Кафе в космоса, възможно ли е това?

Кафе в космоса, възможно ли е това? Част 1

От чаша еспресо на МКС до кафеена плантация на Марс

Кафе в космоса звучи като сюжет от научнофантастичен филм, но част от тази история вече е реалност. Астронавти са пили истинско еспресо на Международната космическа станция, а учените от години експериментират с отглеждането на растения в микрогравитация. Следващият логичен въпрос е още по-интересен – бихме ли могли някога действително да отгледаме кафе извън Земята?

Към момента няма убедителни публикувани научни данни, че Coffea arabica или Coffea canephora, позната като робуста, са преминали пълен цикъл на отглеждане и плододаване в Космоса. Затова все още не можем да говорим за реална реколта от космическо кафе.

Науката обаче вече знае много повече за поведението на растенията в микрогравитация, отколкото преди няколко десетилетия. На Международната космическа станция са отглеждани различни растения, а експеримент на Земята показа дори, че семена могат да покълнат и растения да растат в истински лунен реголит, донесен от мисиите Apollo. Източници: NASA – Growing Plants in Space; Communications Biology – Plants grown in Apollo lunar regolith

Следователно въпросът дали някога ще отглеждаме кафе в Космоса не е толкова фантастичен, колкото изглежда на пръв поглед.

Еспресо в космоса вече е факт

Преди да се опитаме да отгледаме кафе извън Земята, човечеството вече е решило друг проблем – как да си приготвим истинско еспресо там.

През 2015 г. на Международната космическа станция е използвана специално разработената ISSpresso – система за приготвяне на еспресо и други топли напитки в условията на микрогравитация. Машината е разработена в сътрудничество между италианската компания Argotec и Lavazza и е проектирана така, че да отговаря на специфичните технически изисквания и стандартите за безопасност на МКС. Източник: ISSpresso Development and Operations – Journal of Space Safety Engineering

Задачата е значително по-сложна, отколкото просто да бъде изпратена стандартна еспресо машина в орбита. На Земята почти не забелязваме колко важна роля играе гравитацията при движението на течностите. В микрогравитация водата и готовото кафе не се държат по същия начин и системата трябва да работи в напълно различна среда.

През май 2015 г. астронавтът на Европейската космическа агенция Саманта Кристофорети приготвя и пие еспресо на Международната космическа станция. Така една от най-разпознаваемите италиански традиции достига и до орбита. Източник: NASA – Space Station Espresso Cups: Strong Coffee Yields Stronger Science

Това може да звучи като малък лукс за екипажа, но експериментът има и техническа страна. Приготвянето и консумацията на горещи течности в микрогравитация изискват добро разбиране на поведението на течностите, налягането и взаимодействието им с различни повърхности.

Как се пие кафе без гравитация?

Да приготвиш еспресото е само половината от проблема. След това трябва и да го изпиеш.

При липса на нормална земна гравитация течността не остава спокойно на дъното на отворена чаша. Повърхностното напрежение, намокрянето на повърхностите и капилярните сили започват да играят много по-голяма роля.

Именно затова е разработена специалната Space Cup. Нейната форма използва капилярните сили и взаимодействието между течността и стените на съда, за да придвижва напитката към ръба, откъдето астронавтът може да я изпие. Източник: NASA – Space Station Espresso Cups: Strong Coffee Yields Stronger Science

Вместо гравитацията да дърпа кафето към дъното, формата на чашата насочва течността. На практика чашата използва физичните свойства на самата течност, за да върши част от работата, която на Земята поема гравитацията.

Това, което изглежда като интересен начин астронавтите да изпият едно кафе, всъщност е част от реални изследвания върху поведението на течностите в микрогравитация. Подобни знания имат приложения далеч отвъд кафето – например при проектирането на системи за управление на вода, горива и други течности в космически апарати. Източник: NASA – Space Station Espresso Cups: Strong Coffee Yields Stronger Science

Така една чаша еспресо се превръща едновременно в малко удоволствие за астронавта и в демонстрация на физика в условия, които трудно можем да възпроизведем в ежедневието си на Земята.

Растения вече се отглеждат в Космоса

Ако искаме някой ден не просто да приготвяме кафе в Космоса, а да отглеждаме самото растение там, първата предпоставка вече е изпълнена – растения действително се отглеждат извън Земята.

Международната космическа станция разполага със специализирани системи за растениевъдни експерименти. Сред тях са Veggie – Vegetable Production System и по-голямата автоматизирана лаборатория Advanced Plant Habitat (APH). Източници: NASA – Growing Plants in Space; NASA – Advanced Plant Habitat

В тези системи учените могат да контролират редица важни фактори:

светлина;
вода;
хранителни вещества;
температура;
влажност;
концентрация на въглероден диоксид;
условията около кореновата система.

Advanced Plant Habitat използва LED осветление, специален субстрат и автоматизирани системи за управление на водата, атмосферата, влажността и температурата. Съоръжението разполага с множество сензори и позволява продължителни експерименти с относително малка ежедневна намеса от страна на астронавтите. Източник: NASA – Advanced Plant Habitat

На МКС са отглеждани различни растения и хранителни култури, включително листни зеленчуци, репички, люти чушки и домати. При някои експерименти част от получената реколта е предназначена и за консумация от екипажа, докато друга част се връща на Земята за лабораторен анализ. Източници: NASA – Ways the International Space Station Helps Us Study Plant Growth in Space; NASA – Plant Habitat-02

Целта не е единствено астронавтите да получат малко прясна храна. Учените трябва да разберат как растенията реагират на микрогравитацията, как се развиват корените им, как усвояват вода и хранителни вещества и дали могат да осигуряват надеждна реколта при бъдещи продължителни мисии.

Този въпрос ще става все по-важен, ако хората започнат да прекарват продължителни периоди на Луната или предприемат мисии до Марс. При подобни разстояния постоянните доставки на пресни продукти от Земята са трудни и скъпи, а възможността част от храната да се произвежда на място може да има огромно значение.

А може ли сред тези растения да има кафе?

Теоретично – да. Практически обаче кафееното растение поставя съвсем различни изисквания от тези на марулята, репичките или други компактни култури с кратък жизнен цикъл.

Кафето е многогодишно растение, което при подходящи условия се развива като храст или малко дърво. За да получим кафеени зърна, не е достатъчно едно семе просто да покълне и да развие листа.

Растението трябва:

да развие здрава коренова система;
да изгради достатъчна листна маса;
да достигне зрялост;
да образува цветове;
да премине през успешно опрашване и оплождане;
да образува плодове;
плодовете да достигнат необходимата зрялост;
семената да бъдат отделени, обработени и изсушени;
едва след това да бъдат изпечени и използвани за приготвяне на кафе.

На Земята младото кафеено растение обикновено се нуждае от години, преди да започне да дава значима реколта. Това е съществен недостатък при космическото растениевъдство, където времето, пространството и всеки използван ресурс имат значение.

За сравнение, NASA избира репичките за един от експериментите в Advanced Plant Habitat именно защото имат сравнително кратък цикъл на развитие, хранителни са и по-голямата част от растението може да бъде използвана за храна. Източник: NASA – Astronauts Grow Radishes in Advanced Plant Habitat

При кафето ситуацията е противоположна. Трябва да поддържаме сравнително голямо растение в продължение на дълъг период, за да получим ограничено количество плодове, а от тях използваме основно семената.

Това не прави отглеждането на кафе в Космоса невъзможно. Прави го значително по-трудно за оправдаване от практическа гледна точка.

Най-ценният ресурс в космическата оранжерия може да бъде мястото

На Земята едно кафеено растение не изглежда особено внушително. В космически кораб или бъдеща лунна база обаче всяко пространство, което заема, трябва да бъде оправдано.

Освен физическото пространство растението се нуждае от вода, хранителни вещества, осветление и енергия за поддържане на подходящи температура, влажност и атмосферни условия.

Това поставя кафето в неизгодна позиция спрямо култури, които могат да произведат значително повече хранителна стойност за същото количество използвани ресурси.

Ако разполагаме с ограничено пространство и трябва да избираме между кафеено растение и зеленчуци, които осигуряват витамини и други важни хранителни вещества на екипажа, практичният избор най-вероятно ще бъде хранителната култура. NASA разглежда космическото растениевъдство именно като възможност да се допълва диетата на астронавтите при продължителни мисии. Източник: NASA – Growing Plants in Space

Но храната има значение не само като сбор от калории, белтъчини, витамини и минерали.

При мисия, която може да продължи месеци или години, ежедневните ритуали, разнообразието и усещането за нормалност също имат психологическо значение. NASA изследва и ролята на растенията като част от по-комфортна и психологически благоприятна среда при продължително пребиваване извън Земята. Източник: NASA – Space Gardens

Именно тук кафето придобива съвсем различна стойност.

Една кафеена плантация едва ли ще бъде сред първите приоритети на бъдеща космическа база. Но едно или няколко кафеени растения, отглеждани експериментално, могат да имат научна, културна и дори психологическа стойност, която не се измерва единствено с количеството произведена храна.

Какво ще разгледаме във втората част?

В първата част видяхме, че кафето вече е стигнало до Международната космическа станция, че за приготвянето и пиенето му са разработени специални технологии и че учените от години отглеждат различни растения в условията на микрогравитация.

Във втората част ще отидем една стъпка по-далеч и ще разгледаме дали кафе би могло реално да се отглежда на Луната или Марс. Ще видим как истински лунен реголит вече е използван в експерименти с растения, как липсата на нормална гравитация влияе върху корените, как би протекло опрашването и дали Coffea arabica има определени предимства за затворена космическа оранжерия.

Накрая ще стигнем и до най-интересния въпрос – дали кафето, отгледано извън Земята, би имало различен вкус, и колко реалистично е някой ден да пием еспресо от зърна, които никога не са били отглеждани на нашата планета.