Ako bola v Krasnojarsku vytvorená prvá inštalácia na svete pre autonómne prežitie vo vesmíre
Vo filme „Marťan“musel hrdina čakať na príchod ďalšej expedície na Červenú planétu s malou zásobou vody, jedla a vzduchu. Americká kinematografia sa pokúsila prísť na to, ako to urobiť, a sovietski vedci vyriešili podobný problém ešte predtým, ako Andy Weyer napísal knihu o prežití na Marse.
Pred polstoročím bolo v Krasnojarskom fyzikálnom ústave SB RAS vytvorené zariadenie, ktoré by astronautovi pomohlo prežiť na akejkoľvek planéte bez špeciálnych problémov a vonkajšej pomoci. Revolučný systém napájania s uzavretou slučkou BIOS-3, ktorý nemá na svete žiadne analógy, takmer úplne poskytol ľuďom v ňom vodu, kyslík a jedlo. Stačilo vziať si so sebou veľmi malú zásobu a potom všetko vyrobil a vyčistil samotný systém.
Russian Planet zistila, ako sibírski vedci dokázali udržať náskok pred časom a kolegami.
Dýchajte riasami
- Prvé pokusy o vytvorenie uzavretých autonómnych systémov podpory života sa začali v Krasnojarsku koncom šesťdesiatych rokov minulého storočia, - vedúci vedecký pracovník, vedecký tajomník Biofyzikálneho ústavu Sibírskej pobočky Ruskej akadémie vied, kandidát biologických vied Jegor Zadereev hovorí korešpondent RP. - Vedci zistili, že na to, aby dvaja ľudia žili rok, potrebujú zhruba 300 kg kyslíka, 2,5 tony vody a 400 kg jedla. Zároveň za rovnaké obdobie vypustia 350 kg oxidu uhličitého a tonu odpadu, ktorý je potrebné recyklovať. Zostáva zistiť, ako im to všetko poskytnúť v prostredí izolovanom od vonkajšieho sveta.
Experti uskutočnili experimenty a potvrdili hypotézu, že rozvojový potenciál živého organizmu je vyšší ako realizovateľné možnosti. Keď boli jednobunkové riasy Chlorella umiestnené do ideálnych podmienok, začali rásť oveľa rýchlejšie a produkovať viac kyslíka ako vo svojom prirodzenom prostredí a tiež aktívnejšie recyklovať oxid uhličitý.
Riasy v malej nádrži začali stačiť na to, aby človek mohol celý deň normálne dýchať, pričom tvár umiestnil do špeciálneho otvoru, ktorý nepúšťa vzduch zvonku. V roku 1964 teda vytvorili systém s uzavretým cyklom reprodukcie kyslíka „BIOS-1“, ktorý človeku pomohol dýchať napríklad v bezvzduchovom priestore, napríklad v priestore. Potom vedci dokázali predĺžiť čas strávený v uzavretej miestnosti z 12 hodín na 30 dní. Neskôr bola uzavretá aj výmena vody, čo umožnilo uskutočniť 45-dňový experiment.
Riasy však boli užitočné iba na to, aby poskytli osobe kyslík a zbavili ho oxidu uhličitého. Ak v obmedzenom priestore nie sú žiadne ďalšie rastliny, budete musieť jesť aj riasy. Pre ľudské telo môže byť dostatok živín, ale udržanie duševného zdravia pri takejto diéte bude problematické.
V roku 1966 vedci zahájili experimenty so zeleninou a obilninami a v dôsledku toho vybudovali inštaláciu systému BIOS-2. Ukázalo sa, že ak sú pre rovnakú pšenicu vytvorené ideálne podmienky pre rast - bez teplotných zmien, zmien počasia, burín, potom to prinesie šesťkrát ročne a niekoľkokrát viac ako v prírodných podmienkach. Po ceste vedci zistili, koľko pšenice je potrebné vysiať, aby sa uživila jedna osoba.
Bionauti v bunkri
"Keď sa zakladateľ ruskej kozmonautiky Sergej Korolev dozvedel o experimentoch vykonaných vo Fyzikálnom ústave SB RAS, začal sa o ne zaujímať a stretol sa so zakladateľom a riaditeľom Krasnojarského inštitútu, akademikom Leonidom Kirenským," pokračuje Jegor Zadereev. - Na základe osobného príkazu Koroleva, ktorý potreboval autonómny systém podpory života pre stanicu na Mesiaci, boli pridelené finančné prostriedky na pokračovanie výskumu. Umožnili v rekordne krátkom čase, iba za sedem rokov, vytvoriť umelý ekosystém „BIOS-3“.
Krasnojarskí biofyzici za tie časy dostali obrovské peniaze - 1 milión rubľov. Z týchto prostriedkov do roku 1972 postavili špeciálny bunker izolovaný od okolitého sveta so stenami z nehrdzavejúcej ocele, ktorých celkový objem bol 315 metrov kubických. m, a plocha je 14x9x2, 5 m.
Bunker bol navrhnutý tak, aby pojal troch ľudí, a bol rozdelený na štyri časti. Jedna obsahovala obytné kabíny s posteľami, kuchyňu, jedáleň, kúpeľňu a pracovný priestor-dielenské laboratórium so zariadením na spracovanie plodín využívajúcich nejedlú biomasu, ako aj systémy na čistenie vody a vzduchu. Ostatné tri časti boli pre rastliny. V uzavretom priestore a pod umelým osvetlením riasy rástli, ako aj šľachtili odrody sóje, šalátu, uhoriek, reďkovky, mrkvy, repy, kôpru, kapusty, zemiakov a cibule. Regenerovali vodu a kyslík a „bionautom“tiež poskytli všetky živiny, vitamíny a mikroelementy potrebné pre ich existenciu. Tiež tam rástla zakrpatená pšenica s veľmi krátkou stopkou, špeciálne vyšľachtená krasnojarským chovateľom Henrikhom Lisovským: nejedlá časť ucha mala minimálnu veľkosť a bolo tam málo odpadu. Dala úrodu 200-300 centov na hektár. A stredoázijská bylina chufa poskytovala ľuďom rastlinný olej.
Aby ľudia v „BIOSe“mohli komunikovať s vonkajším svetom, bol uzavretý bunker vybavený televízorom a telefónom. Bol nainštalovaný chladiaci a napájací systém.
- Začiatkom 70. rokov traja dobrovoľníci z radov zamestnancov prvýkrát žili v bunkri šesť mesiacov - 180 dní, od 24. decembra 1972 do 22. júna 1973, - hovorí Jegor Zadereev. "Všetok kyslík, ktorý dýchali, pochádzal z rastlín, ktoré pestovali." Spracovávali aj oxid uhličitý. Spočiatku bol dostupný zdroj vody spracovaný a vyčistený, aby bol mnohokrát použitý.
Prebieha ďalšia relácia komunikácie s testermi v inštalácii systému BIOS-3. Tester V. V. Terskikh (v okne), fotografia 1973. Foto: photo.kirensky.ru
Účastníci experimentu jedli zeleninu, ktorú sami pestovali, zbierali a mleli pšenicu a piekli z nej chlieb. Denne teda prijali 300 gramov chleba a 400 gramov zeleniny. „Bionauti“zo živočíšnych bielkovín poskytovali zásoby konzervovaných potravín a mrazom sušeného mäsa. Neustále lekárske pozorovania ukázali, že takáto strava, ako aj spracovaná a čistená voda a vzduch, neovplyvňujú nepriaznivo zdravie dobrovoľníkov.
Experiment trval iba šesť mesiacov. Ukázalo sa, že nemá zmysel v tom pokračovať: uzavretý systém podpory života vytvorený v systéme BIOS funguje bezchybne. Umelo vytvorený dopravník na výrobu vody, kyslíka a jedla nezlyhá. Samozrejme za predpokladu, že veľké množstvo elektriny pochádza zvonku, ale tento problém vo vesmíre alebo na ktorejkoľvek z planét je možné ľahko vyriešiť pomocou jadrovej elektrárne alebo solárnych panelov.
Rok za zapečatenými dverami
Na stanici „BIOS-3“, ktorá simuluje mimozemské osídlenie, sa uskutočnilo 10 experimentov o autonómnom prežití. Zúčastnili sa ich posádky od jedného do troch ľudí. Inžinier Nikolai Bugreev žil v BIOS -3 dlhšie ako ostatní „bionauti“- spolu 13 mesiacov.
V roku 1968 bol vývoj Krasnojarsku na XIX. Kongrese Medzinárodnej astronautickej federácie považovaný za jeden z možných prototypov biologického systému na zaistenie života ľudí v novej fáze prieskumu vesmíru - počas dlhých expedícií. Toto sa stalo celosvetovým uznaním úspechov sibírskych biofyzikov.
Vedci museli vyriešiť ešte jeden zásadný problém - ako poskytnúť ľuďom v obmedzenom priestore nielen rastlinnú, ale aj bielkovinovú potravu. Jeden z tvorcov systému BIOS -3, akademik Iosif Gitelzon, v tej dobe predložil revolučnú myšlienku - použiť na to geneticky modifikované rastliny, ktoré by produkovali požadovaný živočíšny proteín. Nevyriešené zostali aj problémy prirodzeného využívania rastlinnej biomasy a návratu soli vylučovanej z ľudského tela do intrasystemickej masovej výmeny.
Vedci sa rozhodli zopakovať úspešný experiment na Zemi vo vesmíre. Krasnojarský inštitút začal pripravovať prvé nádoby na pestovanie rastlín s nulovou gravitáciou, ale potom vypukla perestrojka. Vzhľadom na úplný nedostatok financií musel byť jedinečný výskum, ktorý v tej dobe nemal vo svete obdoby, zastavený a BIOS-3 bol zastavený.
Zľava doprava-účastníci 6-mesačného experimentu v systéme BIOS-3: M. P. Shilenko, V. V. Terskikh, N. I. Petrov, foto 1973. Foto: photo.kirensky.ru
Púštna archa
Len o 15 rokov neskôr, v roku 1985, sa v USA uskutočnil pokus o podobný experiment.
Za peniaze multimilionára Eda Bassa bola v Arizone postavená z hermeticky uzavretých kupol obrovská základňa „Biosphere-2“na ploche 12 tisíc metrov štvorcových. m) Na tomto rozsiahlom území vedci reprodukovali suchozemskú krajinu - púšť, tropický les, savanu, dokonca aj malý oceán s koralovým útesom, vysádzali rastliny a priviezli stovky živočíšnych druhov. Predpokladalo sa, že to všetko samo porastie a znásobí sa a poskytne dobrovoľníkom experimentu všetko potrebné pre život.
"Veľmi skoro sa však ukázalo, že je tu kritický nedostatok kyslíka, museli sme otvoriť okná, aby vzduch mohol vstupovať zvonku," hovorí korešpondent člen Ruskej akadémie vied, doktor biologických vied Sergej Olenin. - Potom rastliny začali bolieť a odumierať, niektoré druhy zvierat vyhynuli. Neskutočné množstvo chovaných švábov a mravcov. Jedla bolo málo, bolo ho treba priniesť zvonku. O dva roky neskôr bol experiment ukončený, aj keď tvorcovia „Biosphere-2“dúfali, že umelý ekosystém môže existovať v autonómnom režime najmenej 100 rokov.
Po neúspešnom prvom pokuse americkí vedci urobili zmeny v umelom svete, ktorý vytvorili, a v roku 2007 spustili druhý experiment. Bola však ukončená z iného dôvodu: jeden z členov nového tímu dobrovoľníkov počas hádky napadol ostatných. Potom investor stratil záujem o projekt a teraz túto „Noemovu archu“uprostred púšte navštevujú iba turisti.
- Minulý rok bol v Číne vykonaný ďalší experiment v oblasti autonómneho prežitia. Dostal názov „Lunárny palác -1“, - pokračuje Sergej Olenin. - Vedcom, ktorí v skutočnosti úplne zopakovali krasnojarské štúdie, sa podarilo poskytnúť účastníkom všetky potrebné potraviny o 75%, pretože potrebu bielkovín uspokojili červy, ktoré vychovali. Tri mesiace sa im teda podarilo žiť offline.
Svet na experimentovanie
Európska vesmírna agentúra teraz začala prejavovať záujem o výskum Krasnojarsku. Za získané peniaze vo forme grantov sa v Biofyzikálnom ústave SB RAS uskutočňujú malé experimenty, do bunkra postaveného koncom šesťdesiatych rokov sa nakupuje moderné vybavenie. Na pestovanie rastlín je vytvorený umelý substrát podobný pôde. Prebiehajú experimenty s fyzikálno -chemickou technológiou rozkladu organických látok na minerálne látky, ktoré je možné vrátiť do obehu vo forme solí na rast rastlín. Študuje sa využitie suchozemských slimákov na produkciu bielkovín potrebných pre ľudí.
Na plnohodnotný výskum však nie je dostatok financií - to si vyžaduje niekoľko desiatok miliónov dolárov. Každý chápe, že je potrebné pokračovať v práci na vytváraní uzavretých systémov podpory života, pretože bez nich nemôže byť reč o serióznom prieskume vesmíru, ale všetko závisí od financií. BIOS-3 je prázdny. Napriek tomu, že ide o najúspešnejší experimentálny systém, v uzavretom biologickom cykle plne uspokojuje ľudské potreby vody, vzduchu a rastlinnej potravy. Dalo by sa už použiť, aj keď zatiaľ nie na Marse alebo iných planétach, ale na Zemi. S jeho pomocou je skutočne možné stokrát znížiť škody na životnom prostredí, ktoré sú nevyhnutne spôsobené ľuďmi, pretože BIOS-3 vám umožňuje spotrebovať minimum zdrojov a neprodukovať takmer žiadny odpad. Uzavreté domy by drasticky znížili zaťaženie životného prostredia a mohli by tiež poskytnúť ľuďom všetko, čo potrebujú tam, kde je ťažké alebo nákladné sa dostať napríklad do odľahlých arktických zón, púští alebo na vysočinu, pod vodu.
- Ďalšou možnosťou použitia „BIOSu“je vykonávať v ňom experimenty, ktoré zatiaľ nikto na svete nerobí. Všetci len hovoria o tom, čo sa stane, ak napríklad úroveň metánu v atmosfére dosiahne kritickú úroveň. Bude katastrofa alebo nie? A v Krasnojarsku o tom nemusia hovoriť, ale preveria, čo sa stane v dôsledku malého uzavretého ekosystému, hovorí Sergej Olenin. - A to je len jeden z možných experimentov, ktoré nemusia mať ani obrovský, ale kolosálny význam pre celé ľudstvo. Je možné študovať procesy obehu látok v biosfére Zeme, a nielen pomôcť ľuďom prežiť na iných planétach.
