Mikor végül maradnak nyomok a távoli bolygók poros útjain? Az emberiség folyamatosan készít választ erre a kérdésre, nagyszabású kutatásokat végez és technológiákat hoz létre más világok fejlesztésére.
Konstantin Tsiolkovsky több mint egy évszázaddal ezelőtt elhangzott szavai: "Az emberiség nem marad örökké a Földön …" valójában csak most kezd valóra válni. Eddig egy ember csak a holdpálya távolságával tudott elmozdulni otthonától, de még alacsonyabb pályáin sem a modern technológiák nem tudják biztosítani egy teljesen autonóm, 3-4 hónapot meghaladó repülést: ezen idő elteltével az űrhajó legénységének feltétlenül szüksége lesz szállított fogyóeszközökre. a Földről.
Még mindig nem lehet megszervezni a megfelelő táplálkozást, vízellátást, állandó oxigénellátást és a hulladéktermékek hatékony ártalmatlanítását a föld bioszférájától elkülönítve.
Ebben a szakaszban a válasz a kérdésre: "Hogyan lehet túlélni a mély űrben?" így hangzik: "vigye magával" ennek a bioszféranak egy bizonyos minimálisan szükséges részét, "kényszerítve" arra, hogy alacsony gravitációs, kis zárt terekben és nagy energiájú sugárzás feleslegében működjön.
Sajnos az ilyen zárt ciklus végrehajtására tett minden kísérlet, még enyhébb „talajviszonyok mellett” sem hívható sikeresnek. Ezek közül a leghíresebb kétségtelenül az amerikai "Biosphere-2" projekt, amelyet a Space Biosphere Ventures hajt végre (főként Edward Bass milliárdos támogatja).
A "Bioszféra" sorsa
1991 nyarán egy sivatagi térségben, Oracle (Arizona) város közelében, befejeződött egy nagyléptékű építkezés építése, amely egy hatalmas üveg-fém szerkezetet tartalmazott, amelynek területe 1,27 hektár volt.
Promóciós videó:
A melléképületekkel együtt egy hermetikus rendszer volt, 203 760 m3 térfogatú. Ebben a kötetben számos biomát modelleztek: esőerdő, szavanna, mediterrán merev bokor, sivatag, édesvízi és sós (mangrove) mocsár, sőt egy mini-óceán élő korallzátonyokkal.
MARS-500
Az Mars szakosodott repülésének előkészítéseként az orosz szakemberek nagyszabású kísérletet indítottak a „Mars-500” -val. A projekt fő célja a hat ember hosszú időn át tartó együttélésének jellemzőinek tanulmányozása egy izolált helyiségben, korlátozott kommunikáció mellett a Földdel. A Mars-500 komplex nem volt biológiailag zárt rendszer, a legénység önellátásának lehetőségeit hosszú ideje nem vizsgálták. A kísérlet 519 napig tartott - 2010. június 3-tól 2011. november 4-ig.
Igaz, hogy a relatív "reprezentáció" nagyon különbözött a valódiól - különösen az óceán a "bioszféra" kevesebb, mint egyharmadában volt, míg a Földön a vízfelületek a felszín 71% -át teszik ki. Ezt a biodiverzitást "lakották" csaknem négy ezer állat-, növény- és mikroorganizmus-faj.
Fajösszetételüket úgy választották meg, hogy a lehető legjobban szimulálják az anyagok bioszféra keringését, ideértve a szerves anyagok képződését és bomlását (beleértve az emberi hulladék természetes bomlását). Az óriáskompresszorok a belső nyomást a külső nyomáshoz igazítják, minimalizálva a légszivárgást.
1991. szeptember 26-án nyolc ember - négy férfi és négy nő - vált a műbioszféra részévé. Pontosan két évet kellett teljes mértékben elszigetelni a külvilágtól (ugyanakkor lehetősége volt telefonon is kommunikálni). A "Biosphere-2" más lakosait élelmiszertermékekként kellett felhasználniuk - halakat, garnélarákat, kecskéket, csirkéket és sertéseket, valamint a kifejezetten erre kijelölt területeken termesztett zöldségeket és gyümölcsöket.
Feltételezték, hogy a komplex önállóan fog működni, mivel az összes körülményt tartalmaz az anyagok normál keringéséhez. A tudósok szerint a napfénynek elegendőnek kellett volna lennie ahhoz, hogy a növények oxigént szaporítsanak a fotoszintézis, a férgek és a mikroorganizmusok hulladékkezelés, rovarok - növények beporzása stb. Eredményeként A víz keringtetését és tisztítását a napfényt szabályozó redőnyök működtetésével hajtották végre, amelyek meleg levegő konvekciós áramát okozták, ami hozzájárult az "óceán" felületének elpárologtatásához.
A "trópusi erdő" felett eső formájában esett ki kondenzvíz. Onnan bejutott a „mocsarakba”, és a talajszűrőkön keresztül ismét belépett az „óceánba”. A fotoszintézis során a légzés során felszabadult szén-dioxid felszívódott, és elméletileg a levegőben szükséges oxigéntartalmat meg kellett volna tartani. Ugyanakkor mind a kísérlet közvetlen résztvevői, mind annak "kívülről" vezetői bizonyos mértékben beavatkozhatnak az életfenntartó rendszerek működésébe.
Az összes hulladékterméket biológiai módszerekkel bontották le, tápanyagot biztosítva a növényeknek, amelyek közül néhány táplálékként szolgált embereknek, halaknak és háziállatoknak. A mérgező vegyi anyagok (rovarirtók és peszticidek) felhasználását teljesen kizárták. A kártevőirtást "természetes" módszerekkel hajtották végre - kézzel gyűjtötték és pusztították el, vagy természetes ellenségeikkel tenyésztették őket.
A környezetet szennyező energiaforrások, például a nyílt láng használata szintén nem engedélyezett. A napelemek energiát szolgáltattak a főzéshez, a világításhoz és a berendezések tápellátásához.
Úgy tűnt, hogy mindent figyelembe vették, és felépült egy ideális világ … azonban a problémák nem sokáig jöttek létre. A 2. bioszféra túlnépedettnek bizonyult. Az embereknek nem volt elegendő magas kalóriatartalmú ételük - banán- és papaya-növényeket kellett ültetni a "dzsungelbe", a gabonafélék ültetését a terület megnövelése nélkül tömöríteni és bevezetni az élelmiszerek elosztását.
Reggel az üvegtetőn lévő "sivatag" felett a víz kondenzálódott és az eső esett. Lehetetlen volt azt megszüntetni, így a sivatag fokozatosan "sztyepppé" alakult. Néhány hónappal később sok fa koronája a saját súlya alatt elkezd törni: kiderült, hogy a normál fatermeléshez olyan látszólag jelentéktelen tényezõre van szükség, mint a szél.
Ukrán zöldségkert pályán
A független Ukrajna első űrhajósa, Leonid Kadenyuk a űrbiológia területén végzett kutatásokat végzett a Columbia shuttle-en tartott repülése során. Ide tartoztak különösen a szójabab és a repce csírjainak mesterséges beporzására irányuló kísérletek annak érdekében, hogy a magok nulla gravitációban legyenek. Ezeknek a tanulmányoknak gyakorlati célja volt: a távoli bolygókra repülő bolygóközi űrhajók személyzetének határozottan szüksége lesz „űrkertekre”, amelyek táplálékot és oxigént biztosítanak az űrhajósok számára.
A rovarok és mikroorganizmusok gyors és ellenőrizetlen szaporodása, amelyek aktívan abszorbeálják az oxigént, nagyon gyorsan megkezdődött. Tartalma a levegőben 14% -ra esett (21% -nál) - ez megegyezik a parciális nyomással 4080 m tengerszint feletti magasságban. Ennek eredményeként a "Bioszféra-2" lakosainak egészségi állapota romlott, és munkaképességük észrevehetően csökkent. Az egyik nő levágta az ujját, miközben mezőgazdasági gépekkel dolgozott. Nem volt mód a saját varrására, az áldozatot "a nagy világba" kellett evakuálni.
Később a "kísérlet tisztaságát" teljesen megsértették: a túlzottan aktivált "El Niño" éghajlati jelenség miatt az Arizonai feletti égbolt a vártnál sokkal felhőkkel volt borítva, és a fotoszintézis során nem volt elegendő napfény az oxigén reprodukciójához.
A súlyos következmények elkerülése érdekében Edward Base úgy döntött, hogy elkezdi pumpálni ezt a gázt a kupola alá kívülről. Összességében több mint 20 tonnát kellett szivattyúzni. Eközben a "kísérleti" fő foglalkozásuk mellett erőteljesen megsemmisítették a túlzottan elterjedt csótányokat és hangyákat (főleg egyszerűen csak préselték - ezeket a rovarokat nem találták a "Bioszféra" lakosai között).
Meglehetősen gyorsan a csoport két ellentétes csoportra osztódott, amelyek közül az egyik a kísérlet azonnali befejezését követelte, a másik pedig azt állította, hogy "meg kell tartani a végét". Mivel a projektvezetés osztotta a "tartózkodás" vágyát, mindkét csoportot kénytelen volt együtt élni egy tető alatt 1993. szeptember 26-ig, amikor a "földi paradicsom" hét kimerült és kimerült lakosa végül elhagyta. De még 20 évvel később is a különböző csoportok képviselői szorgalmasan kerülik a találkozókat és minden egyéb kommunikációt.
A tudósok nem akartak elhagyni az egyedülálló komplexumot, ezért már 1993 végén megkezdték a helyreállítását: kétéves kísérlet során a "Biosphere-2" kialakítása és számos rendszere komolyan kopott. 1994. március 6-án a kupola hét új "lakót" fogadott be, köztük egy nőt. Az elődeik tapasztalatait figyelembe véve öt közülük hat hónapot zárt rendszerben - szeptember 6-ig tarthatott (bár eredetileg tíz hónapos kísérletet jelentettek be) -, és sikerült megszerveznie az élelmiszer-önellátást, ám a mikrobák és rovarok ellenőrizetlen szaporodásával kapcsolatos problémákat nem sikerült megoldani.
1994. április 5-én Abigail Elling és Mark Van Thillo, az első kísérlet két résztvevője, sikerült kinyitni egy légzsilit és három vészkijárat ajtaját, megtörve a komplexum szorosságát negyedórára. Öt üvegtetőtet is összetörtek. Elling azzal magyarázta cselekedetét, hogy meg akarta adni az embereknek a választást a szabadság és a "börtön" között.
1994. június 1-jén a Space Biospheres Ventures hivatalosan megszűnt, és minden üzleti tevékenységét (ideértve a második kísérletet is) átadta egy ideiglenes menedzsment csapatnak, amelyet a Decmissions Investment Co.
1996 közepén, miután a "Bioszféra" irányítását átadták a Columbia Egyetemen (New York City), a tudósok új kísérletet indítottak benne, ezúttal emberek részvétele nélkül. Megkérdezték, hogy a hozam valóban növekszik-e a szén-dioxid százalékos arányának növekedésével (és milyen határig), mi történik a szén-dioxid feleslegével és hol halmozódik fel, valamint azt is, hogy lehetséges-e katasztrofális fordított folyamat a légkörben lévő CO2-tartalom ellenőrizetlen növekedésével. Ezekre a kérdésekre nem lehetett egyértelmű választ kapni.
A tudományos komplexumot sokáig hallgatói gyakorlatként használták, és 2005-ben eladásra bocsátották. A vevőt csak 2007 nyarán találták meg. A Ranching & Development célja a szálloda és oktatási komplexum építése a közelben, maga a Biosphere-2-nek pedig nyilvánosan elérhető turisztikai attrakcióvá kellett válnia. 2007. július 26-án az egyedülálló laboratóriumot átadták az Arizonai Egyetemen.
… A „Bioszféra” egyik belső falán még mindig több sor található, amelyeket az első misszió egyik résztvevője írt: „Csak itt éreztük, mennyire függnek a környező természettől. Ha nincsenek fák, akkor semmi nem lélegzik, ha szennyeződik a víz, akkor semmit sem tudunk inni. Ez a nehezen megszerzett bölcsesség talán a ambiciózus kísérlet legfontosabb eredménye.
BIOS projekt
A folyamatos bioszintézis stabil biofizikai rendszereinek létrehozásának lehetőségeiről szóló kutatás nem sokkal az első személyzettel kezelt űrrepülések után kezdődött. Az egyik legérdekesebb és legsikeresebb munka ebben az irányban a BIOS projekt volt, amelyet a Krasnojarski Biofizikai Intézet (Szovjetunió, ma az Orosz Föderáció) munkatársai indítottak. Ott életmentő rendszereket fejlesztettek ki az emberi űrben való tartózkodáshoz, szélsőséges körülmények között, sarki szélességek, sivatagok, hegyvidékek, víz alatt.
1964-ben a BIOS-1 rendszerben bevezették a gázcserével bezárt kétláncú emberi-klórellás életfenntartó rendszert. Az algák abszorbeáltak a szén-dioxidot és előállították az oxigént, ám ezeket nem lehetett felhasználni élelmezéshez.
Az 1965-ben létrehozott BIOS-2 komplexben az algák mellett magasabb növények is részt vettek - búza, zöldség. 1968-ban az első kísérleteket elvégezték a háromláncú rendszerben "ember - mikroalga - magasabb növények". Elérte a 85% víz újrafelhasználását. Ezen kísérletek alapján létrehozták a BIOS-3-at - egy zárt ökológiai emberi életfenntartó rendszert, autonóm irányítással.
A Bios-3 kísérleti komplex gáz- és vízcseréjének vázlata. A gázvezetékek narancssárga vonallal vannak feltüntetve, víz - fekete Kék nyilak jelzik a menetirányt. A betűk tartalmazzák: B - klórella algák kultivátorok, G - gázfúvó, U - faszénszűrő, C - szennyvízgyűjtők a konyhában és WC-ben, Q - nedvességkondenzátum-gyűjtő gyűjtő a fitotronban, D - tartály háztartási víz forrásához és tárolásához, M - kollektor vizelet, F - egység ivóvíz szorpciós tisztításához.
A BIOS-3 komplexum építését 1972-ben fejezték be. A Krasnojarski Academgorodok Biofizikai Intézetének alagsorában egy zárt helyiséget építettek 14x9x2,5 m-rel és kb. 315 m3-en. 4 egyenlő rekeszre osztották, amelyek közül kettőt fitotronok foglaltak el növények termesztésére, egyet mikroalga-kultivátorok, és az utóbbi egy élő blokk volt, legénység kabinjaival, háztartási és kiegészítő berendezéseivel. A rekeszeket zárt ajtók kötik össze.
A BIOS-Z alapján 10 kísérletet hajtottak végre egy-három ember legénységével. Ezek közül a leghosszabb 180 napig tartott (1972-1973). A gáz- és vízrendszer teljes bezárását el lehetett érni, a személyzet élelmezési igénye 80% -kal volt kielégítve a belső források rovására. Nikolai Bugreev mérnök a leghosszabb ideig (összesen 13 hónap) élt a komplexumban.
A mesterséges megvilágítású üvegházakban búza, szójabab, saláta, chufa (közép-ázsiai olajos növény), sárgarépa, retek, répa, burgonya, uborka, sóska, káposzta, kapor és hagyma különleges fajtáit termesztették. A törpebúza, amelyet Lisovszki G. M. professzor nevel, rövidített szárokkal rendelkezik, amelyek lehetővé tették a hulladék mennyiségének csökkentését. Állati eredetű konzerveket is felhasználtak ételekhez.
A 80-as évek végén a BIOS-Z-ban végzett kísérleteket ideiglenesen leállították.
1991-ben létrehozták I. Gitelzon akadémikus vezetésével a Zárt Ökológiai Rendszerek Nemzetközi Központját, amely a Krasnojarski Biofizikai Intézet szerkezeti részlegévé vált az Orosz Tudományos Akadémia Szibériai ágának. Kutatásának célja a zárt ökoszisztémák prototípusainak és működési modelljeinek létrehozása az emberi hosszú távú életfenntartás érdekében szélsőséges szárazföldi és űrviszonyok között, a Föld bioszféra anyagcseréjének folyamatainak tanulmányozása alapján.
Egy új bioszisztéma-modell kidolgozása 2005-ben kezdődött Krasnojarskban az Európai Űrügynökség támogatásával. Jelenleg a projekt keretében kutatásokat végeznek a hulladék újrahasznosítása és a növénytermesztés területén zárt ökoszisztémákban.
A NASA bioszisztémákat tervez
A NASA szakemberei természetesen nem tudtak tartózkodni a zárt bioszisztémák fejlesztésétől, amelyeket később felhasználhatnának az űrállomások és a bolygóközi hajók személyzetének támogatására. Eredményeik ezen a területen sokkal kisebbek, de kézzelfogható kereskedelmi sikereik vannak.
Egy Ekoszféra nevű biológiai modulról beszélünk, amely egy 10-20 cm átmérőjű, zárt üveglabda-akvárium, tengervízzel feltöltve, kis légbuborékkal, és több Halocaridina rubra garnélarákkal, koralldarabokkal, zöld algákkal és az ételt lebontó baktériumokkal "lakott". a garnélarák létfontosságú funkciói. Az akvárium aljára esztétikai okokból némi homokot és kagylót öntenek.
A gyártók biztosítéka szerint az egész világnak korlátlan ideig teljesen autonómnak kellett lennie - csak napfényre és többé-kevésbé állandó hőmérséklet fenntartására volt szüksége. A garnélarák megsokszorozódott és elpusztult anélkül, hogy túllépte volna azt az összeget, amelyet a rendelkezésre álló források „táplálkozhatnak”. Az ökoszféra azonnal hihetetlenül népszerűvé vált.
Igaz, hamarosan világossá vált, hogy az örökkévalóság csak 2-3 év, azután az akváriumon belüli biológiai egyensúly megzavaródott és lakói meghaltak. Ennek ellenére a hermetikus akváriumok ma is népszerűek - elvégre minden civilizációnak megvan a saját „eltarthatósági ideje”, és a garnélarák szerint még két év sem igazán olyan rossz.
"Űrs hangya" az asztalon
A hangyák csodálatos lények. Szinte minden természetes övezetben megtalálhatók (kivéve az sarkvidéki sivatagokat). Ősi őseik, alig különböznek a család modern képviselőitől, több mint 100 millió évvel ezelőtt éltek a Földön, amiről azt is bizonyítják, hogy megmaradtak a fosszilis iszapban. Nagyon valószínű, hogy akkor is rendelkeztek „kollektív közösség” készségekkel és „kaszták” -ra osztották őket - munkás hangyák, harcosok, vadászok stb.
Egyedül 12,5 ezer osztályozott hangyafaj van, ezeknek a rovaroknak a száma a Földön összesen elérheti a milliárd milliárdot (millió milliárd, 1015). Egy példány átlagos tömege körülbelül 3 mg, teljes biomassza csak nagyságrenddel kevesebb, mint az emberiség biomassza, míg személyenként körülbelül százezer hangyák vannak. Nyilvánvaló, hogy egy ilyen nagy élőlénycsalád a bioszféra egyik legfontosabb eleme. Ezért a myrmecologist (a myrmecology az entomológia egyik ága, amely a hangyákat vizsgálja) aktívan részt vesz a zárt ökoszisztémák létrehozására irányuló tanulmányok többségében.
A hangyák életének nagy része a föld alatti vagy más, nehezen megközelíthető menhelyekben zajlik, ahol rendkívül nehéz megfigyelni őket. A tudósok sok erőfeszítést fordítottak ennek a problémának a megoldására. A "hangya-obszervatórium" legegyszerűbb verziója két átlátszó üveg (műanyag) panelt és köztük lévő homok töltőanyagot tartalmazó műgyapjúnak tekinthető. A megfigyeléseket gyenge fény vagy infravörös sugarakban hajtják végre.
Mivel a homok átlátszatlan, egy ilyen hangyabolyban csak az üvegfal közvetlen közelében lévő alagutak láthatók. Ezenkívül ez a szerkezet nagyon rosszul szállítható - még enyhe rázással is, a hangyák által sorakozott átjárók összeomlanak és összeomlanak. Ezért, hogy kísérletezzenek velük az űrsikló űrhajókon, a NASA munkatársainak olyan élőhelyet kellett megtervezniük, amelyben a hangyák élhetnek, és alagutákat építhetnek, amelyek ellenállnak a gravitáció hirtelen változásainak.
A Mars One projekt koncepciója
Ehhez kifejlesztettek egy speciális zselésszerű töltőanyagot, amely alkalmas a hangyák számára, hogy benne éljenek és alagutak építsenek. Ezenkívül élelmiszer-forrásként szolgál számukra. Ezt a technológiát használták az Antquarium "asztali hangyaboly" felépítéséhez, amely a vadon élő állatok minden szerelmese számára ritka lehetőséget kínál ezen rovarok lenyűgöző életének megfigyelésére.
Az Antquarium nem zárt ökoszisztéma, de a víz és a tápanyagok (a levegőn kívüli) ellátása korlátozott. A kórokozó baktériumok és a hangya elleni paraziták belépésének valószínűsége szintén minimálisra csökken. Ezért egy "átlátszó hangyaboly" hosszú ideje támogathatja lakói életét - feltéve, hogy betartják az utasításokban meghatározott fény- és hőmérsékleti viszonyokat.
„Univerzum, tér, idő” folyóirat, 2014. március