени яблони.

От куда брать почву? Те самые пруды производят ил. Чтобы они не превращались в болота их нужно чистить, а вывозить ил получится только на поля и в леса. Плюс технология «перегной».

Для производства белка и жира есть четыре магистральных способа:

1. Жвачные животные. Утилизируют целлюлозу которая в противном случае шла бы сразу в перегной.

2. Карповые в прудах.

3. Свиньи. Неприхотливы, дают много вкусного и полезного сала, но целлюлозу не переваривают.

4. Птица. Хочет есть зерно, зато несет яйца.

Жизнь типичного колониста похожа на жизнь дачника или селянина, но в условиях бесконечного лета увеличивающего «эффективную площадь» поля в 3-4 раза. Жить хорошо, но довольно скучно.