Как е създадена първата в света инсталация за автономно оцеляване в космоса в Красноярск
Във филма "Марсианецът" героят трябваше да изчака следващата експедиция да пристигне на Червената планета с малко количество вода, храна и въздух. Американското кино се опита да разбере как да стане това, а съветските учени решиха подобен проблем още преди Анди Вайер да напише книга за оцеляването на Марс.
Преди половин век в Красноярския институт по физика на СБ РАН е създадено устройство, което би помогнало на астронавт да оцелее на всяка планета без особени проблеми и външна помощ. Революционната, без аналог в света затворена система за захранване „BIOS-3“почти напълно осигурява на хората в нея вода, кислород и храна. Достатъчно беше да вземете със себе си много малък запас и след това всичко беше произведено и почистено от самата система.
Руската планета разбра как сибирските учени успяха да изпреварят времето и колегите си.
Дишайте с водорасли
- Първите експерименти по създаването на затворени автономни системи за поддържане на живота започнаха в Красноярск в края на 60 -те години, - водещият изследовател, научен секретар на Института по биофизика на Сибирския клон на РАН, кандидат на биологичните науки Егор Задереев разказва кореспондентът на RP. - Учените са установили, че за да живеят двама души една година, са им необходими около 300 кг кислород, 2,5 тона вода и 400 кг храна. В същото време през същия период те ще отделят 350 кг въглероден диоксид и един тон отпадъци, които трябва да бъдат рециклирани. Оставаше да измислим как да им осигурим всичко това в среда, изолирана от външния свят.
Експерти проведоха експерименти и потвърдиха хипотезата, че потенциалът за развитие на живия организъм е по -висок от реализиращите се възможности. Когато едноклетъчните водорасли Chlorella бяха поставени в идеални условия, те започнаха да растат много по -бързо и да произвеждат повече кислород, отколкото в естествената си среда, а също и по -активно да рециклират въглеродния диоксид.
Водораслите в малък резервоар започнаха да са достатъчни, за да може човек да диша нормално през целия ден, поставяйки лицето си в специална дупка, която не пропуска въздух отвън. Така през 1964 г. те създават система със затворен цикъл на възпроизвеждане на кислород "BIOS-1", която помага на човек да диша в безвъздушно пространство, например в космоса. Тогава учените успяха да увеличат времето, прекарано в затворена стая от 12 часа на 30 дни. По-късно обменът на вода също беше затворен, което направи възможно провеждането на 45-дневен експеримент.
Водораслите обаче бяха полезни само за да осигурят на човек кислород и да се отърват от въглеродния диоксид. Ако в затвореното пространство няма други растения, тогава ще трябва да ядете и водорасли. Може да има достатъчно хранителни вещества за човешкото тяло, но поддържането на психичното здраве на такава диета ще бъде проблематично.
През 1966 г. учените започват експерименти със зеленчуци и зърнени храни и в резултат на това изграждат инсталацията BIOS-2. Оказа се, че ако на една и съща пшеница се създадат идеални условия за растеж - без температурни промени, метеорологични промени, плевели, тогава тя ще дава шест пъти годишно и няколко пъти повече, отколкото в естествени условия. По пътя изследователите установиха колко пшеница трябва да бъде засета, за да се нахрани един човек.
Бионаути в бункера
„Когато основателят на руската космонавтика Сергей Королев разбра за експериментите, проведени в Института по физика на СБ РАН, той се заинтересува от тях и се срещна с основателя и директор на Красноярския институт, академик Леонид Киренски, продължава Егор Задереев. - По лична заповед на Корольов, който се нуждаеше от автономна система за поддържане на живота на станцията на Луната, бяха отпуснати средства за продължаване на изследванията. Те направиха възможно за рекордно кратко време, само за седем години, създаването на изкуствена екосистема „BIOS-3“.
Красноярските биофизици са получили огромни пари за онези времена - 1 милион рубли. С тези средства до 1972 г. те изграждат специален бункер, изолиран от външния свят със стени от неръждаема стомана, общият обем на който е 315 кубически метра. m, а площта е 14x9x2, 5 m.
Бункерът е проектиран да побере трима души и е разделен на четири части. В едната имаше живи кабини с легла, кухня-трапезария, баня и работна зона-цех-лаборатория с оборудване за преработка на култури, използващи неядлива биомаса, както и системи за допълнително пречистване на водата и въздуха. Другите три части бяха за растения. В затворено пространство и при изкуствено осветление растат водорасли, както и отглеждат сортове соя, маруля, краставици, репички, моркови, цвекло, копър, зеле, картофи и лук. Те регенерираха вода и кислород, а също така снабдяваха „бионавтите“с всички хранителни вещества, витамини и микроелементи, необходими за тяхното съществуване. Джуджето с много къса дръжка, специално отгледано от красноярския селекционер Хенрих Лисовски, също расте там: негодната за консумация част на ухото е с минимален размер и има малко отпадъци. Тя даде реколта от 200-300 центнера на хектар. А централноазиатската билка чуфа снабдява хората с растително масло.
За да могат хората в „BIOS“да комуникират с външния свят, запечатан бункер беше снабден с телевизор и телефон. Монтирана е система за охлаждане и захранване.
„В началото на 70 -те години трима доброволци от служителите за първи път живееха в бункера за шест месеца - 180 дни, от 24 декември 1972 г. до 22 юни 1973 г.“, казва Егор Задереев. „Целият кислород, който дишаха, идваше от растенията, които отглеждаха. Те също така преработваха въглероден диоксид. Първоначално наличното водоснабдяване се обработва и пречиства, за да се използва многократно.
Има сесия на следващата комуникация с тестери в инсталацията на BIOS-3. Тестер В. В. Терски (в прозореца), снимка 1973 г. Снимка: photo.kirensky.ru
Участниците в експеримента яли зеленчуци, които сами отглеждали, събирали и смилали пшеница и пекли хляб от нея. Така те получавали 300 грама хляб и 400 грама зеленчуци на ден. „Бионаутите“от животински протеини осигуряват доставки на консерви и замразено месо. Постоянните медицински наблюдения показват, че такава диета, както и преработената и пречистена вода и въздух, не се отразяват неблагоприятно върху здравето на доброволците.
Експериментът продължи само шест месеца. Стана ясно, че няма смисъл да го продължавате: затворената система за поддържане на живота, създадена в BIOS, работи безупречно. Изкуствено създаден транспортьор за производство на вода, кислород и храна не се проваля. Разбира се, при условие, че голямо количество електричество идва отвън, но този проблем в космоса или на някоя от планетите лесно се решава с помощта на атомна електроцентрала или слънчеви панели.
Година зад запечатана врата
На станция "BIOS-3", която симулира извънземно селище, се проведоха 10 експеримента за автономно оцеляване. В тях участваха екипажи от един до трима души. Инженер Николай Бугреев е живял по -дълго от останалите "бионавти" в BIOS -3 - общо 13 месеца.
През 1968 г. развитието на Красноярск се разглежда на XIX конгрес на Международната астронавтическа федерация като един от възможните прототипи на биологична система за осигуряване на живота на хората на нов етап в изследването на космоса - по време на дълги експедиции. Това се превърна в световно признание за постиженията на сибирските биофизици.
Учените трябваше да решат още един фундаментален проблем - как да осигурят на хората в ограничено пространство не само растителна храна, но и протеинова храна. Един от създателите на BIOS -3, академик Йосиф Гителзон, предложи революционна идея по онова време - за това да се използват генетично модифицирани растения, които да произвеждат желания животински протеин. Проблемите с естественото оползотворяване на растителната биомаса и връщането на солта, отделена от човешкото тяло към вътресистемния обмен на маса, също останаха нерешени.
Учените решиха да повторят успешен експеримент на Земята в космоса. Институтът в Красноярск започна да подготвя първите контейнери за отглеждане на растения с нулева гравитация, но след това избухна перестройка. Поради пълната липса на финансиране, уникалното изследване, което по това време няма аналози в света, трябваше да бъде спряно и BIOS-3 да бъде премахнат.
От ляво на дясно-участници в 6-месечния експеримент в BIOS-3: М. П. Шиленко, В. В. Терски, Н. И. Петров, снимка 1973г. Снимка: photo.kirensky.ru
Пустинен ковчег
Само 15 години по -късно, през 1985 г., в САЩ се прави опит да се проведе подобен експеримент.
С парите на мултимилионера Ед Бас, в Аризона е построена гигантска база „Биосфера-2“от херметически затворени куполи на площ от 12 хиляди квадратни метра. м. На тази огромна територия учените са възпроизвели сухоземни пейзажи - пустиня, тропическа гора, савана, дори малък океан с коралов риф, засадили растения и донесли стотици животински видове. Предполагаше се, че всичко това ще расте и ще се умножава от само себе си и ще осигури на доброволците от експеримента всичко необходимо за живота.
„Много скоро обаче стана ясно, че има критична липса на кислород, трябваше да отворим прозорците, за да може въздухът да влезе отвън“, казва член -кореспондент на Руската академия на науките, доктор на биологичните науки Сергей Оленин. - Тогава растенията започнаха да болят и умират, някои видове животни измряха. Развъжда се невероятен брой хлебарки и мравки. Нямаше достатъчно храна, трябваше да се донесе отвън. Две години по-късно експериментът беше прекратен, въпреки че създателите на „Биосфера-2“се надяваха, че изкуствената екосистема може да съществува в автономен режим поне 100 години.
След неуспешен първи опит американски изследователи направиха промени в създадения от тях изкуствен свят и стартираха втори експеримент през 2007 г. Той обаче беше прекратен по друга причина: един от членовете на новия екип доброволци нападна други по време на спор. След това инвеститорът загуби интерес към проекта и сега тази „Ноева ковчег“насред пустинята се посещава само от туристи.
- Миналата година в Китай беше извършен друг експеримент за автономно оцеляване. Той беше наречен „Лунният дворец -1“, - продължава Сергей Оленин. - Учените, които действително напълно повториха проучванията в Красноярск, успяха да осигурят на участниците цялата необходима храна със 75% поради факта, че нуждата от протеини се задоволява от червеите, които отглеждат. Така те успяха да живеят офлайн в продължение на три месеца.
Свят за експериментиране
Сега Европейската космическа агенция започна да проявява интерес към изследванията в Красноярск. С парите, получени под формата на безвъзмездни средства, се провеждат малки експерименти в Института по биофизика на СБ РАН, закупува се модерно оборудване за бункера, построен в края на 60 -те години. Създава се изкуствен почвоподобен субстрат за отглеждане на растения. В ход са експерименти по физико -химичната технология на разлагане на органични вещества до минерални вещества, които могат да бъдат върнати в обращение под формата на соли за растеж на растенията. Проучва се използването на сухоземни охлюви за производството на протеини, необходими на хората.
Няма обаче достатъчно средства за пълномащабно изследване - това изисква няколко десетки милиони долари. Всеки разбира, че е необходимо да се възобнови работата по създаването на затворени системи за поддържане на живота, тъй като без тях не може да става въпрос за сериозно изследване на космоса, но всичко зависи от финансите. BIOS-3 е празен. Въпреки че това е най -успешната експериментална система, тя напълно задоволява човешките нужди от вода, въздух и растителна храна чрез затворен биологичен цикъл. Той вече можеше да се използва, макар и все още не на Марс или други планети, а на Земята. Всъщност с негова помощ е възможно да се намалят щетите върху околната среда стотици пъти, които неизбежно се причиняват от хората, тъй като BIOS-3 ви позволява да консумирате минимум ресурси и да не произвеждате почти никакви отпадъци. Къщите със затворен цикъл биха намалили драстично тежестта върху околната среда и биха могли също така да осигурят на хората всичко необходимо, когато е трудно или скъпо да се достигне, например, в отдалечени арктически зони, пустини или във високопланинските райони, под вода.
- Друг вариант за използване на „BIOS“е да се провеждат експерименти в него, които все още никой по света не провежда. Всички просто говорят какво ще се случи, ако например нивото на метан в атмосферата достигне критично ниво. Ще има ли бедствие или не? И в Красноярск може да не говорят за това, но да проверят какво ще се случи в резултат на малка затворена екосистема, казва Сергей Оленин. - И това е само един от възможните експерименти, който може дори да няма огромно, но колосално значение за цялото човечество. Възможно е да се изследват процесите на циркулация на вещества в биосферата на Земята и не само да се помогне на хората да оцелеят на други планети.
