Трудно со всей категоричностью и определенностью говорить, когда для землян началась космическая эра, однако полет Юрия Гагарина был вехой весьма знаменательной. И — обгоняя реальность, мечты о космических свершениях понеслись тогда уже не с космическими, а со световыми скоростями.
«…и на Марсе будут яблони цвести» — это слова популярной песенки 60-х годов. Заря пилотируемых полетов только занималась, а уже вовсю обсуждались подробности экспедиций не только к Юпитеру или Сатурну, но и к ближайшим звездам. И рассуждали об этом вовсе не писатели-фантасты, а — со ссылками на Циолковского и других видных теоретиков космоплавания — люди вполне трезвые и деловые.
Тогда все казалось возможным и простым. Вот что в одном из журналов в 1967 году писал сам космонавт-1, Юрий Гагарин: «Снабжение экипажа космолета продовольствием я представляю себе так. На околоземные орбиты выведены космические оранжереи, которые круглый год дают урожай фруктов и овощей. Такую оранжерею, словно вагон-ресторан к поезду, можно прицепить к космическому кораблю, отправляющемуся в дальний полет…»
Да, все казалось простым и ясным. Время охлаждающих оценок, осаживающих неудач, этих неизбежных предвестников истинного успеха, еще не наступило. Полет на Марс? Он казался делом самого ближайшего будущего. И в космических оранжереях предполагалось разводить не только яблони.
Работа по воссозданию в миниатюре упрощенной модели круговорота веществ в земной биосфере: растения очищают воздух от углекислоты, накопившейся в процессе дыхания, дарят космонавтам кислород и зеленую продукцию (часть ее можно скармливать взятым с собой с Земли животным) — такая работа была спешно начата.
Ученые и конструкторы понимали: чрезвычайно жесткие ограничения по весу, габаритам, энергетическим затратам любых установок, предназначенных для работы на борту космических кораблей, и в будущем останутся решающим фактором. Просто захватить с собой в запас пищу и кислород трудно: для полета на Марс скромному экипажу потребуются десятки тонн жизненно необходимых веществ. Предстояло выполнить трудную задачу — создать абсолютно надежную, высокопроизводительную космическую плантацию растений.
Как приступить к делу? Может, просто «вырезать» космонавту положенную ему долю земной биосферы? Накрыл ее защитной оболочкой — и лети себе хоть на Марс, хоть до ближайшей звезды, хоть неделю, хоть миллионы лет? Увы, этот персональный рай получался чересчур тяжелым, в буквальном смысле.
Считайте сами: для человека семидесятикилограммового веса нужна, в условиях биосферы, тонна чистого кислорода, или пять тонн воздуха. Он необходим и для всех захваченных в полет живых тварей, как чистых, так и нечистых. Растениям подавай землю, достаточно воды… Словом, вырезанный ломоть планеты вышел непомерно большим и грузным. Стартовый вес таких полных (и человек, и растения, и животные) систем оценивался в десятки тонн на одного лишь человека. Быстро стало очевидным, что операцию «ковчег» надо проводить не по земным образчикам.
Требовалось создать особый мир, совсем не тот, что подарила Земле эволюция. Мир более рациональный, более скупой, чем земной. Получалось, что при создании СЖО, так в космической технике сокращенно именуются системы жизнеобеспечения, лучше было равняться… ну, скажем, на аквариум, этот хороший пример закрытой экологической системы, где удается в небольшом изолированном объеме поддерживать жизнь в течение достаточно длительного времени.
Небольшую рыбку и сравнительно большое растение, обычно элодею, запаиваем в стеклянный сосуд с водой. Аквариум освещается, он защищен от охлаждения и перегрева. Растение поставляет рыбке пищу и кислород и поглощает углекислый газ. Рыбка же восполняет углекислоту, а ее выделения перерабатывают, они также есть в аквариуме, аэробные бактерии, которые, кормясь всем этим, поставляют все: углекислоту, аммиак, минеральные вещества, что необходимо растениям. Остается заменить рыбку космонавтом, элодею и воду с микробами — космической оранжереей, и все проблемы можно считать решенными? Как бы не так!
Не одними растениями жив человек. Космонавтам предлагали взять с собой козу (ее молоко столь питательно!), кроликов (они быстро размножаются), перепелку (совместный с чехословацкими специалистами эксперимент на одном из советских биоспутников: считается, что мясо перепелки очень калорийно, к тому же эта маленькая птичка славится высокой яйценоскостью!)…
Какие только кандидатуры не обсуждались! И мыши, и черви, и даже саранча (и белок-де у нее полноценен, и быстрорастуща, и компактна). Одно время, когда выяснилось, что с млекопитающими все же будет слишком много возни, решили остановиться на птице. В одном из павильонов ВДНХ долгие годы экспонировался космический курятник. Муляж петуха и курицы. Рядом с ними, конечно же, многообещающе светилось и яичко «золотое».
От всего этого в конце концов пришлось отказаться. По многим соображениям. Стоит ли отрывать исследователя-космонавта от тонких экспериментов для того, чтобы подоить козу?! Да и сооружать в космосе нечто вроде живодерни как-то не с руки… И все ж главным контрдоводом стала проблема отходов. Кости и перья! Рога и копыта! Куда их деть?
Быстро переработать, вернуть в крутящийся вокруг космонавта цикл нелегко. И с растениями та же морока. Вот если бы они были съедобны на все сто процентов! Растить в космосе пшеницу? Но, кроме зерна, получишь еще и солому и другие несъедобные элементы. Их масса потянет этак процентов на 50. Картофель? Куда девать ботву, корни?..
Вершки и корешки. Проектировщики СЖО помучились изрядно. Предлагалось, к примеру, сжигать растительные остатки, золу растворять в азотной кислоте, ее намеревались синтезировать из азота, извлеченного из мочевины, и так далее. Этот и многие-многие другие проекты зарубили несложные расчеты: многое прояснилось, когда научились все изучаемые процессы переводить на язык энергетики.
Человек «горит» как стоваттная лампочка: как банальная печка выделяют теплоту животные и растения. И в замкнутой системе это обстоятельство немаловажно. Трудно ввести энергию в корабль, но и вывести ее также непросто.
Ну бог с ними, с животными: они энергетически обходятся всего дороже. Но ведь беда и с растениями. В фотосинтезе потребляется лишь малая часть поглощенной растениями солнечной энергии, остальное, превращаясь в тепло, начнет чрезмерно нагревать внутреннее пространство корабля. Избавиться от этого тепла можно лишь с помощью довольно громоздких систем. А каждый грамм веса, выведенный на орбиту… Эти соображения и захлопнули тогда перед растениями космическую дверь.
Так возникают и поводы для раздумий. Отчего биологический способ регенерации все же годится для Земли, которая также является космическим кораблем? Здесь малость КПД растений не помеха. Чего недостает звездному жилью? Размеров? Многообразия живых форм, которым столь богата планета? Научная загадка! Чувствуется, есть какие-то критические значения КПД растений, размеров кабины, сложности идущих в «ковчеге» биопревращений, всех этих цепочек типа: человек — животные — растения — микробы. Словом, существуют некие параметры, начиная с которых космические оранжереи окажутся для космоса вполне рентабельными.
Первые соображения о космических урожаях высказал Циолковский. Однако он, видимо, не считал, что его мысли будут претворены в жизнь в ближайшие десятилетия, а потому ограничился тем, что мы сегодня назвали бы массообменными расчетами. Он дал рисунки общей схемы оранжерей, отвел каждому космическому путешественнику 50 квадратных метров освещенной солнцем поверхности, и определил, что общий вес конструкций (на одного человека) должен равняться примерно тонне.
Совсем по-иному, как инженер-практик, подошел к тем же вопросам другой замечательный пионер космонавтики, один из конструкторов первых советских ракет Фридрих Артурович Цандер (1887–1933), автор проекта космического аппарата, сочетающего самолет и ракету. Романтик по натуре (сына он назвал Меркурий, по имени одной из планет, дочь Астрой, Звездой), Цандер не хотел ждать, но прожектером он не был, мыслил очень реально. Заниматься космическим огородничеством начал в 1915 году, в разгар войны, когда завод, где он служил инженером, выполнял срочные оборонные заказы.
Цандер задался целью создать «оранжерею авиационной легкости». Более общая проблема была им сформулирована так: «О возможности жить неограниченное время герметически закрыто, получая извне лишь энергию». Цандер хорошо понимал значимость веса в космосе. Созданные его талантом межпланетные аппараты в проекте должны были быть раз в 10 легче того реального гагаринского «Востока», который построили полвека спустя, а ведь «Восток» вобрал в себя все достижения науки и техники и вовсе не предназначался для межпланетных перелетов!
На протяжении своей короткой жизни (умер от тифа в Кисловодске, куда приехал отдыхать) Цандер неоднократно возвращался к проблеме жизнеобеспечения. Оставил множество тетрадей, испещренных стенографическими крючками. Он владел этой скорописью с молодых лет, большинство его рукописей так до сих пор и не расшифровано.
Ставил Цандер и прямые эксперименты по выращиванию растений в условиях, приближающихся к космическим. Еще юношей, вспоминала его сестра Маргарета, Фридель — так его ласково звали в семье — размышлял вслух, какие растения лучше смогут очистить атмосферу космического аппарата, и выбрал овощи с большой поверхностью зеленых листьев и стеблей: капусту, салат, лук. На веранде отцовского дома в Риге соорудил он маленький огородик, где растил на толченом древесном угле, который в 3–4 раза легче почвы, редис, горох, морковь и даже арбуз.
Цандер предложил два принципа космического огородничества, они обещали существенно снизить вес космических оранжерей, придать им авиационную легкость — метод воздушной культуры и метод раздвижки растений.