IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Космическое питание
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Цель работы:
Выявить отношение людей 21 первого века к теме Космоса, а также узнать, как питаются космонавты в невесомости.
Задачи:
Расширить представления людей о теме космоса
Проанализировать космическую энциклопедию и выяснить, что едят космонавты.
Изучить состав космической еды.
Провести опрос и выяснить отношение взрослых и детей к космосу.
Гипотеза исследования:
Космическое питание. Отличатся ли оно от обычного питания. Выяснить, полностью ли космическая еда удовлетворяет потребности в пище космонавта.
Актуальность темы проекта
С самого детства меня интересовал космос и все, что с ним связано. На данный момент в России космосу уделяют огромное значение, космонавты большую часть своего времени находятся в невесомости. Я думаю, многим будет интересно, что именно делают космонавты во время полета в космос. Как они умываются, спят, и самое интересное, как они питаются. И я решил это выяснить. Многие могут подумать, что еда для космонавтов не является вкусной, но сейчас это уже совсем не так. Ведь здоровье и питание тесно связаны друг с другом. Я решил узнать, как организовано питание космонавтов на орбите, т.к. космическая еда считается самой здоровой и качественной. Оказывается, наши представления о космической еде давно отстали от времени, ведь сегодня современные технологии используются не только при создании нового вида ракетного топлива или различных вспомогательных механизмов. Оказывается, производство продуктов питания для космонавтов также постоянно совершенствуется, и сегодня космическая еда уже не является невкусной пищей в тюбиках. Мне было интересно узнать, какие технологии сегодня применяются для приготовления и хранения космической еды. Ведь даже сложные условия космоса, трудности доставки, позволяют долгое время сохранять космическую пищу отличном состоянии. Я хотел понять, а есть ли обязательные требования, предъявляемые к космическому питанию, а также, каковы способы организации питания космонавтов в прошлом, настоящем и будущем. Ведь космонавты должны быть здоровыми и работоспособными.
Мне стало интересно, а знают ли другие учащиеся ответы на вопросы, которые заинтересовали меня?
Социологический опрос.
Я провел опрос среди жителей моего города.
Были заданы вопросы:
Вас интересует тема космоса и все что с ним связано?
Вы знаете, что едят космонавты?
Каким образом космонавты принимают пищу?
Отличается ли земная еда от космической?
Вы бы хотели попробовать космическую еду?
Отличается ли еда космонавтов разных стран мира?
В опросе приняли 30 учеников. 15 учеников из 6-8 классы и 15 учеников 9-10 классы.
Я проанализировал ответы и понял, что не знают ответы на поставленные вопросы:
75% учеников 6-8 классы.
50% учеников 9-10 классы.
Интересна ли эта тема?
90% учеников 6-8 класса.
100% учеников 9-10 класса.
Хотели бы они попробовать космическую еду?
100% учеников 6-11 класса.
Результаты опроса показали наличие проблемы.
Оказалось, что очень многих интересует вопрос о том, как и чем питаются космонавты. Причем, кроме того, что питание космонавтов как-то связано с тюбиками, им мало что известно. Именно поэтому я считаю, что выбранная мною тема является актуальной.
И я решил изучить эту тему более подробно.
С чего все началось?
Для многих не секрет, что человека для выживания, нужна еда и вода. Каждый день мы едим разнообразную пищу на завтрак, обед и ужин и не задумываемся как тяжело проходит этот процесс в космосе.
Первым человеком, который попробовал космическую пищу является непосредственно Юрий Гагарин. Несмотря на то, что его полет составил 108 минут, он был обязан поесть, так как этот полет имел план и подразумевал прием пищи. В качестве упаковки для еды были использованы тюбики, успешно опробованные до этого в авиации. Внутри были мясо и шоколад. Еще на Байконуре Гагарин и Титов пробовали «космическую пищу» в тюбиках: пюре щавелевое с мясом, мясной паштет, шоколадный соус. Калорий в «тюбиковой» еде много, но вкус любой еды лучше всего познаешь, когда её кусаешь и жуёшь, а, по словам космонавтов, это была какая-то сытная, питательная замазка. В полной мере, космическую еду в космосе испытал на себе космонавт Герман Титов. За двадцать пять часов полёта Титов успел принять пищу три раза, однако, по его словам, на Землю он вернулся голодным. На первое у него был стакан овощного супа-пюре, на второе - печёночный паштет; на третье - стакан черносмородинового сока. Следующие космонавты, возвращаясь с орбиты, заявляли, что голодают и это мешает нормальному труду. Тогда в меню внесли изменения. В него добавили говяжий заливной язык, пирожки с рыбой, украинский борщ, антрекоты, пожарские котлеты, куриное филе, более 20 наименований соков, фруктовые пюре и овощные соусы. К началу 1980-х годов космический ассортимент включал более 200 наименований.
Удаляясь от планеты, человек должен удивительно подробно продумать вопрос пищи. А можно ли будет при нулевой гравитации глотать нормальную пищу?
Это как раз то, чего боялся Джон Гленн, когда стал первым американским космонавтом в 1962 году. Но когда он оказался в космосе, он успокоился, так как он смог есть без проблем. Гравитация не влияет на способность глотать, благодаря процессу перистальтики в пищеводе, где сокращение и расширение мышц горла отвечают за доставку пищи. Таким образом, очень похоже, что мы были рождены, чтобы летать в космос.
Сложные физические условия космоса, трудности доставки и хранения требуют специфической упаковки и повышают требования к хранению продуктов при длительных полетах. Еда, создаваемая для употребления в космосе, должна кардинально отличаться от земной консистенции и формой. Условия труда космонавтов и физиологические изменения в организме человека требуют разработки сбалансированного и полноценного питания.
Ведь прием пищи - это одна из немногих возможностей для отдыха, равно как и напоминание о далёкой Родине, это важная эмоциональная составляющая пребывания космонавтов в ограниченном пространстве. В связи с этим космическая пища должна обладать высокими вкусовыми качествами и максимально походить на земную, привычную. Разработка таких продуктов – сложная задача, требующая привлечения широкого круга специалистов, от кондитеров до физиологов и инженеров. По рекомендациям, консервные заводы изготовили научно обоснованный космический обед из трёх блюд, каждое из которых было запечатано в тубу и могло быть потребляемо прямо из неё.
Н а кораблях «Союз» в рацион питания космонавтов входили мясные консервы, соки, обеденные блюда, среди сухих продуктов были сыр, мясо, вобла, творожный пудинг и хлебобулочные изделия.Первые производители Родиной космического тюбика принято считать Эстонию. Прибалтийский химкомбинат уже в 1964-м году наладил непрерывное производство алюминиевых туб в соответствии с местным стандартом. Здесь упаковывали в тубы разнообразные ягодные желе для продажи в местных магазинах. Никто бы и не знал, что "эстонские стандарты качества" полностью соответствуют космическим, если бы однажды ВНИИ Пище концентратов космического питания не остановил свой выбор именно на этом подрядчике.
Во время перестройки отрасль, постепенно стала приходить в упадок.
В 1991-1992 годах ситуация стала едва ли не критической. Сбалансированный рацион перестал быть разнообразным, от космонавтов поступали жалобы, а разработчики питания пытались разыскать деньги на проведение дальнейших работ. Тут на помощь пришли американцы. По соглашению от 1994 года о совместных российско-американских программах "Мир" - "Шаттл", предполагалось сотрудничество и в области космического питания. Но гордость космической отрасли России - Бирюлевский экспериментальный завод смог сохранить космические традиции, кадры и уникальные технологии.
Особенности организации питания космонавтов
Для приготовления пищи космонавтов необходимо учитывать особенности организации питания:
космическая еда должна иметь очень длительные сроки хранения при комнатной температуре (и выдерживать скачки температур). На борту нет холодильника для еды, а поставки производятся раз в несколько месяцев. Для упаковки на корабль все должно быть доставлено на стартовую площадку за два месяца до даты пуска
в Горячие блюда поставляются либо в консервах, либо в плоских гибких прямоугольных упаковках из плотной фольги, либо в пластиковой вакуумной упаковке после сублимированной сушки. На борту консервы разогреваются специально предназначенных для этого нагревательных отверстиях. Сублимированные продукты в пакетах насыщают горячей водой, в результате чего они становятся пригодными к употреблению. Чай, кофе, соки — все это в виде порошка или заварки уже упаковано в пластиковые пакеты.
Есть масса ограничений, связанных с невесомостью. На борту смешать ингредиенты нельзя. Можно только добавить воды, чтобы превратить их в готовый к употреблению напиток: горячей - в кофе или чай, комнатной температуры - в соки, холодильника для напитков тоже нет. Если хочется просто попить воды, можно взять предназначенный для этого пустой пакет и наполнить его. Крошка, которая на Земле упадет на пол, в космосе останется в пространстве, она может не только попасть с глаз, но и в нос, и этим самым создает опасность задохнуться при попадании в дыхательные пути.
Космические продукты - самые безопасные и самые натуральные. В них нет ни химических, ни синтетических добавок: неизвестно, как они себя поведут в космосе, где, в том числе, присутствуют солнечная радиация и магнитные волны. Труднее всего в Космосе с водой. На космических кораблях осуществляется полная регенерация воды: даже отходы жизнедеятельности очищаются и снова превращаются в водичку. В космосе нет молока - оно слишком тяжёлое и к тому же быстро портится. Вместо него используется молочный порошок.
С потерей гравитации приходит потеря ощущений, особенно вкуса и запаха (в силу прилива крови к голам), что изменяет восприятие пищи в космосе, а также влияет на улучшение вкуса острых продуктов. Более того, при потреблении газированных напитков, газ и жидкость в желудке отделяются друг от друга, что приводит к появлению отрыжек. Принимая во внимание подобное влияние, пиво и Cola/Pepsi были специально обработаны для их пригодности в космосе.
Технологии приготовления космической пищи
Сегодня в космос посылают продукты сублимированные. Нынешние продукты для космонавтов проходят процедуру сублимационной сушки и хранятся в вакуумной упаковке. Этот процесс трудоёмок: из замороженных продуктов по специальной технологии выводят влагу, благодаря чему в них сохраняется почти всё содержание (95%) питательных веществ, микроэлементов, витаминов, а также вкус, запах и первоначальная форма. Этим способом учёные научились высушивать практически любые продукты - даже творог, который на МКС является одним из самых популярных продуктов. Космонавты из других стран чуть ли не выстраиваются в очередь, чтобы иметь возможность попробовать это блюдо (оно входит в рацион российских космонавтов).
Кроме того, такую еду можно хранить без ущерба для качества до 5-ти лет при любой температуре и любых условиях хранения.
Х леб запаковывают в упаковки, которых хватает ровно на один укус. Так как летающие крошки могут попасть в дыхательные пути. Хлеб поставляют в вакуумной упаковке. Космонавты его подогревают.
Ставшие символом космического питания тюбики сейчас используются редко - пища в основном расфасована по банкам.
Процесс приготовления космической пищи предполагает традиционные технологии - консервирование тепловой стерилизацией, обезвоживание, тепловая и сублимационная сушка. Мяса на партию питания закупается немного (не более 20 кг) и обязательно парного. Другое сырье берется в том количестве, которое необходимо для приготовления продукции в течение двух дней. Главное - стерильность. Сначала еда готовится на плите - это борщи, щи, каши. Затем приготовленные блюда переправляются в другой цех, и перепад температур перед их фасовкой не должен превышать 10 градусов (на каждый продукт - свой тепловой режим). В отделениях сублимационной сушки мастера в стерильных халатах и масках заливают в лотки готовые супы слоем не толще 2 см. Так же разливают в лотки и творог. Из 50 кг обычного творога получается 12 кг "космического”.
Что едят космонавты сегодня?
Существуют классификации космической еды.
Среди них:
напитки (обезвоженные, конечно);
свежая еда (со сроком годности 2 дня);
облученное мясо (чтобы не портилось);
продукты средней влажности, те, которые не портятся так быстро, как свежие;
натуральные продукты (орехи, печенья, мюсли и т.д.);
регидратируемые и термически обработанные продукты (продукты, приготовленные с применением тепла, которое убивает все бактерии и микробы).
Данная классификация является крайне формальной и технической, и представляет собой наиярчайший пример того, какой сложной задачей для правительства является столь простое понятие как космическое питание.
В то время, когда совершались первые полеты в космос, пища упаковывалась под воздействием вакуума в полимерные пакеты. Сами потребляемые космонавтами продукты представляли собой концентраты сублимационной сушки. Упаковывалась такая пища в тубы и банки. На кораблях «Союз» в рацион питания космонавтов входили мясные консервы, соки, обеденные блюда, среди сухих продуктов были сыр, мясо, вобла, творожный пудинг и хлебобулочные изделия.
Дневной рацион российского космонавта составляет 3200 калорий, разбитых на четыре приема пищи (белки, жиры, углеводы, небольшое количество минеральных солей и витаминов). Меню космонавтов рассчитано на восемь дней, каждые следующие восемь дней меню повторяется. Питание космонавтов почти как в ресторане.
Еда космонавтов считается самой здоровой пищей. В ней нет добавок и красителей. Для каждого космонавта составляют уникальный рацион в соответствии с рекомендациями врачей. В список входят блюда, чей состав и упаковка одобрены Министерством Обороны и Правительством РФ для транспортировки и использования в условиях космоса. Всего в меню космонавтов более 300 блюд, есть почти все, кроме алкоголя. Суточный рацион питания российского космонавта на борту орбитальной станции: Первый завтрак бисквит, чай с лимоном или кофе. Второй завтрак свинина (говядина), сок, хлеб. Обед куриный бульон, чернослив с орехами, сок (или суп молочный с овощами, мороженое и шоколад). Ужин свинина с картофельным пюре, печенье, сыр, молоко.
В последние годы рацион космонавтов пополнился грибным супом, сборной солянкой, тушеными овощами с рисом, греческим салатом, салатом из зеленой фасоли, консервами из мяса птицы, куриным мясом с мускатным орехом, омлетом с куриной печенью.
Набор напитков стандартный (в виде порошка - заварки):
кофе, чай черный, зеленый и фруктовый, молоко, соки – упакованы в пластиковые пакеты. На борту консервы разогреваются, после чего их вскрывают и едят из банки. Это обычный хлеб, только очень маленький – это сделано для того, чтобы одну буханку можно было съесть за раз, не оставляя после себя крошек. Здоровая, богатая витаминами и микроэлементами еда для космонавтов проходит предварительную обработку для удаления различных микробов и прочих вредных веществ. Способ применения: залить горячей водой, 10 минут подождать и можно подкрепляться.
С тоимость суточного питания одного человека на орбите составляет 18.000-20.000 рублей. Это главным образом объясняется высокой ценой на доставку груза на МКС (5-7.000 долларов за 1 кг).
Один из существенных недостатков – отсутствие в российском сегменте МКС микроволновой печи и холодильника. Поэтому наши космонавты, в отличие от своих иностранных коллег, не могут позволить себе быстрозамороженные продукты и полуфабрикаты, в том числе свежие фрукты и овощи. Сегодня российские космонавты едят на завтрак кашу и творог.
Грузовые корабли доставляют и деликатесы, например, осетровую икру в банках по 30 граммов. На грузовой корабль "Прогресс М-26М", как обычно, загрузят стандартные рационы питания, а также 20 кг свежих овощей и фруктов: яблоки, апельсины, грейпфруты, лук и помидоры.
Космическая еда будущего.
А какое будет питание космонавтов в будущем?
Экологическая среда в кабинах межпланетных кораблей даст человеку абсолютно все, что нужно для нормальной жизни. Белки, жиры, углеводы, микро - и макроэлементы, витамины доставит водоросль хлорелла. Будет и свой «скотный двор». Обитателями его станут кролики, утки и куры. Недостаток углеродов восполнят батат и картофель, выращенные на искусственной среде из отходов. Возможно, появятся «огороды» для выращивания овощей и фруктов, которые будут вырабатывать воздух, поглощая углекислый газ. Российская установка «Оазис-1» В 1971 г., во время полета станции «Салют-6», проводились эксперименты с вегетирующими растениями - горохом, салатом, хибинской капустой, пшеницей. Отрабатывая режимы культивации в различных субстратах, наши космонавты выращивали на борту станции зеленый лук, что позволило добавить витаминов в их рацион. Биологические эксперименты продолжаются в космосе и сейчас.
Водоросли. Известно, что растения в процессе своей жизнедеятельности превосходно поглощают углекислоту и выделяют кислород. Кажется просто: достаточно взять с собой в кабину корабля нужное количество живых растений. Однако, условия в кабине космического корабля таковы, что решить эту проблему не так уж просто. Хлорелла – это уникальная одноклеточная зеленая водоросль. Хлорелла считается одним из самых полезных продуктов, известных человеку. Некоторые ученые сумели выпечь довольно вкусные и питательные булочки из молотых сушеных водорослей со вкусовыми добавками. Из такой же муки приготовляли супы, соусы, каши и другие блюда. Прекрасные результаты были получены при приготовлении блюд из свежих водорослей.
Гусеницы станут основной едой космонавтов будущего. Китайские ученые предложили тутовых шелкопрядов в качестве основного источника пищи для космонавтов, осуществляющих длинные космические перелеты (например, к Марсу). Эколог Хонг Лю и его команда из Университета Пекина (Пекин, Китай) предложили насекомых - шелкопрядов - в качестве источника пищи для космонавтов. Насекомые быстро размножаются, требуют мало места и воды, выделяют мизерное количество экскрементов, которые могут быть использованы в качестве удобрения. Плюс, в куколке шелкопряда содержится очень много протеина, а аминокислот в два раза больше, чем в мясе поросенка, и в 4 раза больше, чем в яйцах или молоке. Выращивание органических тканей. Каковы бы не были результаты приготовления пищи из водорослей, космонавты не прочь будут полакомиться хорошим мясным блюдом, приготовленным из свежего мяса. Создание специального реактора позволит проводить испытания по выращиванию тканей и органов в космосе. Такой аппарат уже создается Новосибирскими учеными в летающей лаборатории Ил-76 в Центре подготовки космонавтов. Можно ли будет удовлетворить это естественное желание в условиях длительного космического полета? Может оно кажется причудливым, но еще несколько десятилетий назад космические путешествия казались фантастикой. Вопрос только в том, смогут ли космонавты преодолеть культурные табу на употребление насекомых в пищу.
Заключение.
1. Разработка способов приготовления и хранения космической пищи началась задолго до первого полёта, она изменялась в процессе освоения космоса, перед технологами есть задачи на будущее;
2. Самое сложное в создании космической еды – сделать так, чтобы она не занимала много места, долго не портилась при хранении, была питательной и вкусной;
3. Технология приготовления пищи достаточно трудоемка и недешева;
4. Элементы технологий, применяемых при приготовлении космической пищи, находят широкое применение в обычной жизни;
5 . Технологии приготовления космической пищи могут быть использованы для обеспечения продовольственной безопасности России;
6. Данный проект использовался на "X Школьной - практической конференции", Участники смогли попробовать аналог космического питания;
На основании результатов проведенного исследования были сформулированы следующие выводы:
В условиях невесомости необходимо, чтобы питание соответствовало определённым факторам;
2. В настоящее время космонавты в основном питаются сублимированными продуктами;
3. При подборе питания для космонавтов учитываются собственные и национальные предпочтения в еде;
4. Российская наука в этом направление по-прежнему сохраняет лидирующее положение;
5. Исследования учёных в данной области продолжаются.
В результате исследования гипотеза подтвердилась частично: космическое питание отличается от обычного питания способом приготовления, употребления и хранения, но по питательным и вкусовым качествам не отличается.
Список литературы:
1. Александров А.А. Путь к звездам. Из истории советской космонавтики. – М.: Вече, 2011.
2. Что едят космонавты в космосе [Электронный ресурс]. – Ваш гид в мире космоса
3. Космическая еда [Электронный ресурс]. – Интернет-проект Novate.ru
4. Еда космонавтов [Электронный ресурс] – Интернет-магазин космической еды.
5. Человек в космосе / Под ред. Шарп М.Р. ,М.: Мир, 1970
6. http://spacegid.com/ Питание космонавтов в космосе.
7. http://www.people.su/articles/1188 Еда для космонавтов
8. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Космическое питание
9. http://dnpmag.com Эволюция космической еды.