Для выращивания растений на Луне потребуется понять, как вода ведёт себя в условиях пониженной гравитации. Этим вопросом занялась группа Карла Хазенстайна из Университета Луизианы в Лафайете, в которую также вошли Джон Кисс из Флоридского технологического института и Кристофер Маккей из Исследовательского центра NASA имени Эймса. Результаты работы опубликованы в журнале Microgravity Science and Technology, сообщает Universe Today.
Растения уже выращивают в космосе: на Международной космической станции работают установки Veggie и Advanced Plant Habitat (APH). Учёные также проращивали семена арабидопсиса, или резуховидки Таля, в настоящем лунном грунте, доставленном экспедициями «Аполлон». Однако условия на станции отличаются от лунных: там царит микрогравитация, тогда как на Луне действует слабая, но заметная сила тяжести.
На Земле гравитация направляет воду через почву, а в микрогравитации главным фактором становятся капиллярные силы. Лунные условия занимают промежуточное положение, поэтому поведение жидкости в них нельзя полностью описать ни земными, ни орбитальными моделями. Обычные эксперименты в башнях свободного падения и во время полётов по параболической траектории дают лишь несколько секунд или десятков секунд лунной гравитации.
Более продолжительное испытание провели во время беспилотной миссии New Shepard 29 в феврале 2025 года. После отделения ускорителя капсула начала вращаться примерно со скоростью 11 оборотов в минуту, создав центробежное ускорение около 1,76 м/с² — величину, соответствующую лунной гравитации; эксперимент продолжался около двух минут. Внутри находилась автономная установка с напечатанным на 3D-принтере корпусом, 18 ячейками для жидкостей, камерой Arducam и светодиодной подсветкой.
В ячейки поместили деионизированную воду, окрашенную в жёлтый цвет, 30-процентный раствор глицерина синего цвета и 0,8-процентный солевой раствор красного цвета. Стенки имели вертикальную геометрию, а также наклон 15 и 20 градусов, что позволило наблюдать за мениском — изогнутой поверхностью жидкости. По полученным данным исследователи рассчитали поверхностное натяжение, капиллярную длину и другие параметры жидкостей.
При лунной гравитации мениск оказался более округлым, чем при земной, а жидкие плёнки лучше удерживались на стенках и формировали более высокие столбики. Измеренные значения поверхностного натяжения и капиллярной длины оказались ниже теоретических. Учёные связали это с микроскопической шероховатостью 3D-печатной камеры, которая могла усиливать смачивание, а также с возможными утечками уплотнений и другими воздействиями космического полёта.
Авторы применили результаты к задаче полива растений в настоящем лунном грунте. Верхний слой реголита крайне сухой и плохо впитывает воду, а расположенные глубже крупные частицы образуют каналы, по которым жидкость быстро уходит вниз. В итоге вода может скапливаться в застойных зонах и лишать корни кислорода.
Одним из вариантов решения исследователи считают добавление глицерина. В эксперименте он лучше смачивал поверхности, чем вода и солевой раствор, а его способность регулировать осмотические процессы у растений уже была безопасно продемонстрирована. В будущем лунные грядки могут получать не только воду, но и глицерин, хотя до практической реализации таких систем ещё далеко.
Для лунной базы с экипажем из шести человек, по оценке исследователей, потребуется около 650 квадратных метров действующих площадей для выращивания культур. Гидропонные установки остаются возможной альтернативой, но их масштабирование и доставка с Земли будут сложными. Новые данные помогают точнее оценить, как выращивать значительные объёмы пищи непосредственно в лунном грунте.