Kuidas loodi Krasnojarskis maailma esimene installatsioon autonoomseks ellujäämiseks kosmoses
Filmis "Marslane" pidi kangelane ootama järgmist ekspeditsiooni, et jõuda Punasele planeedile väikese vee, toidu ja õhuga. Ameerika kino püüdis välja mõelda, kuidas seda teha, ja Nõukogude teadlased lahendasid sarnase probleemi juba enne seda, kui Andy Weyer kirjutas raamatu Marsil ellujäämisest.
Pool sajandit tagasi loodi SB RASi Krasnojarski füüsikainstituudis seade, mis aitaks astronaudil ilma eriprobleemideta ja kõrvalise abita ellu jääda igal planeedil. Revolutsiooniline BIOS-3 suletud ahelaga toitesüsteem, millel pole maailmas analooge, varustas peaaegu täielikult selle sees olevaid inimesi vee, hapniku ja toiduga. Piisas, kui võtta kaasa väga väike varu ja seejärel tootis ja puhastas kõik süsteem ise.
Russian Planet sai teada, kuidas Siberi teadlased suutsid oma ajast ja kolleegidest ette jääda.
Hingake vetikatega
- Esimesed eksperimendid suletud autonoomsete elutoetussüsteemide loomiseks algasid Krasnojarskis 1960ndate lõpus, - juhtivteadur, Venemaa Teaduste Akadeemia Siberi filiaali biofüüsika instituudi teadussekretär, bioloogiateaduste kandidaat Jegor Zaderejev räägib RP korrespondent. - Teadlased on leidnud, et selleks, et kaks inimest saaks aastas elada, vajavad nad umbes 300 kg hapnikku, 2,5 tonni vett ja 400 kg toitu. Samal ajal eraldavad nad sama aja jooksul 350 kg süsinikdioksiidi ja tonni jäätmeid, mis tuleb ringlusse võtta. Jäi välja mõelda, kuidas neile seda kõike välismaailmast eraldatud keskkonnas pakkuda.
Eksperdid viisid läbi katseid ja kinnitasid hüpoteesi, et elusorganismi arengupotentsiaal on suurem kui realiseeritavad võimalused. Kui üherakulised vetikad Chlorella paigutati ideaalsetesse tingimustesse, hakkas see palju kiiremini kasvama ja tootma rohkem hapnikku kui looduslikus keskkonnas ning samuti aktiivsemalt taaskasutama süsinikdioksiidi.
Vetikatest väikeses paagis hakkas piisama, et inimene saaks terve päeva normaalselt hingata, asetades oma näo spetsiaalsesse auku, mis ei lase väljastpoolt õhku. Nii lõid nad 1964. aastal hapniku taastootmise suletud tsükliga süsteemi "BIOS-1", mis aitas inimesel näiteks õhuruumis õhku hingata. Siis suutsid teadlased pikendada suletud ruumis veedetud aega 12 tunnilt 30 päevani. Hiljem suleti ka veevahetus, mis võimaldas läbi viia 45-päevase katse.
Vetikad olid aga kasulikud ainult selleks, et varustada inimest hapnikuga ja vabaneda süsinikdioksiidist. Kui suletud ruumis pole muid taimi, peate sööma ka vetikaid. Inimorganismile võib toitaineid olla piisavalt, kuid vaimse tervise säilitamine sellisel dieedil on problemaatiline.
1966. aastal alustasid teadlased katsetusi köögiviljade ja teraviljadega ning ehitasid selle tulemusena üles BIOS-2 installi. Selgus, et kui samale nisule luuakse ideaalsed kasvutingimused - ilma temperatuurimuutusteta, ilma muutusteta, umbrohuta, siis annab see saaki kuus korda ja mitu korda rohkem kui looduslikes tingimustes. Teel tegid teadlased kindlaks, kui palju nisu tuleb ühe inimese toitmiseks külvata.
Bionautid punkris
"Kui Vene kosmonautika rajaja Sergei Korolev sai teada SB RASi füüsikainstituudis tehtud katsetest, hakkas ta nende vastu huvi tundma ja kohtus Krasnojarski instituudi asutaja ja direktori akadeemiku Leonid Kirenskyga," jätkab Jegor Zaderejev. - Korolevi isiklikul korraldusel, kes vajas Kuu jaama autonoomset elutoetussüsteemi, eraldati raha teadusuuringute jätkamiseks. Need võimaldasid rekordiliselt lühikese ajaga, vaid seitsme aastaga, luua kunstliku ökosüsteemi "BIOS-3".
Krasnojarski biofüüsikud said nende aegade eest tohutu raha - 1 miljon rubla. Nende vahenditega ehitasid nad 1972. aastaks välismaailmast isoleeritud spetsiaalse roostevabast terasest seintega punkri, mille kogumaht oli 315 kuupmeetrit. m ja pindala on 14x9x2, 5 m.
Punker oli mõeldud kolme inimese majutamiseks ja oli jagatud neljaks osaks. Ühes olid vooditega elutoad, köök-söögituba, vannituba ja tööala-töökoda-labor, kus olid seadmed põllukultuuride töötlemiseks, mittesöödava biomassi kasutamiseks, samuti vee- ja õhupuhastussüsteemid. Ülejäänud kolm osa olid taimede jaoks. Suletud ruumis ja kunstliku valgustuse all kasvasid vetikad, samuti aretati sojaoad, salat, kurk, redis, porgand, peet, till, kapsas, kartul ja sibul. Nad regenereerisid vett ja hapnikku ning varustasid "bionautisid" ka kõigi nende olemasoluks vajalike toitainete, vitamiinide ja mikroelementidega. Seal kasvas ka spetsiaalselt Krasnojarski aretaja Henrikh Lisovski aretatud väga lühikese varrega kääbusnisu: kõrva mittesöödav osa oli minimaalse suurusega ja jäätmeid oli vähe. Ta andis saagi 200–300 senti hektari kohta. Ja Kesk -Aasia ürt chufa varustas inimesi taimeõliga.
Et "BIOS -is" olevad inimesed saaksid välismaailmaga suhelda, varustati suletud punker televiisori ja telefoniga. Paigaldati jahutus- ja toitesüsteem.
- 1970. aastate alguses elas kolm vabatahtlikku töötajate hulgast esimest korda punkris kuus kuud - 180 päeva, 24. detsembrist 1972 kuni 22. juunini 1973, - ütleb Jegor Zadereev. Kogu hapnik, mida nad sisse hingavad, pärines taimedest, mida nad kasvatasid. Samuti töödeldi süsinikdioksiidi. Esialgu töödeldi ja puhastati olemasolevat veevarustust, et seda mitu korda kasutada.
Järgmine suhtlusseanss BIOS-3 installi testijatega on pooleli. Testija V. V. Terskikh (aknas), foto 1973. Foto: photo.kirensky.ru
Katses osalejad sõid ise kasvatatud köögivilju, kogusid ja jahvatasid nisu ning küpsetasid sellest leiba. Nii said nad päevas 300 grammi leiba ja 400 grammi köögivilju. Loomse valgu "bionautid" pakkusid konserve ja külmkuivatatud liha. Pidevad meditsiinilised tähelepanekud näitasid, et selline toitumine, samuti töödeldud ja puhastatud vesi ja õhk ei mõjutanud vabatahtlike tervist negatiivselt.
Katse kestis vaid kuus kuud. Selgus, et seda pole mõtet jätkata: BIOS -is loodud suletud elutoetussüsteem töötab laitmatult. Kunstlikult loodud konveier vee, hapniku ja toidu tootmiseks ei riku. Muidugi eeldusel, et suur hulk elektrit tuleb väljastpoolt, kuid see probleem kosmoses või mõnel planeedil on tuumaelektrijaama või päikesepaneelide abil hõlpsasti lahendatav.
Aasta suletud ukse taga
Jaamas "BIOS-3", mis simuleerib maavälist asulat, toimus 10 autonoomse ellujäämise katset. Neist võtsid osa ühe kuni kolme inimese meeskonnad. Insener Nikolai Bugreev elas BIOS -3 -s kauem kui ülejäänud "bionautid" - kokku 13 kuud.
1968. aastal peeti Krasnojarski arengut Rahvusvahelise Astronautikaföderatsiooni XIX kongressil üheks võimalikuks prototüübiks bioloogilisest süsteemist, mis tagab inimeste elu uues kosmoseuuringute etapis - pikkade ekspeditsioonide ajal. Sellest on saanud Siberi biofüüsikute saavutuste ülemaailmne tunnustus.
Teadlased pidid lahendama veel ühe põhiprobleemi - kuidas varustada inimesi kinnises ruumis mitte ainult taimse, vaid ka valgutoiduga. Üks BIOS -3 loojatest, akadeemik Iosif Gitelzon, esitas toona revolutsioonilise idee - kasutada selleks geneetiliselt muundatud taimi, mis tooksid soovitud loomset valku. Lahendamata jäid ka taimede biomassi loodusliku ärakasutamise ja inimkehast erituva soola naasmise süsteemisisesesse massivahetusse probleemid.
Teadlased otsustasid Maa peal kosmoses edukat katset korrata. Krasnojarski instituut hakkas valmistama esimesi konteinereid taimede kasvatamiseks nullgravitatsioonis, kuid siis puhkes perestroika. Rahastamise täieliku puudumise tõttu tuli katkestada ainulaadsed uuringud, millel polnud sel ajal maailmas analooge, ja BIOS-3 võeti kasutusele.
Vasakult paremale-BIOS-3 6-kuulise katse osalejad: M. P. Šilenko, V. V. Terskikh, N. I. Petrov, foto 1973. Foto: photo.kirensky.ru
Kõrbelaegas
Vaid 15 aastat hiljem, 1985. aastal, üritati USA -s sarnast katset läbi viia.
Multimiljonäri Ed Bassi rahaga ehitati Arizonasse 12 tuhande ruutmeetri suuruse õhukindlatest kuplitest hiiglaslik baas "Biosphere-2". m. Sellel suurel territooriumil on teadlased reprodutseerinud maismaastikke - kõrbe, troopilist metsa, savanni, isegi väikest ookeani koos korallriffiga, istutanud taimi ja toonud sisse sadu loomaliike. Eeldati, et see kõik kasvab ja paljuneb iseenesest ning annab katse vabatahtlikele kõik eluks vajaliku.
"Kuid üsna pea selgus, et hapnikupuudus on kriitiline, pidime avama aknad, et õhk saaks väljastpoolt siseneda," ütleb Venemaa Teaduste Akadeemia korrespondentliige, bioloogiateaduste doktor Sergei Olenin. - Siis hakkasid taimed valutama ja surema, mõned loomaliigid surid välja. Kasvatatud uskumatult palju prussakaid ja sipelgaid. Toitu ei jätkunud, see tuli väljast sisse tuua. Kaks aastat hiljem katse lõpetati, ehkki "Biosfääri-2" loojad lootsid, et tehisökosüsteem võiks eksisteerida autonoomses režiimis vähemalt 100 aastat.
Pärast ebaõnnestunud esimest katset tegid Ameerika teadlased enda loodud tehismaailma muudatusi ja käivitasid 2007. aastal teise katse. See lõpetati aga teisel põhjusel: üks uue vabatahtlike meeskonna liikmetest ründas vaidluse ajal teisi. Pärast seda kaotas investor huvi projekti vastu ja nüüd külastavad seda "Noa laeva" keset kõrbe vaid turistid.
- Eelmisel aastal viidi Hiinas läbi teine autonoomse ellujäämise katse. Selle nimi oli "Kuupalee -1", - jätkab Sergei Olenin. - Teadlased, kes Krasnojarski uuringuid tegelikult täielikult kordasid, suutsid osalejatele kogu vajaliku toidu 75% ulatuses varustada, kuna nende kasvatatud ussid rahuldasid proteiinivajaduse. Nii õnnestus neil kolm kuud võrguühenduseta elada.
Maailm, kus katsetada
Nüüd on Euroopa Kosmoseagentuur hakanud Krasnojarski uuringute vastu huvi üles näitama. Toetuste vormis saadud raha eest tehakse SB RASi biofüüsika instituudis väikseid katseid, soetatakse 1960. aastate lõpus ehitatud punkrile kaasaegne varustus. Taimede kasvatamiseks luuakse kunstlik mullalaadne substraat. Käimas on katsed orgaaniliste ainete lagundamiseks mineraalaineteks füüsikalis -keemilise tehnoloogiaga, mida saab taimede kasvuks mõeldud soolade kujul ringlusse tagasi saata. Uuritakse maismaatigude kasutamist inimestele vajaliku valgu tootmiseks.
Täismahus uuringuteks ei jätku aga raha - selleks on vaja mitukümmend miljonit dollarit. Kõik mõistavad, et on vaja jätkata tööd suletud elutoetussüsteemide loomisega, sest ilma nendeta ei saa kõne alla tulla tõsist kosmoseuuringut, vaid kõik sõltub rahandusest. BIOS-3 on tühi. Kuigi see on kõige edukam katsesüsteem, rahuldab see täielikult inimese vee-, õhu- ja taimse toidu vajadusi suletud bioloogilise tsükli kaudu. Seda võiks juba kasutada, kuigi mitte veel Marsil või teistel planeetidel, vaid Maal. Tõepoolest, selle abiga on võimalik sadu kordi vähendada keskkonnakahju, mida inimesed paratamatult põhjustavad, kuna BIOS-3 võimaldab teil tarbida minimaalselt ressursse ja peaaegu üldse jäätmeid tekitada. Suletud ahelaga majad vähendaksid märkimisväärselt keskkonnakoormust ning võiksid pakkuda inimestele ka kõike vajalikku sinna, kuhu on raske või kallis jõuda, näiteks kaugetesse arktilistesse piirkondadesse, kõrbesse või mägismaale, vee alla.
- Teine võimalus BIOS -i kasutamiseks on selles teha katseid, mida keegi maailmas veel ei tee. Kõik räägivad vaid sellest, mis juhtub, kui näiteks metaani tase atmosfääris jõuab kriitilisele tasemele. Kas tuleb katastroof või mitte? Ja Krasnojarskis ei pruugi nad sellest rääkida, vaid kontrollivad, mis juhtub väikese suletud ökosüsteemi tagajärjel, ütleb Sergei Olenin. - Ja see on vaid üks võimalikest katsetest, millel ei pruugi olla isegi tohutut, kuid kolossaalset tähendust kogu inimkonna jaoks. Maa biosfääris on võimalik uurida ainete ringluse protsesse ja mitte ainult aidata inimestel ellu jääda teistel planeetidel.
