Kako je u Krasnojarsku nastala prva svjetska instalacija za autonomni opstanak u svemiru
U filmu "Marsovac" junak je morao čekati sljedeću ekspediciju da stigne na Crveni planet s malom zalihom vode, hrane i zraka. Američka kinematografija pokušala je smisliti kako to učiniti, a sovjetski znanstvenici riješili su sličan problem 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 astronautu pomogao da preživi na bilo kojem planetu bez posebnih problema i vanjske pomoći. Revolucionarni sustav opskrbe zatvorenom petljom BIOS-3, koji nema analoga u svijetu, gotovo je u potpunosti opskrbio ljude u njemu vodom, kisikom i hranom. Bilo je dovoljno uzeti sa sobom vrlo malu zalihu, a zatim je sve proizveo i očistio sam sustav.
Ruska planeta otkrila je kako su sibirski znanstvenici uspjeli ostati ispred svog vremena i kolega.
Udahnite alge
- Prvi pokusi stvaranja zatvorenih autonomnih sustava za održavanje života započeli su u Krasnojarsku krajem 1960 -ih, - rekao je vodeći istraživač, znanstveni tajnik Instituta za biofiziku Sibirskog ogranka Ruske akademije znanosti, kandidat bioloških znanosti Yegor Zadereev kaže dopisnik RP -a. - Znanstvenici su otkrili da je za dvije osobe da žive godinu dana potrebno oko 300 kg kisika, 2,5 tone vode i 400 kg hrane. Istodobno će u istom razdoblju ispuštati 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 pokuse i potvrdili hipotezu da je razvojni potencijal živog organizma veći od ostvarivih mogućnosti. Kad je jednostanična 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 kako bi osoba mogla normalno disati cijeli dan, stavljajući svoje lice u posebnu rupu koja ne propušta zrak izvana. Tako su 1964. stvorili sustav sa zatvorenim ciklusom reprodukcije kisika "BIOS-1", koji je pomogao osobi da diše u prostoru bez zraka, na primjer, u svemiru. Tada su znanstvenici uspjeli povećati vrijeme provedeno u zatvorenoj prostoriji sa 12 sati na 30 dana. Kasnije je i razmjena vode zatvorena, što je omogućilo izvođenje pokusa od 45 dana.
Međutim, alge su bile korisne samo kako bi osobi dale 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. znanstvenici su pokrenuli pokuse s povrćem i žitaricama te su 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 ona uroditi 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 utemeljitelj ruske kozmonautike Sergej Korolev postao svjestan eksperimenata provedenih na Institutu za fiziku SB RAN, zainteresirao se za njih i susreo se s osnivačem i direktorom Krasnojarskog instituta, akademikom Leonidom Kirenskim", nastavlja Jegor Zadereev. - Po osobnom nalogu Koroleva, kojem je za stanicu na Mjesecu bio potreban autonomni sustav za održavanje života, dodijeljena su sredstva za nastavak istraživanja. Omogućili su u rekordno kratkom vremenu, u samo sedam godina, stvaranje umjetnog ekosustava "BIOS-3".
Biofizičari iz Krasnojarska dobili su ogroman novac za ta vremena - 1 milijun rubalja. Tim su sredstvima do 1972. izgradili poseban bunker izoliran od vanjskog svijeta sa zidovima od nehrđajućeg čelika, čiji je ukupni volumen bio 315 kubičnih metara. m, a površina je 14x9x2, 5 m.
Bunker je dizajniran za smještaj tri osobe i bio je podijeljen u četiri dijela. Jedna je sadržavala dnevne kabine s krevetima, kuhinju-blagovaonicu, kupaonicu i radni prostor-radionicu-laboratorij s opremom za preradu usjeva, korištenjem nejestive biomase, kao i sustavima za pročišćavanje vode i zraka. Ostala tri dijela bila su za biljke. U skučenom prostoru i pod umjetnom rasvjetom rasle su alge, kao i uzgoj sorti soje, salate, krastavaca, rotkvica, mrkve, repe, kopra, kupusa, krumpira i luka. Oni su regenerirali vodu i kisik, a također su „bionautima“dali sve hranjive tvari, vitamine i mikroelemente potrebne za njihovo postojanje. Patuljasta pšenica s vrlo kratkom stabljikom, koju je posebno uzgojio krasnojarski uzgajivač Henrikh Lisovsky, također je tu rasla: nejestivi dio klasja bio je minimalne veličine i bilo je malo otpada. Dala je urod 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 dobio je televizor i telefon. Instaliran je sustav hlađenja i napajanja.
- Početkom 1970 -ih trojica volontera iz reda zaposlenika prvi su put živjeli u bunkeru šest mjeseci - 180 dana, od 24. prosinca 1972. do 22. lipnja 1973., - kaže Yegor Zadereev. “Sav kisik koji su udahnuli potječe iz biljaka koje su uzgajali. Prerađivali su i ugljični dioksid. U početku je raspoloživa opskrba vodom obrađivana i pročišćavana za upotrebu više puta.
Sljedeća sesija komunikacije s testerima u instalaciji BIOS-3 je u tijeku. Tester V. V. Terskih (u prozoru), fotografija 1973. Fotografija: photo.kirensky.ru
Sudionici eksperimenta jeli su povrće koje su sami uzgajali, sakupljali i mljeli pšenicu te od nje pekli kruh. Tako su dnevno dobivali 300 grama kruha i 400 grama povrća. "Bionauti" životinjskih bjelančevina osiguravali su zalihe konzervirane hrane i smrznuto sušenog mesa. Stalna medicinska opažanja pokazala su da takva prehrana, kao i obrađena 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 sustav za održavanje života stvoren u BIOS -u radi besprijekorno. Umjetno napravljen transporter za proizvodnju vode, kisika i hrane ne zakazuje. Naravno, pod uvjetom da velika količina električne energije dolazi izvana, ali ovaj problem u svemiru ili na bilo kojem od planeta lako se rješava uz pomoć nuklearne elektrane ili solarnih panela.
Godinu dana iza zapečaćenih vrata
Na postaji "BIOS-3", koja simulira izvanzemaljsko naselje, dogodilo se 10 pokusa o autonomnom preživljavanju. U njima su sudjelovale posade od jedne do tri osobe. Inženjer Nikolaj Bugreev živio je u BIOS -3 duže od ostalih "bionauta" - ukupno 13 mjeseci.
Godine 1968. razvoj Krasnojarska na XIX kongresu Međunarodne astronautičke federacije smatrao se jednim od mogućih prototipova biološkog sustava za osiguravanje života ljudi u novoj fazi istraživanja svemira - tijekom dugih ekspedicija. Ovo je postalo svjetsko priznanje postignuća sibirskih biofizičara.
Znanstvenici su morali riješiti još jedan temeljni problem - kako ljudima u ograničenom prostoru osigurati ne samo biljnu, već i proteinsku hranu. Jedan od tvoraca BIOS -3, akademik Iosif Gitelzon, u to je vrijeme iznio revolucionarnu ideju - koristiti za to 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 unutarsustavnu razmjenu mase.
Znanstvenici su odlučili ponoviti uspješan eksperiment na Zemlji u svemiru. Institut Krasnoyarsk počeo je pripremati prve spremnike za uzgoj biljaka u nultoj gravitaciji, no tada je izbila perestrojka. Zbog potpunog nedostatka financiranja, jedinstveno istraživanje koje u to vrijeme nije imalo analoge u svijetu moralo je biti prekinuto, a BIOS-3 uništen.
Slijeva na desno-sudionici šestomjesečnog eksperimenta u BIOS-3: M. P. Shilenko, V. V. Terskikh, N. I. Petrov, fotografija 1973. Fotografija: photo.kirensky.ru
Pustinjska arka
Samo 15 godina kasnije, 1985., u Sjedinjenim Državama je pokušano provesti sličan eksperiment.
Novcem multimilijunaša Eda Bassa u Arizoni je izgrađena divovska baza "Biosfera-2" od hermetički zatvorenih kupola na površini od 12 tisuća četvornih metara. m. Na ovom ogromnom teritoriju znanstvenici 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 to samo od sebe rasti i umnožavati se te 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 znanosti, doktor bioloških znanosti 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, moralo se donijeti izvana. Dvije godine kasnije eksperiment je prekinut, iako su se tvorci "Biosfere-2" nadali da bi umjetni ekosustav mogao postojati u autonomnom načinu rada najmanje 100 godina.
Nakon neuspjelog prvog pokušaja, američki su istraživači promijenili umjetni svijet koji su stvorili i pokrenuli drugi eksperiment 2007. godine. Međutim, prekinuta je iz drugog razloga: jedan od članova novog tima volontera napao je druge tijekom svađe. Nakon toga je investitor izgubio interes za projekt, pa sada ovu "Noinu arku" usred pustinje posjećuju samo turisti.
- Prošle je godine u Kini proveden još jedan eksperiment autonomnog preživljavanja. Dobila je naziv "Lunarna palača -1", - nastavlja Sergej Olenin. - Znanstvenici, koji su zapravo u potpunosti ponovili istraživanja iz Krasnojarska, uspjeli su sudionicima 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.
Svijet za eksperimentiranje
Sada je Europska svemirska agencija počela pokazivati interes za istraživanja u Krasnojarsku. Novcem dobivenim u obliku bespovratnih sredstava, u Institutu za biofiziku SB RAN -a provode se mali pokusi, kupuje se suvremena oprema za bunker, izgrađen krajem 1960 -ih. Za uzgoj biljaka stvoren je umjetni supstrat nalik tlu. U tijeku su pokusi na fizikalno -kemijskoj tehnologiji razgradnje organskih tvari na mineralne tvari, koje se mogu vratiti u promet u obliku soli za rast biljaka. Proučava se uporaba kopnenih puževa za proizvodnju proteina potrebnih ljudima.
Međutim, nema dovoljno sredstava za cjelovita istraživanja - za to je potrebno nekoliko desetaka milijuna 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. Već bi se mogao koristiti, iako još ne na Marsu ili drugim planetima, 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 gorju, pod vodom.
- Druga mogućnost korištenja "BIOS -a" je provođenje eksperimenata u njemu, koje još nitko u svijetu ne provodi. Svi samo govore o tome što će se dogoditi ako, primjerice, razina metana u atmosferi dosegne kritičnu razinu. Hoće li biti katastrofe ili neće? A u Krasnojarsku možda ne govore o tome, ali provjeravaju što će se dogoditi kao rezultat u malom zatvorenom ekosustavu, kaže Sergej Olenin. - A ovo je samo jedan od mogućih pokusa, koji možda i nema 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.
