30年以上前、ミール宇宙ステーションでは人々はどのように野菜を育てていたのでしょうか?

世界初の完全に機能する宇宙植物栽培施設を設計したのは、米国やソ連、ロシアでもなく、西欧の先進国や日本でもなかった。東欧の小国ブルガリアだった。 1983年から1991年にかけて、ソ連とブルガリアは「星間」計画の枠組みの中でSVET機器の開発に協力した。

SVET宇宙温室はどのようなものですか?

SVET 宇宙温室は 1,000 平方センチメートルの栽培面積があり、成熟した植物を 40 本収容できます。植物室は蛍光灯で照らされており、スタッフが種を蒔いたり、観察したり、サンプルを採取したりできるように 2 つの広い窓（正面の窓は透明）があります。ルートモジュールは 2 つの均等な部分に分割され、ミネラル塩が豊富な天然ゼオライトで満たされているため、連続した複数の作物サイクルを維持できます。これはブルガリア独自の技術です。このモジュールは交換可能で、引き出しのようにレールに取り付けられます。センサー、バルブ、ポンプが基質の水分含有量を理想的なレベルに正確に制御し、根域に必要な酸素を供給します。

SVETの外観

コントローラーは、発芽ゾーンと根ゾーンから環境データを収集し、照明、換気装置、ポンプ、コンプレッサーを使用して自動制御を実行します。 1990 年 6 月 16 日、ソ連の宇宙飛行士アレクサンダー・バランドとアナトリー・ソロヴィヨフは、54 日間にわたり、白い葉の赤い大根と白菜を対象に、「グリーンハウス 1」と呼ばれる最初の長期植物実験を実施しました。

SVETの構成

調査のため新鮮な植物サンプルが地球に持ち帰られたところ、それらは順調に成長した。人類が微小重力下で大根の根菜類を栽培したのはこれが初めてだった。しかし、その大きさは地球上の対照群のわずか3分の1だった。宇宙と地球で育った植物のバイオマスは大きく異なり（4～8倍）、宇宙植物は深刻な水分と栄養の欠乏を経験し、植物の根の培地における最適な空気と水分のバランスが崩れたことを示しています。

SVETで育つ植物

いずれにせよ、最初の実験は議論の余地のない成功であり、ブルガリアの宇宙研究設備とバイオテクノロジーの効率性を証明した。しかし、この実験の終了はソ連の崩壊と重なり、その後の実験は5年間中断された。

宇宙で初の種子から種子への実験

NASA がミール宇宙ステーションに興味を示したことで SVET は救われた。 1993年、米国のアル・ゴア副大統領とロシアのヴィクトル・チェルノムイルジン首相は、ミールで利用可能なハードウェアを使用して共同宇宙研究を行う協定に署名した。 1994 年 4 月、米国、ロシア、ブルガリアはモスクワで協定に署名し、1995 年から 1997 年にかけてミールで SVET を使用した長期実験を実施しました。基本的な生物学的ミッションは、米国の宇宙飛行士の参加を得て、複数のスペース シャトルとロシアの貨物ミッションで機器とサンプルを運び、小麦の種子から種子までのライフサイクルを完全に達成することです。ブルガリアは、第2世代の改良型SVET-2宇宙温室の開発を引き続き担当しています。

ミール宇宙ステーションのSVETシステム

ミール宇宙ステーションと米国のスペースシャトルの協力飛行により、STVE実験を長期間にわたって実施することが可能になりました。

この協定に基づき、ユタ州立大学の宇宙力学研究所は、環境監視を強化するために米国ガス交換測定システム（GEMS）を開発した。 GEMS は 1995 年に軌道上の SVET 宇宙温室に追加されました。

新しい SVET-2 は、植物の上に 2 つの別々の透明バッグを配置します。植物チャンバーの容積を囲む 2 つのルート モジュール セクションのそれぞれに 1 つのバッグを配置し、局所的なガス交換と葉の環境測定を可能にします。 GEMS は、各バッグに出入りする空気中の二酸化炭素と水蒸気の絶対レベルとその差、および測定対象ガスの絶対圧力と差圧を測定する 4 つの赤外線高精度ガス分析装置を提供します。これらは植物の光合成、呼吸、蒸散を評価するために必要です。客室内の気圧と酸素レベルも測定する必要があります。すべての環境データはラップトップを使用してディスクに収集され、ミッション終了時に地球に持ち帰られました。

SVET システムでは、ルート モジュール セクションごとに 1 つの基板湿度センサーが設定されており、基板の湿度レベルを測定および制御するのに十分です。 GEMS には、基板全体の水分分布を監視するための基板水分センサーが 16 個 (モジュールあたり 8 個) 付属しています。

1995 年から 1997 年にかけて、SVET-GEMS 複合施設で一連の長期プラント実験が実施されました。 1995年、ミール宇宙ステーション・スペースシャトル計画の一環として、複合施設内で超矮性小麦を栽培する最初の試みが行われました。

90 日間の実験中、温室 2a の光強度の低下やその他の技術的問題により、小麦植物の遺伝子サイクルが著しく乱れました。 1996年、ブルガリアの科学者たちは改良された新しい装置を開発し、ミールに搭載して打ち上げられた。新しい照明ユニットは 2.5 倍明るくなり、他のユニットもすべて正常に動作しています。

宇宙飛行士ルシッドがSVETで小麦の成長を観察

超矮性小麦実験「グリーンハウス 2b」は、1996 年に新しい SVET-2-GEMS 複合施設で繰り返されました。温室 2b 実験は、123 日間と 42 日間の 2 つのフェーズで実施されました。第一段階の目標は、種子から種子までのライフサイクル全体にわたって小麦を栽培することです。栽培地域では見た目は完璧な小麦の穂が 297 本も生えていたが、花粉の発育段階で発育が止まっており、そのすべてが不妊だった。地上調査により、ミールの客室内の空気中のエチレン濃度が1～2 ppmになると、小麦の雄性不稔を引き起こす可能性があることがわかった。

第 2 段階の試験では、新しい小麦の種子が植えられ、葉袋が設置され、12 日間にわたって GEMS 装置を使用して蒸散と光合成の測定が初めて成功しました。 GEMS は、宇宙でもオープンエンドのガス交換測定が実行できることを実証しました。緑の植物は凍結され、生化学分析のために地球に持ち帰られました。

1997年、SVET-2-GEMS装置を用いて、ライフサイクルが非常に短いカラシナ（Brassica napus）を使用した「グリーンハウス3」の種子播種実験が行われました。

1997 年 6 月 25 日、ミールプログレス補給宇宙船が衝突し、SVET-2 宇宙温室の電源が失われて冷却され、大気圧と組成が変化しました。アメリカの宇宙飛行士マイケル・ファウラーは、コアモジュールからSVETに電線を介して電気エネルギーを転送し、実験を救い、宇宙で初の種子から種子への完全な生殖サイクルの成功を確実にしました。最初の宇宙種子（宇宙で生成されたもの）が播種され、再び発芽し、正常な植物が栽培されました。

ミール宇宙ステーション

空に小麦を植える

科学者たちの目標は小麦の種子を育てることです。米国ユタ州立大学の科学者ブルース・バグビー氏は、高エチレン濃度に耐性があるという理由から、別の小麦品種「アポジー」の使用を提案した。

小麦植物実験は1998年から1999年にかけて継続されました。 「グリーンハウス4」と「グリーンハウス5」の実験はロシアの宇宙飛行士によって実施されました。グリーンハウス 4 の実験では、12 個の Apogee が合計 508 個の種子を生産しました。乾燥物質のサンプルが採取され、種子の大部分は地球に持ち帰られました。

グリーンハウス5の実験では、宇宙で生成された種子10個が植えられ、そのうちの1つから第2世代の宇宙種子が生成されました。両方の実験中に生成された種子はすべて正常でした。それらは土に植えられ、健康な緑の植物として発芽しました。

SVET-2「グリーンハウス6」の最後の実験は、2000年5月から6月に実施されました。ミール宇宙ステーションの最後の乗組員によって植えられた4種類のレタス（Brassica oleracea）の種子は正常に成長しました。これらの植物は生育期間が短いために選ばれました。それぞれの植物のサンプルは地球に持ち帰られました。残りは宇宙飛行士のセルゲイ・ザリオティン氏とアレクサンダー・カレリ氏が喜んで試食し、植物製品の風味の質を評価した。

宇宙飛行士セルゲイ・ザリオティン（左）とアレクサンダー・キャラリー