Jak byla v Krasnojarsku vytvořena první instalace autonomního přežití ve vesmíru na světě
Ve filmu „Marťan“musel hrdina počkat, až další expedice dorazí na červenou planetu s malou zásobou vody, jídla a vzduchu. Americká kinematografie se pokusila přijít na to, jak to udělat, a sovětští vědci řešili podobný problém ještě předtím, než Andy Weyer napsal knihu o přežití na Marsu.
Před půl stoletím bylo v Krasnojarském fyzikálním ústavu SB RAS vytvořeno zařízení, které by pomohlo astronautovi přežít na jakékoli planetě bez zvláštních problémů a pomoci zvenčí. Revoluční napájecí systém BIOS-3 s uzavřenou smyčkou, který nemá na světě obdoby, téměř zcela zajistil lidem v něm vodu, kyslík a jídlo. Stačilo vzít s sebou velmi malou dodávku a poté bylo vše vyrobeno a vyčištěno samotným systémem.
Russian Planet zjistila, jak sibiřští vědci dokázali udržet náskok před časem a kolegy.
Dýchejte řasami
- První pokusy o vytvoření uzavřených autonomních systémů podpory života začaly v Krasnojarsku na konci 60. let 20. století, - přední vědecký pracovník, vědecký tajemník Biofyzikálního ústavu sibiřské pobočky Ruské akademie věd, kandidát biologických věd Jegor Zadereev říká korespondent RP. - Vědci zjistili, že aby dva lidé mohli žít rok, potřebují asi 300 kg kyslíku, 2,5 tuny vody a 400 kg jídla. Současně za stejnou dobu vypustí 350 kg oxidu uhličitého a tunu odpadu, který je nutné recyklovat. Zbývalo vymyslet, jak jim to všechno zajistit v prostředí izolovaném od vnějšího světa.
Experti prováděli experimenty a potvrdili hypotézu, že vývojový potenciál živého organismu je vyšší než realizovatelné možnosti. Když byly jednobuněčné řasy Chlorella umístěny do ideálních podmínek, začaly růst mnohem rychleji a produkovat více kyslíku než ve svém přirozeném prostředí a také aktivněji recyklovat oxid uhličitý.
Řasy v malé nádrži začaly stačit na to, aby člověk mohl celý den normálně dýchat, přičemž obličej umístil do speciálního otvoru, který nepropouští vzduch zvenčí. V roce 1964 tedy vytvořili systém s uzavřeným cyklem reprodukce kyslíku „BIOS-1“, který člověku pomohl dýchat například v prostoru bez vzduchu, například v prostoru. Poté vědci dokázali prodloužit dobu strávenou v uzavřené místnosti z 12 hodin na 30 dní. Později byla také uzavřena výměna vody, což umožnilo provést 45denní experiment.
Řasy však byly užitečné pouze proto, aby poskytly člověku kyslík a zbavily ho oxidu uhličitého. Pokud ve stísněném prostoru nejsou žádné jiné rostliny, budete muset také jíst řasy. Pro lidské tělo může být dostatek živin, ale udržení duševního zdraví při takové dietě bude problematické.
V roce 1966 zahájili vědci experimenty se zeleninou a obilovinami a v důsledku toho vybudovali instalaci systému BIOS-2. Ukázalo se, že pokud jsou pro stejnou pšenici vytvořeny ideální podmínky pro růst - bez teplotních změn, změn počasí, plevelů, pak to přinese šestkrát ročně a několikrát více než v přírodních podmínkách. Po cestě vědci zjistili, kolik pšenice musí být zaseto, aby uživilo jednu osobu.
Bionauti v bunkru
"Když se zakladatel ruské kosmonautiky Sergej Korolev dozvěděl o experimentech prováděných ve Fyzikálním ústavu SB RAS, začal se o ně zajímat a setkal se se zakladatelem a ředitelem Krasnojarského institutu, akademikem Leonidem Kirenským," pokračuje Jegor Zadereev. - Na osobní objednávku Koroleva, který potřeboval autonomní systém podpory života pro stanici na Měsíci, byly přiděleny finanční prostředky na pokračování výzkumu. Umožnily v rekordně krátkém čase, za pouhých sedm let, vytvořit umělý ekosystém „BIOS-3“.
Krasnojarští biofyzikové za ty časy dostali obrovské peníze - 1 milion rublů. S těmito prostředky do roku 1972 postavili speciální bunkr izolovaný od vnějšího světa s nerezovými stěnami, jejichž celkový objem činil 315 metrů krychlových. m, a plocha je 14x9x2, 5 m.
Bunkr byl navržen tak, aby pojal tři lidi, a byl rozdělen na čtyři části. Jedna obsahovala obytné kabiny s postelemi, kuchyň s jídelnou, koupelnu a pracovní prostor-dílnu-laboratoř se zařízením pro zpracování plodin využívajících nejedlou biomasu a také se systémy čištění vody a vzduchu. Další tři části byly pro rostliny. V omezeném prostoru a pod umělým osvětlením rostly řasy a šlechtily se odrůdy sóji, salátu, okurek, ředkviček, mrkve, řepy, kopru, zelí, brambor a cibule. Regenerovaly vodu a kyslík a také poskytovaly „bionautům“všechny živiny, vitamíny a mikroelementy nezbytné pro jejich existenci. Rostla tam také zakrslá pšenice s velmi krátkou stopkou, speciálně vyšlechtěná chovatelem Krasnojarsku Henrikem Lisovským: nejedlá část ucha měla minimální velikost a odpad byl malý. Dala úrodu 200-300 centů na hektar. A středoasijská bylinková čufa poskytovala lidem rostlinný olej.
Aby lidé uvnitř „BIOSu“mohli komunikovat s vnějším světem, byl uzavřený bunkr vybaven televizí a telefonem. Byl instalován chladicí a napájecí systém.
- Na začátku 70. let žili tři dobrovolníci z řad zaměstnanců poprvé v bunkru po dobu šesti měsíců - 180 dní, od 24. prosince 1972 do 22. června 1973, - říká Yegor Zadereev. "Veškerý kyslík, který dýchali, pocházel z rostlin, které pěstovali." Zpracovávali také oxid uhličitý. Zpočátku byl dostupný přívod vody zpracován a vyčištěn, aby byl použit mnohokrát.
Probíhá další relace komunikace s testery v instalaci systému BIOS-3. Tester V. V. Terskikh (v okně), fotografie 1973. Foto: photo.kirensky.ru
Účastníci experimentu jedli zeleninu, kterou sami pěstovali, sbírali a mleli pšenici a pekli z ní chléb. Denně tedy dostali 300 gramů chleba a 400 gramů zeleniny. „Bionauti“živočišných bílkovin zajišťovali dodávky konzerv a lyofilizovaného masa. Neustálá lékařská pozorování ukázala, že taková strava, stejně jako zpracovaná a čištěná voda a vzduch, neovlivňují nepříznivě zdraví dobrovolníků.
Experiment trval jen šest měsíců. Ukázalo se, že nemá smysl v tom pokračovat: uzavřený systém podpory života vytvořený v systému BIOS funguje bezchybně. Uměle vytvořený dopravník na výrobu vody, kyslíku a potravin neselže. Samozřejmě za předpokladu, že velké množství elektřiny pochází zvenčí, ale tento problém ve vesmíru nebo na kterékoli z planet lze snadno vyřešit pomocí jaderné elektrárny nebo solárních panelů.
Rok za zapečetěnými dveřmi
Na stanici „BIOS-3“, která simuluje mimozemské osídlení, proběhlo 10 experimentů na autonomní přežití. Účastnily se jich posádky jednoho až tří lidí. Inženýr Nikolai Bugreev žil v BIOS -3 déle než zbytek „bionautů“- celkem 13 měsíců.
V roce 1968 byl vývoj Krasnojarsku na XIX. Kongresu Mezinárodní astronautické federace považován za jeden z možných prototypů biologického systému pro zajištění života lidí v nové fázi průzkumu vesmíru - během dlouhých expedic. Toto se stalo celosvětovým uznáním úspěchů sibiřských biofyziků.
Vědci museli vyřešit ještě jeden zásadní problém - jak poskytnout lidem ve stísněném prostoru nejen rostlinnou potravu, ale také bílkovinnou potravu. Jeden z tvůrců systému BIOS -3, akademik Iosif Gitelzon, tehdy předložil revoluční myšlenku - použít k tomu geneticky modifikované rostliny, které by produkovaly požadovaný živočišný protein. Nevyřešené zůstaly také problémy přirozeného využití rostlinné biomasy a návratu soli vyloučené z lidského těla do intrasystemické masové výměny.
Vědci se rozhodli zopakovat úspěšný experiment na Zemi ve vesmíru. Krasnojarský institut začal připravovat první kontejnery pro pěstování rostlin s nulovou gravitací, ale poté vypukla perestrojka. Kvůli úplnému nedostatku financí musel být jedinečný výzkum, který v té době neměl ve světě obdoby, zastaven a BIOS-3 byl zastaven.
Zleva doprava-účastníci 6měsíčního experimentu v systému BIOS-3: M. P. Shilenko, V. V. Terskikh, N. I. Petrov, foto 1973. Foto: photo.kirensky.ru
Pouštní archa
Pouze o 15 let později, v roce 1985, byl ve Spojených státech proveden pokus provést podobný experiment.
Za peníze multimilionáře Eda Bassa byla v Arizoně postavena obří základna „Biosphere-2“ze vzduchotěsných kopulí o rozloze 12 tisíc metrů čtverečních. m. Na tomto obrovském území vědci reprodukovali pozemskou krajinu - poušť, tropický les, savanu, dokonce i malý oceán s korálovým útesem, vysadili rostliny a přivezli stovky živočišných druhů. Předpokládalo se, že to všechno samo poroste a rozmnoží se a poskytne dobrovolníkům experimentu vše potřebné k životu.
"Velmi brzy se však ukázalo, že je kritický nedostatek kyslíku, museli jsme otevřít okna, aby vzduch mohl pronikat zvenčí," říká korespondent člen Ruské akademie věd, doktor biologických věd Sergej Olenin. - Pak rostliny začaly bolet a odumírat, některé druhy zvířat vymřely. Neuvěřitelné množství chovaných švábů a mravenců. Nebylo dost jídla, muselo to být přineseno zvenčí. O dva roky později byl experiment ukončen, i když tvůrci „Biosphere-2“doufali, že umělý ekosystém může existovat v autonomním režimu nejméně 100 let.
Po neúspěšném prvním pokusu provedli američtí vědci změny v umělém světě, který vytvořili, a v roce 2007 zahájili druhý experiment. Bylo však ukončeno z jiného důvodu: jeden z členů nového týmu dobrovolníků během hádky napadl ostatní. Poté investor ztratil o projekt zájem a nyní tuto „Noemovu archu“uprostřed pouště navštěvují pouze turisté.
- V loňském roce byl v Číně proveden další experiment s autonomním přežitím. Byl pojmenován „Lunární palác -1“, - pokračuje Sergej Olenin. - Vědcům, kteří ve skutečnosti zcela opakovali Krasnojarské studie, se podařilo poskytnout účastníkům veškeré potřebné jídlo o 75%, protože potřeba bílkovin byla uspokojena červy, které vychovali. Dokázali tedy žít tři měsíce offline.
Svět pro experimentování
Evropská kosmická agentura nyní začala projevovat zájem o výzkum Krasnojarsku. Za získané peníze ve formě grantů se v Biofyzikálním ústavu SB RAS provádějí malé experimenty, do bunkru, postaveného na konci 60. let, se nakupuje moderní vybavení. Pro pěstování rostlin je vytvořen umělý substrát podobný půdě. Probíhají experimenty na fyzikálně -chemické technologii rozkladu organických látek na minerální látky, které mohou být vráceny do oběhu ve formě solí pro růst rostlin. Studuje se využití suchozemských hlemýžďů k produkci bílkovin potřebných pro člověka.
Na plnohodnotný výzkum však není dostatek finančních prostředků - to vyžaduje několik desítek milionů dolarů. Každý chápe, že je nutné pokračovat v práci na vytváření uzavřených systémů podpory života, protože bez nich nemůže být řeč o seriózním průzkumu vesmíru, ale vše závisí na financích. BIOS-3 je prázdný. Přestože se jedná o nejúspěšnější experimentální systém, plně uspokojuje lidské potřeby vody, vzduchu a rostlinných potravin prostřednictvím uzavřeného biologického cyklu. Už by mohl být použit, i když zatím ne na Marsu nebo jiných planetách, ale na Zemi. S jeho pomocí je skutečně možné stokrát snížit škody na životním prostředí, které jsou nevyhnutelně způsobeny lidmi, protože BIOS-3 vám umožňuje spotřebovávat minimum zdrojů a produkovat téměř žádný odpad. Uzavřené smyčky by drasticky snížily zátěž životního prostředí a mohly by lidem také poskytnout vše, co potřebují tam, kde je obtížné nebo nákladné se dostat například do vzdálených arktických zón, pouští nebo na vysočinu, pod vodu.
- Další možností použití „BIOSu“je provádět v něm experimenty, které zatím nikdo na světě neprovádí. Všichni jen mluví o tom, co se stane, pokud například úroveň metanu v atmosféře dosáhne kritické úrovně. Dojde ke katastrofě nebo ne? A v Krasnojarsku o tom možná nemluví, ale kontrolují, co se stane v důsledku malého uzavřeného ekosystému, říká Sergej Olenin. - A to je jen jeden z možných experimentů, které možná ani nemají obrovský, ale kolosální význam pro celé lidstvo. Je možné studovat procesy oběhu látek v biosféře Země, a nejen pomoci lidem přežít na jiných planetách.
