Kako je nastala prva svjetska instalacija za autonomni opstanak u svemiru u Krasnojarsku
U filmu "Marsovac" junak je morao čekati sljedeću ekspediciju da stigne na Crvenu planetu s malim zalihama vode, hrane i zraka. Američka kinematografija pokušala je smisliti kako to učiniti, a sovjetski naučnici riješili su sličan problem čak i prije nego što je Andy Weyer napisao knjigu o preživljavanju na Marsu.
Prije pola stoljeća u Krasnojarskom institutu za fiziku SB RAS -a stvoren je uređaj koji bi pomogao astronautu da preživi na bilo kojoj planeti bez posebnih problema i vanjske pomoći. Revolucionarni BIOS-3 zatvoreni sistem napajanja, koji nema analoga u svijetu, gotovo je u potpunosti opskrbljivao ljude u njemu vodom, kisikom i hranom. Bilo je dovoljno da sa sobom ponesete vrlo malu zalihu, a zatim je sve proizveo i očistio sam sistem.
Ruska planeta je otkrila kako su sibirski naučnici uspjeli ostati ispred svog vremena i kolega.
Udahnite alge
- Prvi eksperimenti na stvaranju zatvorenih autonomnih sistema za održavanje života počeli su u Krasnojarsku krajem 1960 -ih, - rekao je vodeći istraživač, naučni sekretar Instituta za biofiziku Sibirskog ogranka Ruske akademije nauka, kandidat bioloških nauka Yegor Zadereev kaže dopisnik RP. - Naučnici su otkrili da je za dvoje ljudi potrebno godinu dana potrebno im je oko 300 kg kiseonika, 2,5 tone vode i 400 kg hrane. U isto vrijeme, u istom periodu, emitirat će 350 kg ugljičnog dioksida i tonu otpada, koji se mora reciklirati. Ostalo je smisliti kako im sve to omogućiti u okruženju izoliranom od vanjskog svijeta.
Stručnjaci su proveli eksperimente i potvrdili hipotezu da je razvojni potencijal živog organizma veći od ostvarivih mogućnosti. Kad je jednoćelijska alga Chlorella stavljena u idealne uvjete, počela je rasti mnogo brže i proizvoditi više kisika nego u svom prirodnom okruženju, a također i aktivnije reciklirala ugljični dioksid.
Alge u malom spremniku počele su biti dovoljne da osoba može normalno disati cijeli dan, stavljajući svoje lice u posebnu rupu koja ne propušta zrak izvana. Tako su 1964. godine stvorili sistem sa zatvorenim ciklusom reprodukcije kisika "BIOS-1", koji je pomogao osobi da diše u prostoru bez zraka, na primjer, u svemiru. Tada su naučnici uspjeli povećati vrijeme provedeno u zatvorenoj prostoriji sa 12 sati na 30 dana. Kasnije je i razmjena vode zatvorena, što je omogućilo izvođenje 45-dnevnog eksperimenta.
Međutim, alge su bile korisne samo kako bi osobi osigurale kisik i riješile se ugljičnog dioksida. Ako u ograničenom prostoru nema drugih biljaka, morat ćete jesti i alge. Možda postoji dovoljno hranjivih tvari za ljudsko tijelo, ali održavanje mentalnog zdravlja na takvoj prehrani bit će problematično.
Godine 1966. naučnici su pokrenuli eksperimente s povrćem i žitaricama i kao rezultat toga izgradili instalaciju BIOS-2. Pokazalo se da ako se za istu pšenicu stvore idealni uvjeti za rast - bez temperaturnih promjena, promjena vremena, korova, tada će roditi šest puta godišnje, i to nekoliko puta više nego u prirodnim uvjetima. Usput su istraživači ustanovili koliko pšenice mora biti posijano da bi se prehranila jedna osoba.
Bionauti u bunkeru
"Kada je osnivač ruske kosmonautike, Sergej Korolev, postao svjestan eksperimenata izvedenih na Institutu za fiziku SB RAN, zainteresovao se za njih i susreo se s osnivačem i direktorom Krasnojarskog instituta, akademikom Leonidom Kirenskim," nastavlja Jegor Zadereev. - Po ličnoj naredbi Koroleva, kome je za stanicu na Mjesecu bio potreban autonomni sistem za održavanje života, dodijeljena su sredstva za nastavak istraživanja. Omogućili su u rekordno kratkom roku, u samo sedam godina, stvaranje umjetnog ekosistema "BIOS-3".
Biofizičari iz Krasnojarska dobili su ogroman novac za ta vremena - 1 milion rubalja. Ovim sredstvima su do 1972. izgradili poseban bunker izoliran od vanjskog svijeta sa zidovima od nehrđajućeg čelika, čija je ukupna zapremina bila 315 kubnih metara. m, a površina je 14x9x2, 5 m.
Bunker je dizajniran za smještaj tri osobe i bio je podijeljen na četiri dijela. Jedna je sadržavala dnevne kabine sa krevetima, kuhinju-trpezariju, kupatilo i radni prostor-radionicu-laboratoriju sa opremom za preradu useva, korišćenjem nejestive biomase, kao i sistemima za prečišćavanje vode i vazduha. Ostala tri dijela bila su za biljke. U skučenom prostoru i pod umjetnim osvjetljenjem rasle su alge, kao i uzgoj sorti soje, zelene salate, krastavaca, rotkvica, mrkve, repe, kopra, kupusa, krumpira i luka. Regenerirali su vodu i kisik, a također su „bionautima“dali sve hranjive tvari, vitamine i mikroelemente potrebne za njihovo postojanje. Patuljasta pšenica sa vrlo kratkom stabljikom, koju je posebno uzgojio Krasnojarski uzgajivač Henrikh Lisovsky, također je tu rasla: nejestivi dio klasa bio je minimalne veličine i bilo je malo otpada. Dala je rod od 200-300 centara po hektaru. Srednjoazijska biljka chufa ljudima je davala biljno ulje.
Kako bi ljudi unutar "BIOS -a" mogli komunicirati s vanjskim svijetom, zatvoreni bunker je opremljen televizorom i telefonom. Instaliran je sistem za hlađenje i napajanje.
- Početkom 1970 -ih, tri volontera među zaposlenima prvi put su živjela u bunkeru šest mjeseci - 180 dana, od 24. decembra 1972. do 22. juna 1973. - kaže Jegor Zadereev. “Sav kisik koji su udahnuli potječe iz biljaka koje su uzgajali. Takođe su obrađivali ugljen -dioksid. U početku je raspoloživa zaliha vode obrađivana i pročišćavana za upotrebu više puta.
Sljedeća sesija komunikacije s testerima u instalaciji BIOS-3 je u toku. Tester V. V. Terskikh (u prozoru), fotografija 1973. Fotografija: photo.kirensky.ru
Učesnici eksperimenta jeli su povrće koje su sami uzgajali, sakupljali i mljeli pšenicu i pekli hljeb od nje. Tako su dnevno dobijali 300 grama kruha i 400 grama povrća. Životinjski proteinski "bionauti" osiguravali su zalihe konzervirane hrane i liofiliziranog mesa. Stalna medicinska zapažanja pokazala su da takva prehrana, kao ni prerađena i pročišćena voda i zrak, nisu negativno utjecali na zdravlje dobrovoljaca.
Eksperiment je trajao samo šest mjeseci. Postalo je jasno da nema smisla nastaviti s tim: zatvoreni sistem za održavanje života kreiran u BIOS -u radi besprijekorno. Umjetno kreiran transporter za proizvodnju vode, kisika i hrane ne uspijeva. Naravno, pod uvjetom da velika količina električne energije dolazi izvana, ali ovaj problem u svemiru ili na bilo kojoj planeti lako se rješava uz pomoć nuklearne elektrane ili solarnih panela.
Godinu dana iza zapečaćenih vrata
Na stanici "BIOS-3", koja simulira vanzemaljsko naselje, dogodilo se 10 eksperimenata o autonomnom preživljavanju. U njima je učestvovala posada od jedne do tri osobe. Inženjer Nikolai Bugreev živio je u BIOS -3 duže od ostalih "bionauta" - ukupno 13 mjeseci.
Godine 1968. razvoj Krasnojarska na XIX kongresu Međunarodne astronautičke federacije smatran je jednim od mogućih prototipova biološkog sistema za osiguravanje života ljudi u novoj fazi istraživanja svemira - tokom dugih ekspedicija. Ovo je postalo svjetsko priznanje postignuća sibirskih biofizičara.
Naučnici su morali riješiti još jedan fundamentalni problem - kako ljudima u ograničenom prostoru omogućiti ne samo biljnu hranu, već i proteinsku hranu. Jedan od tvoraca BIOS -3, akademik Iosif Gitelzon, iznio je u to vrijeme revolucionarnu ideju - za to koristiti genetski modificirane biljke koje bi proizvodile željene životinjske bjelančevine. Ostali su neriješeni i problemi prirodnog iskorištavanja biljne biomase i povratka soli izlučene iz ljudskog tijela na unutarsistemsku razmjenu mase.
Naučnici su odlučili ponoviti uspješan eksperiment na Zemlji u svemiru. Institut u Krasnojarsku počeo je pripremati prve kontejnere za uzgoj biljaka u nultoj gravitaciji, no tada je izbila perestrojka. Zbog potpunog nedostatka sredstava, jedinstveno istraživanje koje u to vrijeme nije imalo analoge u svijetu moralo je biti obustavljeno, a BIOS-3 uništen.
S lijeva na desno-učesnici šestomjesečnog eksperimenta u BIOS-3: M. P. Shilenko, V. V. Terskikh, N. I. Petrov, slika 1973. Fotografija: photo.kirensky.ru
Pustinjska arka
Samo 15 godina kasnije, 1985., u Sjedinjenim Državama je pokušano provesti sličan eksperiment.
Novcem multimilionera Ed Bassa, u Arizoni je izgrađena ogromna baza "Biosphere-2" od hermetički zatvorenih kupola na površini od 12 hiljada kvadratnih metara. m. Na ovom ogromnom teritoriju naučnici su reproducirali kopnene krajolike - pustinju, tropske šume, savane, čak i mali ocean s koraljnim grebenom, posadili biljke i unijeli stotine životinjskih vrsta. Pretpostavljalo se da će sve ovo samo od sebe rasti i umnožavati se i pružiti volonterima eksperimenta sve potrebno za život.
"Međutim, vrlo brzo je postalo jasno da postoji kritičan nedostatak kisika, morali smo otvoriti prozore kako bi zrak mogao ući izvana", kaže dopisni član Ruske akademije nauka, doktor bioloških nauka Sergej Olenin. - Tada su biljke počele boljeti i umirati, neke vrste životinja su izumrle. Uzgojen je nevjerojatan broj žohara i mrava. Nije bilo dovoljno hrane, morala se donijeti izvana. Dvije godine kasnije, eksperiment je prekinut, iako su se kreatori "Biosfere-2" nadali da bi umjetni ekosistem mogao postojati u autonomnom režimu najmanje 100 godina.
Nakon neuspjelog prvog pokušaja, američki istraživači izvršili su promjene u umjetnom svijetu koji su stvorili i pokrenuli drugi eksperiment 2007. Međutim, prekinuta je iz drugog razloga: jedan od članova novog tima volontera napao je druge tokom svađe. Nakon toga, investitor je izgubio interes za projekt, pa sada ovu "Noinu arku" usred pustinje posjećuju samo turisti.
- Prošle godine u Kini je izveden još jedan eksperiment autonomnog preživljavanja. Nazvan je "Lunarna palata -1", - nastavlja Sergej Olenin. - Naučnici, koji su u potpunosti ponovili Krasnojarska istraživanja, uspjeli su polaznicima osigurati svu potrebnu hranu za 75% zbog činjenice da su potrebu za proteinima zadovoljili crvi koje su uzgojili. Tako su uspjeli živjeti offline tri mjeseca.
Svet za eksperimentisanje
Sada je Evropska svemirska agencija počela pokazivati interes za istraživanja u Krasnojarsku. Novcem dobivenim u obliku grantova, u Institutu za biofiziku SB RAN -a izvode se mali eksperimenti, kupuje se savremena oprema za bunker, izgrađen krajem 1960 -ih. Za uzgoj biljaka stvoren je umjetni supstrat nalik tlu. U tijeku su pokusi fizičko -kemijske tehnologije razgradnje organskih tvari na mineralne tvari, koje se mogu vratiti u promet u obliku soli za rast biljaka. Proučava se upotreba kopnenih puževa za proizvodnju proteina potrebnih ljudima.
Međutim, nema dovoljno sredstava za cjelovita istraživanja - za to je potrebno nekoliko desetina miliona dolara. Svi razumiju da je potrebno nastaviti s radom na stvaranju zatvorenih sustava za održavanje života, jer bez njih ne može biti govora o ozbiljnom istraživanju svemira, ali sve ovisi o financijama. BIOS-3 je prazan. Iako je ovo najuspješniji eksperimentalni sustav, on u potpunosti zadovoljava ljudske potrebe za vodom, zrakom i biljnom hranom kroz zatvoreni biološki ciklus. Mogao se već koristiti, iako još ne na Marsu ili drugim planetama, već na Zemlji. Doista, uz njegovu pomoć moguće je stotinama puta smanjiti štetu po okoliš, koju neizbježno uzrokuju ljudi, budući da vam BIOS-3 omogućuje da trošite minimalno resursa i gotovo ne stvarate otpad. Kuće zatvorene petlje drastično bi smanjile opterećenje okoliša, a također bi mogle ljudima pružiti sve što im je potrebno tamo gdje je teško ili skupo doći, na primjer, u udaljenim arktičkim zonama, pustinjama ili u visoravnima, pod vodom.
- Druga mogućnost korištenja "BIOS -a" je provođenje eksperimenata u njemu, koje još nitko u svijetu ne provodi. Svi samo govore o tome šta će se dogoditi ako, na primjer, nivo metana u atmosferi dosegne kritični nivo. Hoće li doći do katastrofe ili neće? U Krasnojarsku možda neće govoriti o tome, ali provjeravaju što će se dogoditi kao rezultat u malom zatvorenom ekosistemu, kaže Sergej Olenin. - A ovo je samo jedan od mogućih eksperimenata, koji možda čak nema ni ogroman, ali kolosalni značaj za cijelo čovječanstvo. Moguće je proučavati procese cirkulacije tvari u biosferi Zemlje, a ne samo pomoći ljudima da prežive na drugim planetima.
