Kuinka maailman ensimmäinen installaatio autonomisesta selviytymisestä avaruudessa luotiin Krasnojarskissa
Elokuvassa "Marsilainen" sankari joutui odottamaan seuraavan retkikunnan saapumista Punaiselle planeetalle pienen veden, ruoan ja ilman kanssa. Amerikkalainen elokuva yritti selvittää, miten tämä tehdään, ja Neuvostoliiton tutkijat ratkaisivat samanlaisen ongelman jo ennen kuin Andy Weyer kirjoitti kirjan selviytymisestä Marsilla.
Puoli vuosisataa sitten SB RAS: n Krasnojarskin fysiikan instituutissa luotiin laite, joka auttaisi astronauttia selviytymään millä tahansa planeetalla ilman erityisiä ongelmia ja ulkopuolista apua. Vallankumouksellinen suljetun silmukan BIOS-3-syöttöjärjestelmä, jolla ei ole analogia maailmassa, toimitti melkein kokonaan sen sisällä olevat ihmiset vedellä, hapella ja ruoalla. Se riitti ottamaan mukanasi hyvin pienen tarvikkeen, ja sitten järjestelmä tuotti ja puhdisti kaiken itse.
Russian Planet selvitti, kuinka Siperian tutkijat pystyivät pysymään aikaansa ja työtovereitaan edellä.
Hengitä levien kanssa
- Ensimmäiset kokeilut suljettujen autonomisten elämän tukijärjestelmien luomiseksi alkoivat Krasnojarskissa 1960 -luvun lopulla, - johtava tutkija, Venäjän tiedeakatemian Siperian sivuliikkeen biofysiikan instituutin tieteellinen sihteeri, biologisten tieteiden kandidaatti Jegor Zadereev kertoo RP: n kirjeenvaihtaja. - Tutkijat ovat havainneet, että kahden ihmisen elääkseen vuodessa he tarvitsevat noin 300 kg happea, 2,5 tonnia vettä ja 400 kg ruokaa. Samanaikaisesti niistä vapautuu samana aikana 350 kg hiilidioksidia ja tonni jätettä, jotka on kierrätettävä. Jäljellä oli selvittää, kuinka tarjota heille tämä kaikki ulkomaailmasta eristetyssä ympäristössä.
Asiantuntijat tekivät kokeita ja vahvistivat hypoteesin, jonka mukaan elävän organismin kehityspotentiaali on korkeampi kuin toteutettavat mahdollisuudet. Kun yksisoluinen levät Chlorella asetettiin ihanteellisiin olosuhteisiin, se alkoi kasvaa paljon nopeammin ja tuottaa enemmän happea kuin luonnollisessa ympäristössä ja myös kierrättää aktiivisemmin hiilidioksidia.
Levät pienessä säiliössä alkoivat riittää, jotta henkilö voisi hengittää normaalisti koko päivän, asettamalla kasvonsa erityiseen reikään, joka ei päästä ilmaa ulkopuolelta. Joten vuonna 1964 he loivat järjestelmän, jossa oli suljetun hapen lisääntymisjakson "BIOS-1", joka auttoi ihmistä hengittämään esimerkiksi ilmatonta tilaa. Sitten tutkijat pystyivät pidentämään suljetussa huoneessa vietettyä aikaa 12 tunnista 30 päivään. Myöhemmin myös vedenvaihto suljettiin, mikä mahdollisti 45 päivän kokeen suorittamisen.
Levät olivat kuitenkin hyödyllisiä vain, jotta henkilö saisi happea ja pääsisi eroon hiilidioksidista. Jos suljetussa tilassa ei ole muita kasveja, joudut myös syömään leviä. Ihmiskeholle voi olla riittävästi ravintoaineita, mutta mielenterveyden ylläpitäminen tällaisella ruokavaliolla on ongelmallista.
Vuonna 1966 tutkijat aloittivat kokeita vihannesten ja viljojen kanssa ja rakensivat BIOS-2-asennuksen. Kävi ilmi, että jos samalle vehnälle luodaan ihanteelliset kasvuolosuhteet - ilman lämpötilan muutoksia, säämuutoksia, rikkakasveja, se tuottaa kuusi kertaa vuodessa ja useita kertoja enemmän kuin luonnollisissa olosuhteissa. Matkan varrella tutkijat selvittivät, kuinka paljon vehnää on kylvettävä yhden ihmisen ruokkimiseksi.
Bionautit bunkkerissa
"Kun venäläisen kosmonautian perustaja Sergei Korolev sai tietää SB RAS: n fysiikan instituutissa tehdyistä kokeista, hän kiinnostui niistä ja tapasi Krasnojarskin instituutin perustajan ja johtajan, akateemikko Leonid Kirenskyn," jatkaa Jegor Zadereev. - Korolevin henkilökohtaisesta määräyksestä, joka tarvitsi autonomisen elämän tukijärjestelmän Kuun asemalle, varoja jaettiin tutkimuksen jatkamiseen. He mahdollistivat ennätyksellisen lyhyessä ajassa, vain seitsemässä vuodessa, keinotekoisen ekosysteemin "BIOS-3" luomisen.
Krasnojarskin biofyysikot saivat noista ajoista valtavia rahaa - miljoona ruplaa. Näillä varoilla he rakensivat vuoteen 1972 mennessä erityisen ulkomaailmasta eristetyn bunkkerin, jonka seinät olivat ruostumatonta terästä ja joiden kokonaistilavuus oli 315 kuutiometriä. m, ja pinta -ala on 14x9x2, 5 m.
Bunkkeri on suunniteltu majoittamaan kolme ihmistä ja se oli jaettu neljään osaan. Yksi sisälsi olohuoneet, joissa oli sängyt, keittiö-ruokailutila, kylpyhuone ja työskentelyalue-työpaja-laboratorio, jossa oli laitteita viljelykasvien käsittelyyn, syötäväksi kelpaamattoman biomassan hyödyntämiseen, sekä veden ja ilmanpuhdistusjärjestelmät. Muut kolme osaa olivat kasveja varten. Suljetussa tilassa ja keinotekoisessa valaistuksessa levät kasvoivat samoin kuin soijapapujen, salaatin, kurkkujen, retiisien, porkkanoiden, punajuurten, tillin, kaalin, perunoiden ja sipulien lajikkeet. Ne regeneroivat vettä ja happea sekä toimittivat "bionautille" kaikki niiden olemassaololle tarvittavat ravintoaineet, vitamiinit ja mikroelementit. Siellä kasvoi myös Krasnojarskin kasvattajan Henrik Lisovskin erityisesti kasvattama kääpiövehnä, jolla oli hyvin lyhyt varsi: korvan syötäväksi kelpaamaton osa oli pienikokoinen ja jätettä oli vähän. Hän antoi sadon 200–300 senttiä hehtaarilta. Ja Keski -Aasian yrtti chufa tarjosi ihmisille kasviöljyä.
Jotta "BIOSin" sisällä olevat ihmiset voisivat kommunikoida ulkomaailman kanssa, sinetöity bunkkeri varustettiin televisiolla ja puhelimella. Jäähdytys- ja virransyöttöjärjestelmä asennettiin.
- 1970 -luvun alussa kolme vapaaehtoista työntekijöistä asui ensimmäistä kertaa bunkkerissa kuusi kuukautta - 180 päivää, 24. joulukuuta 1972 - 22. kesäkuuta 1973, - sanoo Jegor Zadereev.”Kaikki hengitetty happi tuli kasveista, joita ne kasvattivat. He myös jalostivat hiilidioksidia. Aluksi käytettävissä oleva vesijohto käsiteltiin ja puhdistettiin käytettäväksi useita kertoja.
Seuraava yhteydenpito BIOS-3-asennuksen testaajien kanssa on käynnissä. Testaaja V. V. Terskikh (ikkunassa), kuva 1973. Kuva: photo.kirensky.ru
Kokeeseen osallistujat söivät itse kasvatettuja vihanneksia, keräsivät ja jauhoivat vehnää ja leipoivat siitä leipää. Joten he saivat 300 grammaa leipää ja 400 grammaa vihanneksia päivässä. Eläinproteiinin "bionautit" toimittivat säilykkeitä ja kylmäkuivattua lihaa. Jatkuvat lääketieteelliset havainnot osoittivat, että tällainen ruokavalio sekä jalostettu ja puhdistettu vesi ja ilma eivät vaikuttaneet haitallisesti vapaaehtoisten terveyteen.
Kokeilu kesti vain kuusi kuukautta. Kävi selväksi, että sen jatkaminen on turhaa: BIOSissa luotu suljettu elämän tukijärjestelmä toimii moitteettomasti. Keinotekoisesti luotu kuljetin veden, hapen ja ruoan tuottamiseen ei epäonnistu. Tietenkin edellyttäen, että suuri määrä sähköä tulee ulkopuolelta, mutta tämä ongelma avaruudessa tai millä tahansa planeetalla on helppo ratkaista ydinvoimalaitoksen tai aurinkopaneelien avulla.
Vuosi suljetun oven takana
BIOS-3-asemalla, joka simuloi maan ulkopuolista asutusta, tehtiin 10 autonomisen selviytymisen kokeilua. Niihin osallistui yhden tai kolmen hengen miehistö. Insinööri Nikolai Bugreev asui BIOS -3: ssa pidempään kuin muut "bionautit" - yhteensä 13 kuukautta.
Vuonna 1968 Krasnojarskin kehitystä pidettiin Kansainvälisen astronautialiiton XIX -kongressissa yhtenä mahdollisista prototyypeistä biologisesta järjestelmästä ihmisten elämän turvaamiseksi uudessa avaruustutkimuksen vaiheessa - pitkillä tutkimusmatkoilla. Tästä on tullut maailmanlaajuinen tunnustus Siperian biofyysikoiden saavutuksista.
Tutkijoiden oli ratkaistava yksi perusongelma - kuinka tarjota ihmisille suljetussa tilassa paitsi kasvisruokaa myös proteiiniruokaa. Yksi BIOS -3: n luojaista, akateemikko Iosif Gitelzon, esitti tuolloin vallankumouksellisen ajatuksen - käyttää tähän geneettisesti muunnettuja kasveja, jotka tuottavat haluttua eläinproteiinia. Myös kasvien biomassan luonnollisen hyödyntämisen ongelmat ja ihmiskehosta erittyneen suolan palauttaminen järjestelmän sisäiseen massanvaihtoon jäivät ratkaisematta.
Tutkijat päättivät toistaa onnistuneen kokeen maan päällä avaruudessa. Krasnojarskin instituutti alkoi valmistaa ensimmäisiä astioita kasvien kasvattamiseen nollapainossa, mutta sitten puhkesi perestroika. Rahoituksen täydellisen puuttumisen vuoksi ainutlaatuinen tutkimus, jolla ei tuolloin ollut analogia maailmassa, jouduttiin lopettamaan ja BIOS-3 poistettiin.
Vasemmalta oikealle-osallistujat 6 kuukauden kokeeseen BIOS-3: ssa: M. P. Shilenko, V. V. Terskikh, N. I. Petrov, kuva 1973. Kuva: photo.kirensky.ru
Aavikon arkki
Vain 15 vuotta myöhemmin, vuonna 1985, Yhdysvalloissa yritettiin suorittaa vastaava kokeilu.
Multimiljonääri Ed Bassin rahoilla Arizonaan rakennettiin jättiläinen tukikohta "Biosphere-2" ilmatiiviistä kupolista, joiden pinta-ala oli 12 tuhatta neliömetriä. m. Tällä laajalla alueella tutkijat ovat toistaneet maanpäällisiä maisemia - autiomaa, trooppinen metsä, savanni, jopa pieni valtameri, jossa on koralliriutta, istuttaneet kasveja ja tuoneet satoja eläinlajeja. Oletettiin, että tämä kaikki kasvaa ja lisääntyy itsestään ja antaa kokeilun vapaaehtoisille kaiken elämälle tarvittavan.
"Hyvin pian kävi kuitenkin ilmi, että hapenpuute oli kriittinen, jouduimme avaamaan ikkunat, jotta ilma pääsee ulos ulkopuolelta", sanoo Venäjän tiedeakatemian kirjeenvaihtaja, biologian tohtori Sergei Olenin. - Sitten kasvit alkoivat satuttaa ja kuolla, jotkut eläinlajit kuolivat sukupuuttoon. Uskomattoman paljon torakoita ja muurahaisia kasvatettu. Ruokaa ei ollut tarpeeksi, se oli tuotava ulkopuolelta. Kaksi vuotta myöhemmin kokeilu lopetettiin, vaikka "Biosfääri-2": n luojat toivoivat, että keinotekoinen ekosysteemi voisi olla olemassa itsenäisessä tilassa vähintään 100 vuotta.
Epäonnistuneen ensimmäisen yrityksen jälkeen amerikkalaiset tutkijat tekivät muutoksia luomaansa keinotekoiseen maailmaan ja aloittivat toisen kokeen vuonna 2007. Se lopetettiin kuitenkin toisesta syystä: yksi uuden vapaaehtoisryhmän jäsenistä hyökkäsi muita vastaan riidan aikana. Sen jälkeen sijoittaja menetti kiinnostuksensa hanketta kohtaan, ja nyt tämä "Nooan arkki" keskellä autiomaata vierailee vain turisteissa.
- Viime vuonna Kiinassa tehtiin toinen autonomisen selviytymisen koe. Sen nimi oli "Lunar Palace -1", jatkaa Sergei Olenin. - Tiedemiehet, jotka itse asiassa toistivat täysin Krasnojarskin tutkimukset, onnistuivat tarjoamaan osallistujille kaiken tarvittavan ruoan 75%, koska heidän nostamansa matot tyydyttivät proteiinin tarpeen. Joten he onnistuivat elämään offline -tilassa kolme kuukautta.
Maailma kokeiltavaksi
Nyt Euroopan avaruusjärjestö on alkanut osoittaa kiinnostusta Krasnojarskin tutkimukseen. Apurahoina saaduilla rahoilla tehdään pieniä kokeita SB RAS: n biofysiikan instituutissa, hankitaan nykyaikaisia laitteita 1960 -luvun lopulla rakennettuun bunkkeriin. Kasvien kasvattamiseen luodaan keinotekoinen maaperän kaltainen substraatti. Kokeita on käynnissä fysikaalis -kemiallisesta tekniikasta, joka koskee orgaanisten aineiden hajoamista mineraaliaineiksi, jotka voidaan palauttaa kiertoon kasvien kasvua koskevien suolojen muodossa. Maan etanoiden käyttöä ihmisille tarvittavan proteiinin tuottamiseen tutkitaan.
Täyden mittakaavan tutkimukseen ei kuitenkaan ole tarpeeksi varoja - tämä vaatii useita kymmeniä miljoonia dollareita. Kaikki ymmärtävät, että on tarpeen jatkaa työtä suljettujen elämän tukijärjestelmien luomiseksi, koska ilman niitä ei voi olla kyse vakavasta avaruustutkimuksesta, mutta kaikki riippuu rahoituksesta. BIOS-3 on tyhjä. Vaikka tämä on menestynein kokeellinen järjestelmä, se täyttää täysin ihmisen veden, ilman ja kasvien ravinnon tarpeet suljetun biologisen kierron kautta. Sitä voitaisiin jo käyttää, tosin ei vielä Marsilla tai muilla planeetoilla, mutta Maalla. Itse asiassa sen avulla on mahdollista vähentää ympäristövahinkoja satoja kertoja, jotka ovat väistämättä ihmisten aiheuttamia, koska BIOS-3: n avulla voit kuluttaa mahdollisimman vähän resursseja ja tuottaa lähes mitään jätettä. Suljetun silmukan talot vähentäisivät merkittävästi ympäristön kuormitusta ja voisivat myös tarjota ihmisille kaiken tarvitsemansa siellä, missä niiden saavuttaminen on vaikeaa tai kallista, esimerkiksi syrjäisillä arktisilla alueilla, aavikoilla tai ylängöillä, veden alla.
- Toinen vaihtoehto BIOSin käyttämiseksi on tehdä siinä kokeita, joita kukaan muu maailmassa ei vielä tee. Kaikki puhuvat vain siitä, mitä tapahtuu, jos esimerkiksi ilmakehän metaanipitoisuus saavuttaa kriittisen tason. Tuleeko katastrofi vai ei? Ja Krasnojarskissa he eivät ehkä puhu siitä, mutta tarkista, mitä tapahtuu pienessä suljetussa ekosysteemissä, sanoo Sergei Olenin. - Ja tämä on vain yksi mahdollisista kokeista, joilla ei ehkä ole edes valtavaa, mutta valtavaa merkitystä koko ihmiskunnalle. On mahdollista tutkia aineiden kiertoprosesseja Maan biosfäärissä, eikä vain auttaa ihmisiä selviytymään muilla planeetoilla.
