Sowiecki Marsjanin
Jak powstała pierwsza na świecie instalacja do autonomicznego przetrwania w kosmosie w Krasnojarsku
W filmie Marsjanin bohater musiał czekać na przybycie na Czerwoną Planetę kolejnej ekspedycji z niewielkim zapasem wody, jedzenia i powietrza. Amerykańskie kino próbowało wymyślić, jak to zrobić, a radzieccy naukowcy rozwiązali podobny problem jeszcze przed stworzeniem książki o przetrwaniu na Marsie autorstwa Andy'ego Weiera.
Pół wieku temu Krasnojarski Instytut Fizyki Syberyjskiego Oddziału Rosyjskiej Akademii Nauk stworzył instalację, która pomogłaby astronaucie przetrwać na dowolnej planecie bez żadnych problemów i pomocy z zewnątrz. Rewolucyjny system zaopatrzenia w pętlę zamkniętą BIOS-3, który nie ma odpowiednika na świecie, niemal całkowicie zaopatrywał ludzi w wodę, tlen i żywność. Wystarczyło zabrać ze sobą bardzo mały zapas, a potem wszystko zostało wyprodukowane i wyczyszczone przez sam system.
„Rosyjska Planeta” dowiedziała się, jak syberyjskim naukowcom udało się wyprzedzić swój czas i kolegów.
Oddychaj algami
„Pierwsze eksperymenty nad tworzeniem zamkniętych autonomicznych systemów podtrzymywania życia rozpoczęły się w Krasnojarsku pod koniec lat 1960.”, mówi RP Jegor Zaderejew, czołowy badacz, sekretarz naukowy Instytutu Biofizyki Syberyjskiego Oddziału Rosyjskiej Akademii Nauk. korespondent. - Naukowcy odkryli, że aby dwie osoby mogły przeżyć rok, potrzebują około 300 kg tlenu, 2,5 tony wody i 400 kg pożywienia. Jednocześnie w tym samym okresie wyemitują 350 kg dwutlenku węgla i tonę odpadów, które trzeba przetworzyć. Pozostało wymyślić, jak zapewnić im to wszystko w środowisku odizolowanym od świata zewnętrznego.
Eksperci przeprowadzili eksperymenty i potwierdzili hipotezę, że potencjał rozwojowy żywego organizmu jest wyższy niż realne możliwości. Gdy jednokomórkowy glon Chlorella został umieszczony w idealnych warunkach, zaczął rosnąć znacznie szybciej i wytwarzać więcej tlenu niż w środowisku naturalnym, a także aktywniej przetwarzać dwutlenek węgla.
W małym zbiorniku było wystarczająco dużo glonów, aby człowiek mógł normalnie oddychać przez cały dzień, umieszczając twarz w specjalnym otworze, który nie pozwalał na przedostawanie się powietrza z zewnątrz. Tak więc w 1964 roku stworzyli system z zamkniętym cyklem reprodukcji tlenu „BIOS-1”, który pomagał człowiekowi oddychać w przestrzeni pozbawionej powietrza, na przykład w kosmosie. Wtedy naukowcom udało się wydłużyć czas przebywania w zamkniętym pomieszczeniu z 12 godzin do 30 dni. Później zamknięto również wymianę wody, co umożliwiło przeprowadzenie 45-dniowego eksperymentu.
Jednak glony były przydatne tylko do dostarczania ludziom tlenu i pozbycia się dwutlenku węgla. Jeśli w zamkniętej przestrzeni nie ma innych roślin, będziesz musiał również jeść glony. Może i składników odżywczych jest wystarczająco dużo dla ludzkiego organizmu, ale utrzymanie zdrowia psychicznego na takiej diecie będzie problematyczne.
W 1966 roku naukowcy rozpoczęli eksperymenty z warzywami i zbożami, w wyniku czego zbudowali instalację BIOS-2. Okazało się, że jeśli tej samej pszenicy stworzy się idealne warunki do wzrostu - bez zmian temperatury, zmian pogody, chwastów, to da plon sześć razy w roku i kilka razy więcej niż w warunkach naturalnych. Po drodze naukowcy ustalili, ile pszenicy trzeba zasiać, aby wyżywić jedną osobę.
Bionauci w bunkrze
„Kiedy Siergiej Korolow, twórca rosyjskiej kosmonautyki, dowiedział się o eksperymentach przeprowadzanych w Instytucie Fizyki SB RAS, zainteresował się nimi i spotkał się z akademikiem Leonidem Kirenskim, założycielem i dyrektorem Instytutu Krasnojarskiego” – kontynuuje Jegor Zaderejew. - Na osobiste polecenie Korolowa, który potrzebował autonomicznego systemu podtrzymywania życia dla stacji na Księżycu, przeznaczono środki na dalsze badania. Dzięki nim w rekordowo krótkim czasie, bo zaledwie w siedem lat, powstał sztuczny ekosystem „BIOS-3”.
Biofizycy z Krasnojarska otrzymali na tamte czasy ogromne pieniądze - 1 milion rubli. Dzięki tym środkom do 1972 roku zbudowali specjalny bunkier odizolowany od świata zewnętrznego ścianami ze stali nierdzewnej, którego łączna objętość wynosiła 315 metrów sześciennych. m, a powierzchnia - 14x9x2,5m.
Schron został zaprojektowany dla trzech osób i podzielony na cztery części. W jednej mieściły się domki mieszkalne z łóżkami, kuchnia-jadalnia, łazienka oraz część do pracy – warsztat-laboratorium z urządzeniami do przetwarzania zbóż, utylizacji biomasy niejadalnej oraz systemy oczyszczania wody i powietrza. Pozostałe trzy części przeznaczone były dla roślin. Glony, a także odmiany hodowlane soi, sałaty, ogórków, rzodkiewki, marchwi, buraków, kopru, kapusty, ziemniaków i cebuli rosły w pomieszczeniach zamkniętych i przy sztucznym oświetleniu. Regenerowali wodę i tlen, a także dostarczali „bionautom” wszystkich niezbędnych do egzystencji składników odżywczych, witamin i mikroelementów. Uprawiano również pszenicę karłowatą specjalnie wyhodowaną przez hodowcę z Krasnojarska Genricha Lisowskiego o bardzo krótkiej łodydze: niejadalna część ucha miała minimalny rozmiar i było mało odpadów. Dała plon 200-300 centów na hektar. A chufa z trawy środkowoazjatyckiej dostarczała ludziom olej roślinny.
Aby ludzie w BIOS-ie mogli komunikować się ze światem zewnętrznym, zaplombowany bunkier został wyposażony w telewizor i telefon. Zainstalowano system chłodzenia i zasilania.
„Na początku lat 1970. trzech wolontariuszy mieszkało w bunkrze po raz pierwszy przez sześć miesięcy - 180 dni, od 24 grudnia 1972 do 22 czerwca 1973”, mówi Jegor Zaderejew. Cały tlen, którym oddychali, pochodził z roślin, które uprawiali. Przetwarzali również dwutlenek węgla. Pierwotna woda została poddana recyklingowi i oczyszczona w celu ponownego wykorzystania.
W instalacji „BIOS-3” odbywa się sesja kolejnej komunikacji z testerami. W kontakcie, tester V.V. Terskikh (w oknie), fot., 1973. Zdjęcie: foto.kirensky.ru
Uczestnicy eksperymentu jedli własne warzywa, zebraną i mieloną pszenicę i wypiekali z nich chleb. Otrzymywali więc 300 gramów chleba i 400 gramów warzyw dziennie. "Bionauci" z białka zwierzęcego dostarczali zapasy konserw i liofilizowanego mięsa. Stałe obserwacje medyczne wykazały, że taka dieta, jak również przetworzona i oczyszczona woda i powietrze nie wpłynęły negatywnie na zdrowie ochotników.
Eksperyment trwał tylko sześć miesięcy. Stało się jasne, że nie ma sensu go kontynuować: zamknięty system podtrzymywania życia stworzony w BIOS-ie działał bezbłędnie. Sztucznie stworzony przenośnik do produkcji wody, tlenu i żywności nie zawodzi. Oczywiście pod warunkiem odbioru dużej ilości energii elektrycznej z zewnątrz, ale ten problem w kosmosie lub na którejkolwiek z planet można łatwo rozwiązać za pomocą elektrowni jądrowej lub paneli słonecznych.
Rok za zamkniętymi drzwiami
Na stacji BIOS-3, która symuluje osadnictwo pozaziemskie, przeprowadzono 10 eksperymentów dotyczących autonomicznego przetrwania. Uczestniczyły w nich załogi od jednej do trzech osób. Dłużej niż reszta "bionautów" w "BIOS-3" żył inżynier Nikołaj Bugreev - w sumie 13 miesięcy.
W 1968 r. rozwój Krasnojarska został uznany na XNUMX. Kongresie Międzynarodowej Federacji Astronautycznej jako jeden z możliwych prototypów systemu biologicznego zapewniającego życie ludziom na nowym etapie eksploracji kosmosu - podczas długotrwałych wypraw. Stało się to światowym uznaniem osiągnięć biofizyków syberyjskich.
Naukowcy musieli rozwiązać jeszcze jeden fundamentalny problem - jak zapewnić ludziom w ograniczonej przestrzeni żywność nie tylko roślinną, ale także białkową. Jeden z twórców BIOS-3, akademik Iosif Gitelzon, wysunął na owe czasy rewolucyjny pomysł - wykorzystać do tego genetycznie modyfikowane rośliny, które produkowałyby pożądane białko zwierzęce. Nierozwiązane pozostały również problemy naturalnego wykorzystania biomasy roślinnej i powrotu soli wydalanej z organizmu człowieka do wewnątrzustrojowej wymiany masy.
Naukowcy postanowili powtórzyć udany eksperyment na Ziemi w kosmosie. Instytut Krasnojarski zaczął przygotowywać pierwsze pojemniki do uprawy roślin w warunkach nieważkości, ale wtedy wybuchła pierestrojka. Ze względu na całkowity brak funduszy trzeba było przerwać unikalne badania, które w tamtym czasie nie miały analogów na świecie, a BIOS-3 został unieruchomiony.
Od lewej do prawej — uczestnicy 6-miesięcznego eksperymentu w BIOS-3: M.P. Shilenko, W.W. Terskikh, N.I. Pietrow, fot. 1973. Zdjęcie: foto.kirensky.ru
Arka na pustyni
Dopiero 15 lat później, w 1985 roku, w Stanach Zjednoczonych podjęto próbę przeprowadzenia podobnego eksperymentu.
Za pieniądze multimilionera Eda Bassa w Arizonie zbudowano gigantyczną bazę Biosphere-2 z hermetycznych kopuł o powierzchni 12 XNUMX metrów kwadratowych. m. Na tym rozległym terytorium naukowcy odtworzyli ziemskie krajobrazy - pustynię, las deszczowy, sawannę, a nawet mały ocean z rafą koralową, posadzili rośliny i sprowadzili setki gatunków zwierząt. Zakładano, że wszystko to samo będzie rosło i rozmnażało się, zapewniając wolontariuszom eksperymentu wszystko, co niezbędne do życia.
„Jednakże szybko stało się jasne, że wystąpił krytyczny brak tlenu, więc musieliśmy otworzyć okna, aby powietrze mogło wchodzić z zewnątrz”, mówi członek korespondent Rosyjskiej Akademii Nauk, doktor biologii Siergiej Olenin. „Wtedy rośliny zaczęły chorować i umierać, niektóre gatunki zwierząt wymarły. Wyhodowała się niesamowita liczba karaluchów i mrówek. Brakowało żywności i trzeba ją było sprowadzać z zewnątrz. Dwa lata później eksperyment został przerwany, choć twórcy Biosphere-2 spodziewali się, że sztuczny ekosystem może istnieć offline przez co najmniej 100 lat.
Po nieudanej pierwszej próbie amerykańscy badacze dokonali zmian w stworzonym przez siebie sztucznym świecie i przeprowadzili drugi eksperyment w 2007 roku. Została jednak rozwiązana z innego powodu: jeden z członków nowego zespołu wolontariuszy zaatakował pozostałych podczas kłótni. Po tym inwestor stracił zainteresowanie projektem, a teraz tylko turyści odwiedzają tę „Arkę Noego” pośrodku pustyni.
„W zeszłym roku w Chinach przeprowadzono kolejny autonomiczny eksperyment przetrwania. Został nazwany „Lunar Palace-1”, kontynuuje Sergey Olenin. – Naukowcom, którzy faktycznie całkowicie powtórzyli badania w Krasnojarsku, udało się zapewnić uczestnikom całą niezbędną żywność o 75%, ponieważ zapotrzebowanie na białko zostało zaspokojone przez wyhodowane przez nich robaki. Udało im się więc żyć offline przez trzy miesiące.
Świat eksperymentów
Teraz Europejska Agencja Kosmiczna zaczęła wykazywać zainteresowanie badaniami w Krasnojarsku. Za pieniądze otrzymane w formie grantów w Instytucie Biofizyki Syberyjskiego Oddziału Rosyjskiej Akademii Nauk przeprowadzane są małe eksperymenty, do bunkra wybudowanego pod koniec lat 1960. XX wieku kupuje się nowoczesny sprzęt. Pod uprawę roślin powstaje sztuczne podłoże przypominające glebę. Prowadzone są eksperymenty nad fizykochemiczną technologią rozkładu substancji organicznych na substancje mineralne, które mogą być ponownie zawrócone do obiegu w postaci soli do wzrostu roślin. Bada się wykorzystanie ślimaków lądowych do produkcji białka, którego potrzebują ludzie.
Brakuje jednak środków na badania na pełną skalę – potrzeba na to kilkudziesięciu milionów dolarów. Wszyscy rozumieją, że konieczne jest wznowienie prac nad tworzeniem zamkniętych systemów podtrzymywania życia, ponieważ bez nich nie może być mowy o poważnej eksploracji kosmosu, ale wszystko zależy od finansów. „BIOS-3” jest pusty. Chociaż jest to najbardziej udany system eksperymentalny, który w pełni zaspokaja ludzkie zapotrzebowanie na wodę, powietrze i pokarm roślinny ze względu na zamknięty cykl biologiczny. Mógłby być już używany, choć jeszcze nie na Marsie czy innych planetach, ale na Ziemi. Rzeczywiście, z jego pomocą można zmniejszyć szkody dla środowiska, które osoba nieuchronnie powoduje setki razy, ponieważ BIOS-3 pozwala zużywać minimum zasobów i prawie nie wytwarzać odpadów. Domy zamknięte drastycznie zmniejszyłyby obciążenie dla środowiska, a także zapewniłyby ludziom wszystko, czego potrzebują, tam, gdzie dotarcie do nich jest trudne lub drogie, na przykład w odległych strefach arktycznych, na pustyniach lub w wysokich górach, pod wodą.
- Inną opcją korzystania z BIOS-u jest przeprowadzanie w nim eksperymentów, których jeszcze nikt na świecie nie przeprowadza. Wszyscy mówią tylko o tym, co się stanie, jeśli na przykład poziom metanu w atmosferze osiągnie poziom krytyczny. Będzie katastrofa, czy nie? A w Krasnojarsku nie można o tym mówić, ale sprawdzić, co w rezultacie stanie się w małym zamkniętym ekosystemie – mówi Sergey Olenin. - A to tylko jeden z możliwych eksperymentów, który może nawet nie ma wielkiego, ale ogromnego znaczenia dla całej ludzkości. Możesz badać procesy obiegu substancji w biosferze Ziemi, a nie tylko pomagać ludziom przetrwać na innych planetach.
informacja