Kedy nakoniec zostanú naše stopy na prašných cestách vzdialených planét? Ľudstvo neustále pripravuje odpoveď na túto otázku, vykonáva rozsiahly výskum a vytvára technológie pre rozvoj iných svetov.
Slová Konstantina Tsiolkovského, ktoré sa uviedli pred viac ako sto rokmi: „Ľudstvo nezostane navždy na Zemi …“sa v skutočnosti len začínajú plniť. Doteraz bol človek schopný vzdialiť sa od svojej domovskej planéty iba o vzdialenosť lunárnej obežnej dráhy, ale ani na nižších obežných dráhach nemôžu moderné technológie zabezpečiť úplne nezávislý let s posádkou trvajúci viac ako 3 až 4 mesiace: po tomto čase bude posádka kozmickej lode určite potrebovať dodaný spotrebný materiál. zo Zeme.
Stále nie je možné zabezpečiť primeranú výživu, prísun vody, stály prísun kyslíka a účinné zneškodňovanie odpadových produktov izolovane od zemskej biosféry.
V tejto fáze je odpoveď na otázku „Ako prežiť v hlbokom vesmíre?“Znie to takto: „vezmite so sebou“určitú minimálnu nevyhnutnú časť tejto biosféry, „prinútite ju“, aby fungovala v podmienkach nízkej gravitácie, malých uzavretých priestorov a prebytku vysokoenergetického žiarenia.
Bohužiaľ, všetky pokusy o vykonanie takéhoto uzavretého cyklu, dokonca ani v miernejších „pozemných“podmienkach, nemožno označiť ako úspešné. Najslávnejším z nich je bezpochyby americký projekt „Biosféra-2“, ktorý realizuje spoločnosť Space Biosphere Ventures (financovaná hlavne miliardárom Edwardom Bassom).
Osud biosféry
V lete 1991 bola v púštnej oblasti neďaleko mesta Oracle (Arizona) dokončená výstavba rozsiahlej stavby, ktorá zahŕňala obrovskú sklovo-kovovú štruktúru s rozlohou 1,27 ha.
Propagačné video:
Spolu s pomocnými budovami išlo o hermetický systém s objemom 203 760 m3. V tomto objeme boli modelované rôzne biomy: dažďový prales, savana, stredomorský tuhý ker, púšť, sladkovodné a slané (mangrovové) bažiny a dokonca aj mini oceán so živým koralovým útesom.
Mars-500
V rámci prípravy na let s posádkou na Mars ruskí odborníci spustili rozsiahly experiment „Mars-500“. Hlavným cieľom projektu je študovať znaky koexistencie šiestich ľudí v izolovanej miestnosti na dlhú dobu v podmienkach obmedzenej komunikácie so Zemou. Komplex Mars-500 nebol biologicky uzavretým systémom, úloha skúmania možnosti sebestačnosti posádky nebola dlho položená. Experiment trval 519 dní - od 3. júna 2010 do 4. novembra 2011.
Je pravda, že ich relatívne „zastúpenie“bolo veľmi odlišné od skutočného zastúpenia - najmä oceán bol menej ako tretina „biosféry“, zatiaľ čo vodné plochy na Zemi zaberali 71% povrchu. Celá táto biodiverzita bola „osídlená“takmer štyrmi druhmi zvierat, rastlín a mikroorganizmov.
Ich druhové zloženie bolo vybrané tak, aby čo najlepšie simulovalo biosférický cyklus látok vrátane výroby a rozkladu organických látok (vrátane prirodzeného rozkladu ľudského odpadu). Obrovské kompresory upravili vnútorný tlak tak, aby zodpovedal vonkajšiemu tlaku, čím sa minimalizuje únik vzduchu.
26. septembra 1991 sa do umelej biosféry stalo osem ľudí - štyria muži a štyri ženy. Mali stráviť presne dva roky v úplnej izolácii od vonkajšieho sveta (mali však možnosť s ním telefonicky komunikovať). Museli využívať iných obyvateľov biosféry-2 ako potravinové výrobky - ryby, krevety, kozy, kurčatá a ošípané, ako aj zeleninu a ovocie pestované na osobitne určených miestach.
Predpokladalo sa, že komplex bude fungovať autonómne, pretože má všetky podmienky na normálny obeh látok. Podľa výpočtov vedcov by slnečné žiarenie malo stačiť na reprodukciu kyslíka rastlinami v dôsledku fotosyntézy, červami a mikroorganizmami zabezpečujú spracovanie odpadu, hmyz - opeľovanie rastlín atď. Cirkulácia a čistenie vody sa uskutočňovali vďaka činnosti žalúzií, ktoré regulujú slnečné osvetlenie, ktoré spôsobuje konvekčné prúdy teplého vzduchu, ktoré prispeli k odparovaniu z povrchu „oceánu“.
Kondenzačná vlhkosť vypadla v podobe dažďa nad „tropickým lesom“. Odtiaľ prenikol do „močiarov“a cez pôdne filtre opäť vstúpil do „oceánu“. Pri fotosyntéze sa absorboval oxid uhličitý uvoľňovaný pri dýchaní a teoreticky by sa mal udržiavať požadovaný obsah kyslíka vo vzduchu. Priamy účastníci experimentu aj jeho vedúci „zvonku“však môžu do istej miery zasahovať do fungovania systémov na podporu života.
Všetky odpadové produkty sa rozložili biologickými metódami a zabezpečovali výživu rastlín, z ktorých niektoré zase slúžili ako potrava pre ľudí, ryby a domáce zvieratá. Používanie toxických chemikálií (insekticídy a pesticídy) bolo úplne vylúčené. Kontrola škodcov sa uskutočňovala „prírodnými“metódami - zbierali sa a ničili ručne alebo chovali svojich prirodzených nepriateľov.
Taktiež nebolo povolené použitie zdrojov energie znečisťujúcich životné prostredie, ako sú otvorené plamene. Solárne panely dodávali energiu na varenie, osvetlenie a napájanie zariadenia.
Zdalo sa, že všetko sa vzalo do úvahy a postavil sa ideálny svet … problémy však neprichádzali dlho. Ukázalo sa, že biosféra-2 je preľudnená. Ľudia nemali dostatok vysokokalorických potravín - v džungli museli zasadiť nejaké banány a papáju, zhutniť výsadbu obilnín bez zväčšenia plochy a zaviesť distribúciu potravín.
Ráno cez „púšť“na sklenenej streche skondenzovala voda a padol dážď. Nebolo možné ho odstrániť, takže sa púšť postupne „zmenila“na step. O niekoľko mesiacov neskôr sa koruny mnohých stromov začali lámať podľa vlastnej váhy: ukázalo sa, že na normálnu tvorbu dreva je nevyhnutne taký zdanlivo nevýznamný faktor, ako je vietor.
Ukrajinská zeleninová záhrada na obežnej dráhe
Prvý kozmonaut nezávislej Ukrajiny Leonid Kadenyuk sa počas letu v raketopláne Columbia zaoberal výskumom v oblasti vesmírnej biológie. Zahŕňali najmä experimenty s umelým opelením sójových bôbov a klíčkov repky, aby sa získali semená s nulovou gravitáciou. Tieto štúdie mali praktický účel: posádky medziplanetárnej kozmickej lode lietajúce na vzdialené planéty budú určite potrebovať „vesmírne záhrady“, ktoré poskytnú astronautom jedlo a kyslík.
Veľmi rýchlo začala nekontrolovateľná rozmnožovanie hmyzu a mikroorganizmov, ktoré aktívne absorbujú kyslík. Jeho obsah vo vzduchu klesol na 14% (pri norme 21%) - to zodpovedá parciálnemu tlaku v nadmorskej výške 4080 m nad morom. V dôsledku toho sa zdravotný stav obyvateľov biosféry-2 zhoršil a ich pracovná kapacita sa výrazne znížila. Jedna z žien pri práci na poľnohospodárskom náradí odrezala prst. Nebolo možné to šiť na vlastnú päsť a obeť musela byť evakuovaná „do veľkého sveta“.
Neskôr bola „čistota experimentu“úplne porušená: v dôsledku nadmerne aktivovaného klimatického fenoménu „El Niño“bola obloha nad Arizonou zakalená oveľa častejšie, ako sa očakávalo, a na fotosyntézu nebolo dostatok slnečného svetla na reprodukciu kyslíka.
Aby sa predišlo vážnym dôsledkom, Edward Base sa rozhodol začať čerpať tento plyn pod kupolou zvonka. Celkovo sa muselo prečerpať viac ako 20 ton. Medzitým „experimentálny“okrem hlavných povolaní usilovne vyhubil aj nadmerne množené šváby a mravce (hlavne jednoducho stlačili - nemohli nájsť tento hmyz medzi obyvateľmi „biosféry“).
Pomerne rýchlo sa tím rozdelil na dve skupiny, z ktorých jedna si vyžadovala okamžité ukončenie experimentu, a druhá trvala na tom, že je potrebné „držať sa až do konca“. Pretože túžba „vydržať“bola zdieľaná aj s projektovým manažmentom, boli obe skupiny nútené spolunažívať pod jednou strechou až do 26. septembra 1993, keď ju nakoniec opustilo sedem vysťahovaných a vyčerpaných obyvateľov „pozemského raja“. Ale aj o 20 rokov neskôr sa zástupcovia rôznych skupín usilovne vyhýbajú stretnutiam a akejkoľvek inej komunikácii.
Vedci nechceli opustiť tento jedinečný komplex, preto sa už na konci roku 1993 začala jeho obnova: v priebehu dvoch rokov experimentu sa návrh „Biosféry-2“a mnohých jej systémov vážne opotrebovali. 6. marca 1994 dostala kupola sedem nových „obyvateľov“vrátane jednej ženy. S prihliadnutím na skúsenosti ich predchodcov bolo päť z nich schopných stráviť šesť mesiacov v uzavretom systéme - do 6. septembra (hoci bol pôvodne oznámený desaťmesačný experiment) - a dokázali zorganizovať sebestačnosť v potravinách, ale problémy s nekontrolovanou reprodukciou mikróbov a hmyzu sa nedali vyriešiť.
5. apríla 1994 sa dvom účastníkom prvého experimentu, Abigail Elling a Mark Van Thillo, podarilo otvoriť jednu vzduchovú komoru a tri núdzové východové dvere, čím prerušili tesnosť komplexu na štvrť hodiny. Rozbili tiež päť sklenených strešných panelov. Elling svoju činnosť vysvetlila tým, že chcela dať ľuďom vo vnútri možnosť voľby medzi slobodou a „uväznením“.
1. júna 1994 spoločnosť Space Biospheres Ventures oficiálne prestala existovať a všetky podniky (vrátane druhého experimentu) boli prevedené na dočasný manažérsky tím najatý spoločnosťou Decisions Investment Co.
V polovici roku 1996, po prechode správy „biosféry“na Columbia University (New York City), začali na nej vedci nový experiment, tentoraz bez účasti ľudí. Chceli zistiť, či sa výťažok skutočne zvyšuje so zvýšením percentuálneho podielu oxidu uhličitého (a do akého limitu), čo sa stane s nadbytkom oxidu uhličitého a kde sa akumuluje, a tiež to, či je možný katastrofický reverzný proces s nekontrolovateľným zvýšením obsahu CO2 v atmosfére. Na žiadnu z týchto otázok nebolo možné získať jasné odpovede.
Vedecký komplex sa dlho používal na prax študentov av roku 2005 bol uvedený do predaja. Kupujúci bol nájdený až v lete 2007. Ranching & Development, ktorý mal v úmysle postaviť hotelový a vzdelávací komplex v okolí, a samotná biosféra-2 sa mala stať verejne prístupnou turistickou atrakciou. 26. júla 2007 bolo jedinečné laboratórium presunuté na likvidáciu Arizonskej univerzity.
… Na jednej z vnútorných stien biosféry je stále niekoľko riadkov napísaných jedným z účastníkov prvej misie: „Len tu sme cítili závislosť od okolitej prírody. Ak nie sú žiadne stromy, nebudeme mať nič na dýchanie; ak bude voda znečistená, nebudeme mať čo piť. ““Táto ťažko získaná múdrosť je pravdepodobne najdôležitejším výsledkom ambiciózneho experimentu.
Projekt BIOS
Krátko po prvých vesmírnych letoch s posádkou sa začal výskum možnosti vytvorenia stabilných biofyzikálnych systémov kontinuálnej biosyntézy. Jednou z najzaujímavejších a najúspešnejších prác v tomto smere bol projekt BIOS, ktorý začali zamestnanci Krasnojarského biofyzikálneho ústavu (ZSSR, teraz Ruská federácia). Tam boli vyvinuté systémy na podporu života pre ľudský pobyt vo vesmíre, v extrémnych podmienkach polárnych šírok, púští, vysočiny, pod vodou.
V roku 1964 bol v systéme BIOS-1 implementovaný dvojväzbový systém na podporu života ľudí s chlorellou, uzavretý na výmenu plynov. Riasy absorbujú oxid uhličitý a produkujú kyslík, nemôžu sa však používať na výrobu potravín.
V komplexe BIOS-2, ktorý sa začal vytvárať v roku 1965, sa okrem rias podieľali aj vyššie rastliny - pšenica, zelenina. V roku 1968 sa prvé experimenty uskutočnili v trojzložkovom systéme „človek - mikro riasy - vyššie rastliny“. Dosiahlo 85% opätovné použitie vody. Na základe týchto experimentov bol vytvorený systém BIOS-3 - uzavretý ekologický systém podpory ľudského života s autonómnou kontrolou.
Schéma výmeny plynu a vody v experimentálnom komplexe "Bios-3". Plynové cesty sú znázornené oranžovými čiarami, voda - čierna. Modré šípky označujú smer jazdy. Písmená označujú: B - kultivátory chlorelských rias, G - plynové dúchadlo, U - filter s aktívnym uhlím, C - kolektory odpadovej vody v kuchyni a WC, Q - kolektor kondenzátu vlhkosti vo fytotróne, D - nádrž na prevarenie a skladovanie vody v domácnosti, M - kolektor moč, F - jednotka na sorpčné čistenie pitnej vody.
Stavba komplexu BIOS-3 bola dokončená v roku 1972. V suteréne Biofyzikálneho ústavu v Krasnojarskom Academgorodoku bola vybudovaná uzavretá miestnosť s rozmermi 14x9x2,5 ma objemom približne 315 m3. Bola rozdelená do 4 rovnakých oddelení, z ktorých dve boli obsadené fytotrónmi na pestovanie rastlín, jeden pestovateľmi mikroorganizmov a posledným bol obytný blok s kabínami pre posádky, domácnosťou a pomocným zariadením. Priestory boli spojené zapečatenými dverami.
Na základe systému BIOS-Z sa uskutočnilo 10 experimentov s posádkami jednej až troch osôb. Najdlhšia z nich trvala 180 dní (1972-1973). Bolo možné dosiahnuť úplné „uzavretie“systému pre plyn a vodu, potreby posádky na jedlo boli uspokojené 80% na úkor vnútorných zdrojov. Inžinier Nikolai Bugreev žil v komplexe najdlhšie (celkom 13 mesiacov).
V skleníkoch s umelým osvetlením sa pestovali špeciálne odrody pšenice, sójových bôbov, šalátu, chufy (olejniny stredoázijských semien), mrkvy, reďkovky, repy, zemiakov, uhoriek, šťavy, kapusty, kôpru a cibule. Trpaslicová pšenica chovaná profesorom G. M. Lisovským skrátila stonky, čo umožnilo znížiť množstvo odpadu. Potraviny v konzervách so živočíšnymi výrobkami sa tiež používali na výrobu potravín.
Koncom 80. rokov boli experimenty v systéme BIOS-Z dočasne zastavené.
V roku 1991 bolo pod vedením akademika I. I. Gitelzona, ktoré sa stalo štrukturálnym útvarom Krasnoyarského biofyzikálneho ústavu Sibírskej vetvy Ruskej akadémie vied, zriadené Medzinárodné stredisko pre uzavreté ekologické systémy. Účelom jeho výskumu je vytvoriť prototypy a pracovné modely uzavretých ekosystémov pre dlhodobú podporu ľudského života v extrémnych terestriálnych a vesmírnych podmienkach na základe štúdia procesov cirkulácie látok v biosfére Zeme.
Vývoj nového modelu biosystému sa začal v Krasnojarsku v roku 2005 s podporou Európskej vesmírnej agentúry. V súčasnosti sa v rámci tohto projektu uskutočňuje výskum v oblasti recyklácie odpadu a pestovania rastlín v uzavretých ekosystémoch.
NASA navrhuje biosystémy
Špecialisti NASA sa samozrejme nemohli zdržať vývoja uzavretých biosystémov, ktoré by sa neskôr mohli použiť na podporu posádok vesmírnych staníc a medziplanetárnych lodí. Ich úspechy v tejto oblasti sú omnoho menšie, majú však hmatateľný komerčný úspech.
Jedná sa o biologický modul nazývaný Ecosphere, ktorý je uzavretým skleneným guľovým akváriom s priemerom 10 - 20 cm, ktorý je naplnený morskou vodou malou vzduchovou bublinou a „obývaný“niekoľkými kreviet Halocaridina rubra, kúskami koralov, zelených rias a baktérií, ktoré rozkladajú jedlo vitálne funkcie kreviet. Na dno akvária sa z estetických dôvodov naleje trochu piesku a škrupín.
Podľa uistení výrobcov mal byť tento celý svet na neobmedzený čas úplne autonómny - potreboval iba slnečné svetlo a udržoval viac-menej konštantnú teplotu. Krevety sa rozmnožili a zomreli bez toho, aby prekročili sumu, ktorú by dostupné zdroje mohli „nakŕmiť“. Ekosféra sa okamžite stala neuveriteľne populárnou.
Je pravda, že čoskoro vyšlo najavo, že jeho „večnosť“bola len 2 až 3 roky, po ktorých bola narušená biologická rovnováha v akváriu a jej obyvatelia zomreli. Napriek tomu sú hermetické akváriá stále populárne - koniec koncov, každá civilizácia má svoj vlastný „životnosť“a dokonca ani dva roky podľa noriem kreviet nie sú až také zlé.
"Vesmírny mravec" na vašom stole
Mravce sú úžasné stvorenia. Nachádzajú sa takmer vo všetkých prírodných zónach (s výnimkou arktických púští). Ich starí predkovia, trochu odlišní od moderných predstaviteľov tejto rodiny, žili na Zemi pred viac ako 100 miliónmi rokov, o čom svedčia aj zvyšky nájdené vo fosílnom bahne. Je veľmi pravdepodobné, že aj vtedy mali zručnosti „kolektívnej komunity“a boli rozdelení na „kasty“- robotnícke mravce, bojovníci, poľovníci atď.
Existuje iba viac ako 12,5 tisíc druhov mravcov, ktorých celkový počet na Zemi môže dosiahnuť až štvormilión (milión miliárd alebo 1015). Pri priemernej hmotnosti jedného preparátu okolo 3 mg sa ukázalo, že jeho celková biomasa je iba rádovo menšia ako biomasa ľudstva, zatiaľ čo na osobu existujú asi stovky tisíc mravcov. Je zrejmé, že taká veľká rodina živých vecí je jedným z najdôležitejších prvkov biosféry. Preto myrmekológovia (myrmekológia je oblasť entomológie, ktorú študujú mravce), sa aktívne zapájajú do väčšiny výskumov zameraných na vytváranie uzavretých ekosystémov.
Hlavná časť života mravcov sa odohráva v podzemných alebo iných ťažko prístupných útulkoch, kde je veľmi ťažké ich pozorovať. Vedci vynaložili veľké úsilie na vyriešenie tohto problému. Najjednoduchšiu verziu „ant observatória“možno považovať za umelé mravce dvoch priehľadných sklenených (plastových) panelov a medzi nimi výplň piesku. Pozorovania sa vykonávajú pri slabom svetle alebo infračervených lúčoch.
Pretože je piesok nepriehľadný, v takom mravenisku môžete vidieť iba tunely priamo pri sklenenej stene. Okrem toho je táto štruktúra veľmi zle prenosná - aj pri miernom roztrasení sa pasáže zoradené mravcami rozpadajú a zrútia. Preto, aby s nimi mohli experimentovať na vesmírnych lodiach s raketoplánom, museli zamestnanci NASA navrhnúť prostredie, v ktorom by mravce mohli žiť, a vybudovať tunely, ktoré dokážu odolať účinkom náhlych zmien v gravitácii.
Koncepcia projektu Mars One
Na tento účel bol vyvinutý špeciálny želé podobný výplň vhodný pre mravce, aby v ňom žili a stavali tunely. Slúži tiež ako zdroj potravy pre nich. Táto technológia sa použila na vybudovanie „mravcového mravca“v Antquariu, ktorý poskytuje všetkým milovníkom voľne žijúcich živočíchov vzácnu príležitosť pozorovať fascinujúci život týchto druhov hmyzu.
Antquarium nie je uzavretý ekosystém, ale zásobovanie vodou a živinami (inými ako vzduch) je obmedzené. Pravdepodobnosť vstupu patogénnych baktérií a parazitov mravcov je tiež minimalizovaná. Preto „priehľadný mravec“môže dosť dlho podporovať život jeho obyvateľov - za predpokladu dodržania svetelných a teplotných podmienok uvedených v pokynoch.
Časopis „Vesmír, vesmír, čas“, marec 2014