Cum a fost creată prima instalație din lume pentru supraviețuirea autonomă în spațiu la Krasnoyarsk
În filmul „Marțianul” eroul a trebuit să aștepte următoarea expediție pentru a ajunge pe Planeta Roșie cu o cantitate mică de apă, mâncare și aer. Cinematograful american a încercat să afle cum să facă acest lucru, iar oamenii de știință sovietici au rezolvat o problemă similară chiar înainte ca Andy Weyer să scrie o carte despre supraviețuirea pe Marte.
Cu o jumătate de secol în urmă, la Institutul de Fizică Krasnoyarsk al SB RAS a fost creat un dispozitiv care ar ajuta un astronaut să supraviețuiască pe orice planetă fără probleme speciale și ajutor extern. Revoluționarul sistem de alimentare cu buclă închisă BIOS-3, care nu are analogi în lume, a furnizat aproape complet oamenilor din interiorul său apă, oxigen și alimente. A fost suficient să luați cu dvs. o cantitate foarte mică, iar apoi totul a fost produs și curățat de sistemul în sine.
Russian Planet a aflat cum oamenii de știință siberieni au putut să rămână înaintea timpului și a colegilor lor.
Respirați cu alge
- Primele experimente privind crearea unor sisteme de susținere a vieții autonome închise au început la Krasnoyarsk la sfârșitul anilor 1960, - cercetătorul principal, secretar științific al Institutului de Biofizică al Filialei Siberiene a Academiei de Științe din Rusia, candidat la Științe Biologice Yegor Zadereev spune corespondentul RP. - Oamenii de știință au descoperit că, pentru ca două persoane să trăiască pe an, au nevoie de aproximativ 300 kg de oxigen, 2,5 tone de apă și 400 kg de alimente. În același timp, în aceeași perioadă, vor emite 350 kg de dioxid de carbon și o tonă de deșeuri, care trebuie reciclate. A rămas să ne dăm seama cum să le oferim toate acestea într-un mediu izolat de lumea exterioară.
Experții au efectuat experimente și au confirmat ipoteza că potențialul de dezvoltare al unui organism viu este mai mare decât posibilitățile realizabile. Când algele unicelulare Chlorella au fost plasate în condiții ideale, a început să crească mult mai repede și să producă mai mult oxigen decât în mediul său natural și, de asemenea, să recicleze mai activ dioxidul de carbon.
Algele dintr-un tanc mic au început să fie suficiente pentru ca o persoană să poată respira normal toată ziua, plasându-și fața într-o gaură specială care nu permite aerul din exterior. Așadar, în 1964 au creat un sistem cu un ciclu închis de reproducere a oxigenului „BIOS-1”, care a ajutat o persoană să respire într-un spațiu fără aer, de exemplu, în spațiu. Apoi, oamenii de știință au putut crește timpul petrecut într-o cameră închisă de la 12 ore la 30 de zile. Ulterior, schimbul de apă a fost de asemenea închis, ceea ce a făcut posibilă efectuarea unui experiment de 45 de zile.
Cu toate acestea, algele au fost utile numai pentru a oferi unei persoane oxigen și a scăpa de dioxidul de carbon. Dacă nu există alte plante într-un spațiu restrâns, atunci va trebui să mâncați și alge. Pot exista suficienți nutrienți pentru corpul uman, dar menținerea sănătății mintale la o astfel de dietă va fi problematică.
În 1966, oamenii de știință au lansat experimente cu legume și cereale și, ca rezultat, au construit instalația BIOS-2. S-a dovedit că, dacă se creează condiții ideale pentru creștere pentru același grâu - fără schimbări de temperatură, schimbări de vreme, buruieni, atunci va produce de șase ori pe an și de câteva ori mai mult decât în condiții naturale. Pe parcurs, cercetătorii au stabilit cât de mult grâu trebuie să fie semănat pentru a hrăni o persoană.
Bionauts în buncăr
„Când fondatorul cosmonauticii ruse, Serghei Korolev, a devenit conștient de experimentele efectuate la Institutul de Fizică al SB RAS, a devenit interesat de ele și s-a întâlnit cu fondatorul și directorul Institutului Krasnoyarsk, academicianul Leonid Kirensky”, continuă Yegor Zadereev. - Din ordinul personal al lui Korolev, care avea nevoie de un sistem autonom de susținere a vieții pentru stația de pe Lună, s-au alocat fonduri pentru continuarea cercetărilor. Au făcut posibilă într-un timp record, în doar șapte ani, crearea unui ecosistem artificial „BIOS-3”.
Biofizicienii din Krasnoyarsk au primit bani uriași pentru acele vremuri - 1 milion de ruble. Cu aceste fonduri, până în 1972 au construit un buncăr special izolat din lumea exterioară cu pereți din oțel inoxidabil, al căror volum total era de 315 metri cubi. m, iar aria este de 14x9x2, 5 m.
Buncărul a fost conceput pentru a găzdui trei persoane și a fost împărțit în patru părți. Una conținea cabine de locuit cu paturi, o bucătărie-sufragerie, o baie și o zonă de lucru - un atelier-laborator cu echipamente pentru prelucrarea culturilor, utilizând biomasă necomestibilă, precum și cu sisteme de purificare a apei și a aerului. Celelalte trei părți erau pentru plante. Într-un spațiu restrâns și sub iluminare artificială, au crescut alge, precum și soiuri de soia, salată, castraveți, ridichi, morcovi, sfeclă, mărar, varză, cartofi și ceapă. Au regenerat apa și oxigenul și, de asemenea, au furnizat „bionauților” toți nutrienții, vitaminele și microelementele necesare existenței lor. De asemenea, acolo a crescut grâu pitic cu tulpina foarte scurtă, crescut special de crescătorul Krasnoyarsk Henrikh Lisovsky: partea necomestibilă a urechii avea dimensiuni minime și nu existau prea multe deșeuri. Ea a dat o recoltă de 200-300 centners pe hectar. Iar chufa din plante din Asia Centrală a oferit oamenilor ulei vegetal.
Pentru ca oamenii din „BIOS” să poată comunica cu lumea exterioară, un buncăr sigilat a fost prevăzut cu un televizor și un telefon. A fost instalat un sistem de răcire și alimentare.
- La începutul anilor 1970, trei voluntari dintre angajați au locuit pentru prima dată în buncăr timp de șase luni - 180 de zile, din 24 decembrie 1972 până în 22 iunie 1973 - spune Yegor Zadereev. „Tot oxigenul pe care l-au respirat provine din plantele pe care le-au crescut. De asemenea, au procesat dioxidul de carbon. Inițial, alimentarea cu apă disponibilă a fost procesată și purificată pentru a fi utilizată de multe ori.
Următoarea sesiune de comunicare cu testerii din instalarea BIOS-3 este în desfășurare. Tester V. V. Terskikh (în fereastră), foto 1973. Foto: photo.kirensky.ru
Participanții la experiment au mâncat legume pe care le-au cultivat ei înșiși, au colectat și măcinat grâu și au copt pâine din acesta. Așa că au primit 300 de grame de pâine și 400 de grame de legume pe zi. „Bionautele” proteice animale furnizau provizii de conserve și carne liofilizată. Observații medicale constante au arătat că o astfel de dietă, precum și apa și aerul procesat și purificat, nu au afectat negativ sănătatea voluntarilor.
Experimentul a durat doar șase luni. A devenit clar că nu avea rost să-l continuăm: sistemul de suport de viață închis creat în BIOS funcționează fără cusur. Un transportor creat artificial pentru producerea de apă, oxigen și alimente nu eșuează. Desigur, cu condiția ca o cantitate mare de energie electrică să vină din exterior, dar această problemă în spațiu sau pe oricare dintre planete este ușor rezolvată cu ajutorul unei centrale nucleare sau a unor panouri solare.
Un an în spatele unei uși sigilate
La stația „BIOS-3”, care simulează o așezare extraterestră, au avut loc 10 experimente privind supraviețuirea autonomă. La ele au participat echipaje de una până la trei persoane. Inginerul Nikolai Bugreev a trăit în BIOS-3 mai mult decât restul „bionauților” - în total 13 luni.
În 1968, dezvoltarea Krasnoyarsk a fost considerată la Congresul al XIX-lea al Federației Internaționale de Astronautică ca unul dintre posibilele prototipuri ale unui sistem biologic pentru asigurarea vieții oamenilor într-o nouă etapă a explorării spațiale - în timpul expedițiilor lungi. Aceasta a devenit o recunoaștere la nivel mondial a realizărilor biofizicienilor siberieni.
Oamenii de știință au trebuit să rezolve încă o problemă fundamentală - cum să le oferi oamenilor într-un spațiu restrâns nu numai hrană vegetală, ci și hrană proteică. Unul dintre creatorii BIOS-3, academicianul Iosif Gitelzon, a prezentat la acea vreme o idee revoluționară - de a folosi plante modificate genetic pentru aceasta, care ar produce proteina animală dorită. Problemele utilizării naturale a biomasei vegetale și a revenirii sării excretate din corpul uman la schimbul de masă intrasistemică au rămas, de asemenea, nerezolvate.
Oamenii de știință au decis să repete un experiment de succes pe Pământ în spațiu. Institutul Krasnoyarsk a început să pregătească primele containere pentru plantele în creștere cu gravitate zero, dar apoi a izbucnit perestroika. Din cauza lipsei totale de finanțare, cercetarea unică care nu avea analogi în lume la acea vreme a trebuit oprită, iar BIOS-3 a fost neajuns.
De la stânga la dreapta - participanți la experimentul de 6 luni în BIOS-3: M. P. Shilenko, V. V. Terskikh, N. I. Petrov, foto 1973. Foto: photo.kirensky.ru
Arca deșertului
Doar 15 ani mai târziu, în 1985, s-a încercat în Statele Unite să se efectueze un experiment similar.
Cu banii multimilionarului Ed Bass, o bază gigantică „Biosphere-2” a fost construită în Arizona din cupole etanșe care acoperă o suprafață de 12 mii de metri pătrați. m. Pe acest vast teritoriu, oamenii de știință au reprodus peisaje terestre - deșert, pădure tropicală, savană, chiar și un mic ocean cu recif de corali, au plantat plante și au adus sute de specii de animale. S-a presupus că toate acestea vor crește și se vor înmulți de la sine și vor oferi voluntarilor experimentului tot ce este necesar pentru viață.
„Cu toate acestea, foarte curând a devenit clar că există o lipsă critică de oxigen, a trebuit să deschidem ferestrele pentru ca aerul să poată pătrunde din exterior”, spune Serghei Olenin, membru corespondent al Academiei de Științe din Rusia, doctor în științe biologice. - Apoi plantele au început să doară și să moară, unele specii de animale s-au stins. Un număr incredibil de gândaci și furnici crescute. Nu era suficientă mâncare, trebuia adusă din afară. Doi ani mai târziu, experimentul a fost încheiat, deși creatorii „Biosphere-2” sperau că ecosistemul artificial ar putea exista într-un mod autonom timp de cel puțin 100 de ani.
După o primă încercare eșuată, cercetătorii americani au făcut schimbări în lumea artificială pe care au creat-o și au lansat un al doilea experiment în 2007. Cu toate acestea, a fost reziliată din alt motiv: unul dintre membrii noii echipe de voluntari i-a atacat pe alții în timpul unei certuri. După aceea, investitorul și-a pierdut interesul pentru proiect, iar acum această „Arca lui Noe” din mijlocul deșertului este vizitată doar de turiști.
- Anul trecut, un alt experiment de supraviețuire autonomă a fost efectuat în China. A fost numit „Palatul Lunar-1”, - continuă Serghei Olenin. - Oamenii de știință, care de fapt au repetat complet studiile de la Krasnoyarsk, au reușit să ofere participanților toate alimentele necesare cu 75% din cauza faptului că nevoia de proteine a fost satisfăcută de viermii pe care i-au crescut. Așa că au reușit să trăiască offline timp de trei luni.
O lume de experimentat
Acum, Agenția Spațială Europeană a început să manifeste interes pentru cercetarea de la Krasnoyarsk. Cu banii primiți sub formă de subvenții, se efectuează mici experimente la Institutul de Biofizică al SB RAS, se achiziționează echipamente moderne pentru buncăr, construit la sfârșitul anilor 1960. Un substrat artificial asemănător solului este creat pentru plantele în creștere. Se desfășoară experimente privind tehnologia fizico-chimică de descompunere a substanțelor organice în substanțe minerale, care pot fi readuse în circulație sub formă de săruri pentru creșterea plantelor. Se studiază utilizarea melcilor terestre pentru producerea proteinelor necesare oamenilor.
Cu toate acestea, nu există fonduri suficiente pentru cercetare la scară largă - acest lucru necesită câteva zeci de milioane de dolari. Toată lumea înțelege că este necesar să se reia lucrarea la crearea sistemelor închise de susținere a vieții, deoarece fără ele nu se poate pune problema unei explorări spațiale serioase, dar totul depinde de finanțe. BIOS-3 este gol. Deși acesta este cel mai reușit sistem experimental, acesta satisface pe deplin nevoile umane de apă, aer și hrană vegetală printr-un ciclu biologic închis. Ar putea fi deja folosit, deși nu încă pe Marte sau pe alte planete, ci pe Pământ. Într-adevăr, cu ajutorul său, este posibil să reduceți daunele aduse mediului de sute de ori, care sunt inevitabil cauzate de oameni, deoarece BIOS-3 vă permite să consumați un minim de resurse și să nu produceți aproape nici un deșeu. Casele cu buclă închisă ar reduce drastic povara asupra mediului și ar putea oferi oamenilor tot ceea ce au nevoie acolo unde este dificil sau costisitor să ajungă, de exemplu, în zonele arctice îndepărtate, în deșerturi sau în zonele înalte, sub apă.
- O altă opțiune pentru utilizarea „BIOS” este efectuarea de experimente pe care nimeni din lume nu le efectuează încă. Toată lumea vorbește despre ce se va întâmpla dacă, de exemplu, nivelul de metan din atmosferă atinge un nivel critic. Va fi sau nu un dezastru? Și la Krasnoyarsk, este posibil să nu vorbească despre asta, ci să verifice ce se va întâmpla ca rezultat într-un mic ecosistem închis, spune Serghei Olenin. - Și acesta este doar unul dintre experimentele posibile, care poate nici nu au o semnificație enormă, ci colosală pentru întreaga umanitate. Este posibil să se studieze procesele de circulație a substanțelor în biosfera Pământului și nu numai să ajute oamenii să supraviețuiască pe alte planete.
