Când, în sfârșit, vor rămâne urmele noastre pe cărările prăfuite ale planetelor îndepărtate? Umanitatea pregătește în mod persistent un răspuns la această întrebare, efectuând cercetări la scară largă și creând tehnologii pentru dezvoltarea altor lumi.
Cuvintele lui Konstantin Tsiolkovski, spuse în urmă cu mai bine de un secol, „Umanitatea nu va rămâne pentru totdeauna pe Pământ …” încep de fapt să devină realitate. Până acum, o persoană a reușit să se îndepărteze de planeta sa de origine doar la distanța orbitei lunare, dar chiar și pe orbitele inferioare, tehnologiile moderne nu pot asigura un zbor cu echipaj complet autonom, care durează mai mult de 3-4 luni: după acest timp, echipajul navei spațiale va avea nevoie cu siguranță de consumabile livrate. de pe Pământ.
Încă nu este posibil să se organizeze o nutriție adecvată, alimentarea cu apă, o aprovizionare constantă cu oxigen și eliminarea eficientă a deșeurilor în izolare de biosfera terestră.
În această etapă, răspunsul la întrebarea „Cum să supraviețuim în spațiul profund?” sună astfel: „luați cu voi” o anumită parte necesară minimă a acestei biosfere, „forțându-l” să funcționeze în condiții de gravitație scăzută, spații mici limitate și un exces de radiații cu energie mare.
Din păcate, toate încercările de implementare a unui astfel de ciclu închis, chiar și în condiții mai ușoare de „pământ”, nu pot fi numite cu succes. Cel mai cunoscut dintre acestea este, fără îndoială, proiectul american „Biosphere-2”, realizat de Space Biosphere Ventures (finanțat în principal de miliardarul Edward Bass).
Soarta „Biosferei”
În vara anului 1991, într-o zonă deșertă din apropierea orașului Oracle (Arizona), s-a finalizat construcția unei structuri pe scară largă, care includea o imensă structură din sticlă-metal care acoperea o suprafață de 1,27 hectare.
Video promotional:
Împreună cu clădirile auxiliare, a fost un sistem ermetic cu un volum de 203.760 m3. În acest volum au fost modelate o serie de biomi: pădure tropicală, savană, tufă rigidă mediteraneană, deșert, mlaștină cu apă dulce și sărată (mangrove) și chiar un mini-ocean cu recif de corali vii.
MARS-500
Pentru pregătirea unui zbor cu echipaj spre Marte, specialiștii ruși au lansat un experiment pe scară largă „Mars-500”. Scopul principal al proiectului este de a studia particularitățile coexistenței a șase persoane într-o cameră izolată mult timp în condiții de comunicare limitată cu Pământul. Complexul Mars-500 nu a fost un sistem închis biologic, sarcina de a studia posibilitatea autosuficienței echipajului nu a fost pusă mult timp. Experimentul a durat 519 zile - de la 3 iunie 2010 până la 4 noiembrie 2011.
Adevărat, „reprezentarea” lor relativă a fost foarte diferită de cea reală - în special, oceanul era mai puțin de o treime din „Biosferă”, în timp ce pe Pământ spațiile de apă ocupă 71% din suprafață. Toată această biodiversitate a fost „populată” cu aproape patru mii de specii de animale, plante și microorganisme.
Compoziția speciilor lor a fost selectată astfel încât să simuleze cel mai bine ciclul biosferic al substanțelor, inclusiv producerea și descompunerea materiei organice (inclusiv descompunerea naturală a deșeurilor umane). Compresoarele uriașe au reglat presiunea internă pentru a se potrivi cu presiunea externă, reducând la minimum scurgerile de aer.
La 26 septembrie 1991, opt persoane - patru bărbați și patru femei - au devenit parte din biosfera artificială. Aveau să petreacă exact doi ani în izolare completă de lumea exterioară (având totuși posibilitatea de a comunica cu el la telefon). Ei trebuiau să folosească alți locuitori ai „Biosferei-2” ca produse alimentare - pește, creveți, capre, pui și porci, precum și legume și fructe cultivate pe zone special amenajate.
S-a presupus că complexul va funcționa autonom, deoarece avea toate condițiile pentru circulația normală a substanțelor. Lumina soarelui, potrivit oamenilor de știință, ar fi trebuit să fie suficientă pentru reproducerea oxigenului de către plante, ca urmare a fotosintezei, viermii și microorganismele furnizate de prelucrare a deșeurilor, insecte - polenizarea plantelor etc. Circulația și purificarea apei s-au efectuat datorită funcționării jaluzelelor care reglează iluminarea solară, ceea ce a provocat curenți de convecție a aerului cald, ceea ce a contribuit la evaporarea de pe suprafața „oceanului”.
Umiditatea condensatoare a scăzut sub formă de ploaie peste „pădurea tropicală”. De acolo s-a scufundat în „mlaștini” și a intrat din nou în „ocean” prin filtre de sol. În procesul de fotosinteză, dioxidul de carbon eliberat în timpul respirației a fost absorbit și, teoretic, ar fi trebuit să se mențină conținutul necesar de oxigen în aer. Cu toate acestea, atât participanții direcți la experiment, cât și liderii săi „din afară” ar putea interfera într-o anumită măsură în funcționarea sistemelor de susținere a vieții.
Toate produsele reziduale au fost descompuse prin metode biologice, oferind nutriție plantelor, unele dintre ele, la rândul lor, au servit ca hrană pentru oameni, pești și animale domestice. Utilizarea substanțelor chimice toxice (insecticide și pesticide) a fost exclusă. Controlul dăunătorilor a fost efectuat prin metode „naturale” - au fost colectate și distruse de mână sau le-au crescut dușmanii naturali.
Utilizarea surselor de energie care poluează mediul, cum ar fi flăcările deschise, a fost de asemenea interzisă. Panourile solare ofereau energie pentru gătit, iluminat și alimentarea echipamentelor.
Părea că totul a fost luat în considerare și a fost construită o lume ideală … Cu toate acestea, problemele nu aveau prea mult timp să vină. Biosfera-2 s-a dovedit a fi suprapopulată. Oamenii nu aveau destule alimente bogate în calorii - trebuiau să planteze niște banane și papaya în „junglă”, să compacteze plantarea de cereale fără să crească zona și să introducă distribuția alimentelor.
Peste „deșertul” de pe acoperișul de sticlă dimineața, apa s-a condensat și a căzut ploaia. Era imposibil să-l elimini, așa că deșertul „s-a transformat treptat” într-o stepă. Câteva luni mai târziu, coroanele multor copaci au început să se spargă sub propria lor greutate: s-a dovedit că pentru formarea normală a lemnului, un factor aparent nesemnificativ precum vântul este extrem de necesar.
Grădina de legume ucrainene pe orbită
Primul cosmonaut al Ucrainei independente Leonid Kadenyuk s-a ocupat de cercetări în domeniul biologiei spațiale în timpul zborului său cu naveta Columbia. Acestea au inclus, în special, experimente privind polenizarea artificială a germenilor de soia și rapiță pentru a obține semințe cu o gravitate zero. Aceste studii au avut un scop practic: echipajele navei spațiale interplanetare care zboară către planetele îndepărtate vor avea cu siguranță nevoie de „grădini spațiale” care să le ofere astronauților hrană și oxigen.
Reproducerea rapidă necontrolată a insectelor și microorganismelor, absorbind activ oxigenul, a început foarte repede. Conținutul său în aer a scăzut la 14% (la norma de 21%) - aceasta corespunde presiunii parțiale la o altitudine de 4080 m deasupra nivelului mării. Drept urmare, starea de sănătate a locuitorilor „Biosferei-2” s-a agravat, iar capacitatea lor de lucru a scăzut vizibil. Una dintre femei i-a tăiat degetul în timp ce lucra la echipamente agricole. Nu a fost posibil să o coase pe cont propriu, iar victima a trebuit să fie evacuată „în lumea mare”.
Ulterior, „puritatea experimentului” a fost încălcată complet: din cauza fenomenului climatic excesiv de activat „El Niño”, cerul din Arizona a fost acoperit cu nori mult mai des decât se aștepta și nu a existat suficientă lumină solară pentru a reproduce oxigenul în timpul fotosintezei.
Pentru a evita consecințele grave, Edward Base a decis să înceapă pomparea acestui gaz sub cupola din exterior. În total, mai mult de 20 de tone au fost pompate. Între timp, cei „experimentali”, pe lângă ocupațiile lor principale, au exterminat cu intensitate gandacii și furnicile excesiv de proliferat (în principal, pur și simplu au apăsat - nu au putut găsi aceste insecte printre locuitorii „Biosferei”).
Foarte repede, echipa s-a împărțit în două grupuri opuse, dintre care una a cerut încetarea imediată a experimentului, iar cea de-a doua a insistat că este necesară „menținerea până la sfârșit”. Întrucât dorința de a „ține” a fost împărtășită de conducerea proiectului, ambele grupuri au fost nevoite să coexiste sub un singur acoperiș până la 26 septembrie 1993, când șapte locuitori emaciați și epuizați din „paradisul pământesc” l-au părăsit definitiv. Dar chiar și 20 de ani mai târziu, reprezentanții diferitelor grupuri evită cu atenție întâlnirile și orice altă comunicare.
Oamenii de știință nu au dorit să abandoneze complexul unic, prin urmare, deja la sfârșitul anului 1993, restaurarea acestuia a fost începută: în doi ani de experiment, proiectarea „Biosferei-2” și multe dintre sistemele sale au fost uzate serios. La 6 martie 1994, cupola a primit șapte noi „rezidenți”, inclusiv o femeie. Ținând cont de experiența predecesorilor lor, cinci dintre ei au reușit să petreacă șase luni într-un sistem închis - până pe 6 septembrie (deși inițial a fost anunțat un experiment de zece luni) - și au reușit să organizeze autosuficiența alimentelor, însă problemele legate de reproducerea necontrolată a microbilor și insectelor nu au putut fi rezolvate.
5 aprilie 1994 Abigail Elling și Mark Van Thillo (Abigail Ailing, Mark Van Thillo) - doi participanți la primul experiment - au reușit să deschidă o linie aeriană și trei uși de ieșire de urgență, rupând etanșeitatea complexului pentru un sfert de oră. De asemenea, au spart cinci panouri de acoperiș din sticlă. Elling a explicat acțiunea ei prin faptul că voia să ofere oamenilor din interior alegerea dintre libertate și „închisoare”.
La 1 iunie 1994, Space Biospheres Ventures a încetat în mod oficial, transferând toate afacerile (inclusiv al doilea experiment) către o echipă temporară de management angajată de Decisions Investment Co.
La mijlocul anului 1996, după ce managementul „Biosferei” a fost transferat la Universitatea Columbia (New York City), oamenii de știință au lansat un nou experiment în aceasta, de data aceasta fără participarea oamenilor. Urmau să afle dacă randamentul crește cu adevărat cu o creștere a procentului de dioxid de carbon (și până la ce limită), ce se întâmplă cu excesul de dioxid de carbon și unde se acumulează și, de asemenea, dacă este posibil un proces invers catastrofal, cu o creștere necontrolată a conținutului de CO2 din atmosferă. Nu a fost posibil să se obțină răspunsuri clare la oricare dintre aceste întrebări.
Multă vreme, complexul științific a fost utilizat pentru practica studenților, iar în 2005 a fost scos la vânzare. Cumpărătorul a fost găsit abia în vara anului 2007. Era Ranching & Development, care intenționa să construiască un complex hotelier și educațional în apropiere, iar Biosphere-2 însuși urma să devină o atracție turistică accesibilă publicului. Pe 26 iulie 2007, laboratorul unic a fost transferat la dispoziția Universității din Arizona.
… Pe unul dintre pereții interiori ai „Biosferei” există încă câteva rânduri scrise de unul dintre participanții la prima misiune: „Numai aici ne-am simțit cât de dependenți de natura înconjurătoare. Dacă nu există copaci, nu vom avea nimic de respirat; dacă apa este poluată, nu vom mai avea nimic de băut. Această înțelepciune greu câștigată este poate cel mai important rezultat al unui experiment ambițios.
Proiect BIOS
Cercetările privind posibilitatea creării unor sisteme biofizice stabile de biosinteză continuă au început curând după primele zboruri spațiale cu echipaj. Una dintre cele mai interesante și de succes lucrări în această direcție a fost proiectul BIOS, lansat de angajații Institutului de Biofizică Krasnoyarsk (URSS, acum Federația Rusă). Acolo, sistemele de susținere a vieții au fost dezvoltate pentru șederea omului în spațiu, în condiții extreme de latitudini polare, deșerturi, munți înalte, sub apă.
În 1964, în sistemul BIOS-1, a fost implementat un sistem de susținere a vieții cu chilorella cu două verigi, închis la schimbul de gaze. Algele au absorbit dioxidul de carbon și au produs oxigen, dar nu au putut fi utilizate pentru alimente.
În complexul BIOS-2, care a început să fie creat în 1965, pe lângă alge, au fost implicate plante superioare - grâu, legume. În 1968, primele experimente au fost efectuate în sistemul cu trei legături „omul - microalge - plante superioare”. Reutilizarea a 85% din reutilizarea apei. Pe baza acestor experimente, a fost creat BIOS-3 - un sistem ecologic închis pentru sprijinirea vieții umane, cu control autonom.
Schema schimbului de gaze și apă în complexul experimental "Bios-3". Căile de gaz sunt prezentate cu linii portocalii, apă - negru. Săgețile albastre indică direcția de mers. Literele indică: B - cultivatoare de alge chlorella, suflantă G - gaz, filtru U - cărbune, C - colectoare de ape reziduale în bucătărie și toaletă, colector Q - colectare condens de umiditate în fitotron, rezervor D pentru fierberea și depozitarea apei menajere, colector M urină, unitate F pentru purificarea sorbiei apei potabile.
Construcția complexului BIOS-3 a fost finalizată în 1972. În subsolul Institutului de Biofizică din Krasnoyarsk Academgorodok, a fost construită o cameră sigilată cu dimensiuni de 14x9x2,5 m și un volum de aproximativ 315 m3. Acesta a fost împărțit în 4 compartimente egale, dintre care două erau ocupate de fitotroni pentru plante în creștere, unul de cultivatori microalgi, iar ultimul era un bloc viu cu cabine de echipaj, gospodărie și echipamente auxiliare. Compartimentele erau conectate prin uși sigilate.
Pe baza BIOS-Z, au fost efectuate 10 experimente cu echipaje de la una la trei persoane. Cea mai lungă dintre ele a durat 180 de zile (1972-1973). A fost posibil să se realizeze o „închidere” completă a sistemului de gaze și apă, necesitățile alimentare ale echipajului au fost satisfăcute cu 80% din resursele interne. Inginerul Nikolai Bugreev a trăit în complex cel mai mult timp (13 luni în total).
În sere în condiții de iluminare artificială, au fost cultivate soiuri speciale de grâu, soia, salată, chufa (cultură de ulei din Asia Centrală), morcovi, ridichi, sfeclă, cartofi, castraveți, sorel, varză, mărar și ceapă. Grâul pitic, crescut de profesorul G. M. Lisovsky, a scurtat tulpinile, ceea ce a făcut posibilă reducerea cantității de deșeuri. Conservele cu produse de origine animală au fost de asemenea folosite pentru alimente.
La sfârșitul anilor 80, experimentele în BIOS-Z au fost oprite temporar.
În 1991, a fost creat Centrul Internațional pentru Sisteme Ecologice Închise sub conducerea academicianului I. I. Gitelzon, care a devenit o subdiviziune structurală a Institutului de Biofizică Krasnoyarsk din Filiala Siberiană a Academiei Ruse de Științe. Scopul cercetării sale este de a crea prototipuri și modele de lucru ale ecosistemelor închise pentru sprijinirea vieții umane pe termen lung în condiții terestre și spațiale extreme, pe baza studierii proceselor de circulație a substanțelor în biosfera Pământului.
Dezvoltarea unui nou model de biosistem a început la Krasnoyarsk în 2005 cu sprijinul Agenției Spațiale Europene. În acest moment, în cadrul acestui proiect, se fac cercetări în domeniul reciclării deșeurilor și cultivarea plantelor în ecosistemele închise.
NASA proiectează biosisteme
Specialiștii NASA, desigur, nu au putut sta departe de dezvoltarea biosistemelor închise, care ar putea fi ulterior folosite pentru a sprijini echipajele stațiilor spațiale și navele interplanetare. Realizările lor în acest domeniu sunt mult mai mici, dar au un succes comercial tangibil.
Vorbim despre un modul biologic numit Ecosferă, care este un acvariu cu bile de sticlă sigilate, cu diametrul de 10-20 cm, umplut cu apă de mare cu o bulă de aer mică și „populat” cu mai multe creveți Halocaridina rubra, bucăți de coral, alge verzi și bacterii care descompun alimentele. funcțiile vitale ale creveților. În partea de jos a acvariului, mai degrabă din motive estetice, se toarnă niște nisip și scoici.
Conform asigurărilor producătorilor, această lume întreagă trebuia să fie absolut autonomă pentru un timp nelimitat - avea nevoie doar de lumina soarelui și menținerea unei temperaturi mai mult sau mai puțin constante. Creveții s-au înmulțit și au murit, fără a depăși cantitatea pe care resursele disponibile le-ar putea „hrăni”. Ecosfera a devenit imediat incredibil de populară.
Este adevărat, în curând a devenit clar că „eternitatea” sa a fost de numai 2-3 ani, după care echilibrul biologic din interiorul acvariului a fost perturbat și locuitorii săi au murit. Cu toate acestea, acvariile ermetice sunt încă populare astăzi - la urma urmei, fiecare civilizație are propria „perioadă de valabilitate” și chiar doi ani după standardele unui creveți nu este chiar așa de rău.
„Furnică spațială” de pe masa ta
Furnicile sunt creaturi uimitoare. Se găsesc în aproape toate zonele naturale (cu excepția deșerturilor arctice). Strămoșii lor antici, puțin diferiți de reprezentanții moderni ai acestei familii, au trăit pe Pământ acum mai bine de 100 de milioane de ani, după cum demonstrează rămășițele lor găsite în noroiul fosilizat. Este foarte probabil ca chiar și atunci să aibă abilitățile unei „comunități colective” și să fie subdivizate în „castele” - furnici muncitoare, războinici, vânători etc.
Există mai mult de 12,5 mii de specii clasificate de furnici singure. Numărul total al acestor insecte pe Pământ poate ajunge la un cvadrilion (un milion de miliarde sau 1015). Cu o masă medie de un exemplar de aproximativ 3 mg, biomasa lor totală se dovedește a fi doar un ordin de mărime mai mic decât biomasa omenirii, în timp ce există aproximativ sute de mii de furnici de persoană. Este evident că o familie atât de mare de lucruri vii este unul dintre cele mai importante elemente ale biosferei. Prin urmare, Myrmecologii (Myrmecology este o ramură a entomologiei care studiază furnicile) sunt implicați activ în majoritatea cercetărilor dedicate creării ecosistemelor închise.
Partea principală a vieții furnicilor are loc în adăposturi subterane sau în alte localuri greu accesibile, unde este extrem de dificil să le observi. Oamenii de știință au depus mult efort pentru a rezolva această problemă. Cea mai simplă versiune a „observatorului de furnici” poate fi considerată o furnică artificială a două panouri transparente din sticlă (plastic) și umplutură de nisip între ele. Observațiile sunt efectuate în lumina slabă sau în raze infraroșii.
Deoarece nisipul este opac, într-un astfel de furnic nu puteți vedea decât tunelurile direct adiacente peretelui de sticlă. În plus, această structură este foarte slab transportabilă - chiar și cu o ușoară scuturare, pasajele aliniate de furnici se prăbușesc și se prăbușesc. Prin urmare, pentru a experimenta cu navele spațiale navetelor spațiale, angajații NASA au fost nevoiți să proiecteze un habitat în care furnicile să poată trăi și să construiască tuneluri care să reziste la efectele schimbărilor bruște ale gravitației.
Concept pentru proiectul Mars One
Pentru aceasta, a fost dezvoltată o umplutură specială de tip jeleu, potrivită pentru furnici care să trăiască în ea și să construiască tuneluri. El servește și ca sursă de hrană pentru ei. Această tehnologie a fost folosită pentru a construi „furnica de birou” Antquarium, care oferă tuturor iubitorilor de animale sălbatice o rară oportunitate de a observa viața fascinantă a acestor insecte.
Antquarium nu este un ecosistem închis, dar furnizarea de apă și nutrienți (în afară de aer) este limitată. Probabilitatea bacteriilor patogene și a paraziților de furnici să fie, de asemenea, redusă. Prin urmare, un „furnic transparent” poate susține viața locuitorilor săi pentru o perioadă îndelungată de timp - cu condiția respectării condițiilor de lumină și temperatură specificate în instrucțiuni.
Jurnalul „Univers, spațiu, timp”, martie 2014
