Når endelig vil sporene våre forbli på de støvete banene til fjerne planeter? Mennesket forbereder iherdig svar på dette spørsmålet, driver storstilt forskning og skaper teknologier for utvikling av andre verdener.
Ordene fra Konstantin Tsiolkovsky, sa for mer enn hundre år siden, "Menneskeheten vil ikke forbli for alltid på jorden …" begynner faktisk bare å gå i oppfyllelse. Så langt har en person vært i stand til å bevege seg bort fra hjemmeplaneten bare på avstand fra månebanen, men selv i lavere baner kan ikke moderne teknologier sørge for en fullstendig autonom bemannet flytur som varer mer enn 3-4 måneder: etter denne tiden vil besetningen på romfartøyet definitivt trenge forbruksvarer levert fra jorden.
Det er fremdeles ikke mulig å organisere tilstrekkelig næring, vannforsyning, konstant tilførsel av oksygen og effektiv avhending av avfallsstoffer isolert fra jordens biosfære.
På dette stadiet er svaret på spørsmålet "Hvordan overleve i det dype rom?" høres slik ut: "ta med deg" en viss minimum nødvendig del av denne biosfæren, "tvinger" den til å fungere under forhold med lav tyngdekraft, små trange rom og overflødig høyenergistråling.
Dessverre kan ikke alle forsøk på å implementere en slik lukket syklus, selv i mildere "bakkeforhold", kalles vellykket. Det mest kjente av disse er utvilsomt det amerikanske prosjektet "Biosphere-2", utført av Space Biosphere Ventures (hovedsakelig finansiert av milliardæren Edward Bass).
Skjebnen til "biosfæren"
Sommeren 1991, i et ørkenområde nær byen Oracle (Arizona), ble byggingen av en storstilt struktur fullført, som omfattet en enorm glassmetallstruktur som dekket et område på 1,27 hektar.
Salgsfremmende video:
Sammen med hjelpebyggene var det et hermetisk system med et volum på 203 760 m3. En rekke biomer er blitt modellert i dette volumet: regnskog, savanne, middelhavsstiv busk, ørken, ferskvann og salt (mangrove) sump, og til og med et mini-hav med et levende korallrev.
Mars-500
Som forberedelse til en bemannet flyreise til Mars, lanserte russiske spesialister et storstilt eksperiment "Mars-500". Hovedmålet med prosjektet er å studere funksjonene i sameksistensen til seks personer i et isolert rom i lang tid under forhold med begrenset kommunikasjon med jorden. Mars-500-komplekset var ikke et biologisk lukket system, oppgaven med å studere muligheten for mannskapets selvforsyning ble ikke stilt på lenge. Eksperimentet varte i 519 dager - fra 3. juni 2010 til 4. november 2011.
Det var sant at deres relative "representasjon" var veldig forskjellig fra den virkelige - spesielt var havet mindre enn en tredel av "biosfæren", mens vann på jorda okkuperte 71% av overflaten på jorda. Alt dette biologiske mangfoldet har blitt "befolket" med nesten fire tusen arter av dyr, planter og mikroorganismer.
Deres artssammensetning ble valgt for å best mulig simulere den biosfæriske syklusen av stoffer, inkludert produksjon og nedbrytning av organisk materiale (inkludert naturlig nedbrytning av menneskelig avfall). De gigantiske kompressorene justerte det indre trykket for å matche det ytre trykket, og minimere luftlekkasjer.
26. september 1991 ble åtte personer - fire menn og fire kvinner - en del av den kunstige biosfæren. De skulle tilbringe nøyaktig to år i fullstendig isolasjon fra omverdenen (å ha muligheten til å kommunisere med ham på telefon). De måtte bruke andre innbyggere i "Biosphere-2" som matprodukter - fisk, reker, geiter, kyllinger og griser, samt grønnsaker og frukt som ble dyrket på spesielt utpekte områder.
Det ble antatt at komplekset ville fungere autonomt, siden det hadde alle betingelsene for normal sirkulasjon av stoffer. Sollys, ifølge forskere, skal ha vært nok for reproduksjon av oksygen av planter som et resultat av fotosyntesen, ormer og mikroorganismer gitt avfallsbehandling, insekter - pollinering av planter, etc. Sirkulasjonen og rensingen av vann ble utført takket være driften av persienner som regulerer solbelysningen, som forårsaket konveksjonsstrømmer av varm luft, noe som bidro til fordampning fra overflaten av "havet".
Kondenserende fuktighet falt ut i form av regn over den "tropiske skogen". Derfra sivet den inn i "sumpene" og kom igjen inn i "havet" gjennom jordfilter. I prosessen med fotosyntese ble karbondioksid frigitt under respirasjon absorbert, og i teorien skal det nødvendige oksygeninnholdet i luften ha blitt opprettholdt. Imidlertid kunne både de direkte deltakerne i eksperimentet og dets ledere "utenfra" forstyrre seg til en viss grad i driften av livsstøttesystemer.
Alle avfallsstoffer ble dekomponert ved biologiske metoder, noe som ga næring til planter, hvorav noen igjen tjente som mat for mennesker, fisk og husdyr. Bruken av giftige kjemikalier (insektmidler og plantevernmidler) ble fullstendig utelukket. Skadedyrkontroll ble utført ved "naturlige" metoder - de ble samlet og ødelagt for hånd eller avlet sine naturlige fiender.
Bruk av energikilder som forurenser miljøet, som åpen ild, var heller ikke tillatt. Solcellepaneler ga energi til matlaging, belysning og strømforsyning av utstyret.
Det så ut til at alt ble tatt med i betraktningen og en ideell verden ble bygget … problemene var imidlertid ikke lenge til å komme. Biosphere-2 viste seg å være overbefolket. Folk hadde ikke nok kaloriinnholdig mat - de måtte plante noen bananer og papaya i "jungelen", komprimere plantingen av frokostblandinger uten å øke området og innføre matfordeling.
Over "ørkenen" på glasstaket om morgenen kondenserte vann og regn falt. Det var umulig å eliminere det, så ørkenen gradvis "forvandlet" til en steppe. Noen måneder senere begynte kronene på mange trær å bryte under sin egen vekt: det viste seg at for en normal dannelse av tre er en så tilsynelatende ubetydelig faktor som vind ekstremt nødvendig.
Ukrainsk grønnsakshage i bane
Den første kosmonaut av det uavhengige Ukraina Leonid Kadenyuk var engasjert i forskning innen rombiologi under sin flytur med Columbia-skyttelbussen. De inkluderte spesielt eksperimenter på kunstig pollinering av soya- og rapsfrø for å oppnå frø i null tyngdekraft. Disse studiene hadde et praktisk formål: mannskapene i interplanetær romfartøy som flyr til fjerne planeter vil definitivt trenge "romhager" som vil gi astronautene mat og oksygen.
Raskt ukontrollert reproduksjon av insekter og mikroorganismer, aktivt absorberende oksygen, begynte veldig raskt. Innholdet i luften falt til 14% (ved normen 21%) - dette tilsvarer deltrykket i en høyde på 4080 moh. Som et resultat har helsetilstanden for innbyggerne i "Biosphere-2" blitt forverret, og deres arbeidsevne har merkbart falt. En av kvinnene klippet av fingeren mens hun jobbet med landbruksutstyr. Det var ikke mulig å sy det på egen hånd, og offeret måtte evakueres "til den store verden."
Senere ble "renheten i eksperimentet" fullstendig krenket: på grunn av det altfor aktiverte klimatiske fenomenet "El Niño", var himmelen over Arizona dekket med skyer mye oftere enn forventet, og det var ikke nok sollys til å reprodusere oksygen under fotosyntesen.
For å unngå alvorlige konsekvenser bestemte Edward Base seg for å begynne å pumpe denne gassen under kuppelen utenfra. Totalt måtte mer enn 20 tonn av det pumpes. I mellomtiden utryddet de "eksperimentelle", i tillegg til deres viktigste yrker, anstrengende spredte kakerlakker og maur (hovedsakelig presset de ganske enkelt - de kunne ikke finne disse insektene blant innbyggerne i "biosfæren").
Ganske raskt delte teamet seg i to motstridende grupper, hvorav den ene krevde eksperimentets umiddelbare avslutning, og den andre insisterte på at det var nødvendig å "holde på til slutten." Siden ønsket om å "holde ut" også ble delt av prosjektledelsen, ble begge grupper tvunget til å sameksistere under ett tak til 26. september 1993, da syv avmagrede og utmattede innbyggere i "det jordiske paradis" til slutt forlot det. Men selv 20 år senere unngår representanter for forskjellige grupper nøye møter og all annen kommunikasjon.
Forskere ønsket ikke å forlate det unike komplekset, derfor allerede i slutten av 1993 ble restaureringen startet: i to års eksperiment ble designen av "Biosphere-2" og mange av systemene alvorlig utslitt. 6. mars 1994 fikk kuppelen syv nye "innbyggere", inkludert en kvinne. Tatt i betraktning erfaringene fra forgjengerne deres, klarte fem av dem å tilbringe seks måneder i et lukket system - til 6. september (selv om et ti måneders eksperiment opprinnelig ble kunngjort) - og klarte å organisere selvforsyning med mat, men problemene med den ukontrollerte reproduksjonen av mikrober og insekter kunne ikke løses.
5. april 1994 klarte Abigail Elling og Mark Van Thillo, to deltakere i det første eksperimentet, å åpne en luftsluse og tre nødutgangsdører, og brøt tettheten til komplekset i et kvarter. De knuste også fem glasstak. Elling forklarte handlingen sin ved at hun ønsket å gi folket i valget mellom frihet og "fengsling."
1. juni 1994 opphørte Space Biospheres Ventures offisielt å eksistere, og overførte all virksomhet (inkludert det andre eksperimentet) til et midlertidig lederteam ansatt av Decisions Investment Co.
I midten av 1996, etter at ledelsen av "biosfæren" ble overført til Columbia University (New York City), forskere lanserte et nytt eksperiment i det, denne gangen uten deltakelse fra mennesker. De skulle finne ut om utbyttet virkelig øker med en økning i prosentandelen av karbondioksid (og til hvilken grense), hva som skjer med overflødig karbondioksid og hvor det akkumuleres, og også om en katastrofal omvendt prosess er mulig med en ukontrollert økning av innholdet av CO2 i atmosfæren. Det var ikke mulig å få klare svar på noen av disse spørsmålene.
I lang tid ble det vitenskapelige komplekset brukt til studentpraksis, og i 2005 ble det lagt ut for salg. En kjøper ble funnet bare sommeren 2007. Det var Ranching & Development, som hadde til hensikt å bygge et hotell og et utdanningskompleks i nærheten, og Biosphere-2 selv skulle bli en offentlig tilgjengelig turistattraksjon. 26. juli 2007 ble det unike laboratoriet overført til disposisjon for University of Arizona.
… På en av innerveggene i "biosfæren" er det fortsatt flere linjer skrevet av en av deltakerne på det første oppdraget: "Bare her følte vi hvor avhengig av naturen rundt. Hvis det ikke er trær, har vi ingenting å puste; hvis vannet er forurenset, vil vi ikke ha noe å drikke. " Denne hardt vunne visdommen er kanskje det viktigste resultatet av et ambisiøst eksperiment.
BIOS-prosjekt
Forskning på muligheten for å lage stabile biofysiske systemer for kontinuerlig biosyntese begynte snart etter de første bemannede romflyvningene. Et av de mest interessante og vellykkede verkene i denne retningen var BIOS-prosjektet, som ble lansert av ansatte ved Krasnoyarsk Institute of Biophysics (USSR, nå den russiske føderasjonen). Der ble livsstøttesystemer utviklet for menneskelig opphold i verdensrommet, under ekstreme forhold med polare breddegrader, ørkener, høylandet, under vann.
I BIOS-1-systemet ble det i 1964 implementert et to-leddet menneskelig-chlorella livstøttesystem, stengt på gassutveksling. Alger absorberte karbondioksid og produserte oksygen, men de kunne ikke brukes til mat.
I BIOS-2-komplekset, som begynte å bli opprettet i 1965, var i tillegg til alger involvert høyere planter - hvete, grønnsaker. I 1968 fant de første eksperimentene sted i det trelinkede systemet "mann - mikroalger - høyere planter". Nådde 85% vannbruk. Basert på disse eksperimentene ble BIOS-3 opprettet - et lukket økologisk menneskelig livssystem med autonom kontroll.
Ordning med utveksling av gass og vann i eksperimentkomplekset "Bios-3". Bensinstier vises med oransje linjer, vannsvart. Blå piler indikerer kjøreretningen. Bokstaver indikerer: B - chlorella algeavlere, G - gassblåsere, U - kullfilter, C - spillvannsoppsamlere på kjøkkenet og toalettet, Q - fuktkondensatoppsamler i fytotronen, D - tank for koking og lagring av husholdningsvann, M - oppsamler urin, F - enhet for sorpsjonsrensing av drikkevann.
Byggingen av BIOS-3-komplekset ble fullført i 1972. I kjelleren på Institute of Biophysics i Krasnoyarsk Academgorodok ble det bygget et forseglet rom med dimensjoner 14x9x2,5 m og et volum på ca 315 m3. Det ble delt inn i 4 like rom, hvorav to ble okkupert av fytotroner for dyrking av planter, ett av mikroalgerdyrkere, og det siste var en boligblokk med mannskapshytter, husholdningsutstyr og hjelpeutstyr. Rommene var forbundet med forseglede dører.
På grunnlag av BIOS-Z ble det utført 10 eksperimenter med mannskaper på en til tre personer. Den lengste av dem varte i 180 dager (1972-1973). Det var mulig å oppnå en fullstendig "nedleggelse" av systemet for gass og vann, mannskapets matbehov ble tilfredsstilt med 80% fra interne ressurser. Ingeniøren Nikolai Bugreev bodde lengst i komplekset (totalt 13 måneder).
I drivhus under kunstig belysning ble det dyrket spesielle varianter av hvete, soyabønner, salat, chufa (sentralasiatisk oljefrøavling), gulrøtter, reddiker, rødbeter, poteter, agurker, sorrel, kål, dill og løk. Dverghvete, avlet av professor G. M. Lisovsky, har forkortet stengler, noe som gjorde det mulig å redusere mengden avfall. Hermetikk med animalske produkter ble også brukt til mat.
På slutten av 80-tallet ble eksperimenter i BIOS-Z midlertidig stoppet.
I 1991 ble det internasjonale senteret for lukkede økologiske systemer opprettet under ledelse av akademiker I. I. Gitelzon, som ble en strukturell underavdeling av Krasnoyarsk Institute of Biophysics, Siberian Branch ved Russian Academy of Sciences. Formålet med forskningen hans er å lage prototyper og arbeidsmodeller av lukkede økosystemer for langsiktig menneskelivsstøtte under ekstreme land- og romforhold på grunnlag av å studere prosessene for sirkulasjon av stoffer i jordas biosfære.
Utviklingen av en ny biosystemmodell begynte i Krasnoyarsk i 2005 med støtte fra European Space Agency. For øyeblikket, innenfor rammen av dette prosjektet, forskes det innen avfallshåndtering og dyrking av planter i lukkede økosystemer.
NASA designer biosystemer
NASA-spesialister kunne selvfølgelig ikke holde seg unna utviklingen av lukkede biosystemer, som senere kunne brukes til å støtte mannskapene på romstasjoner og interplanetisk romfartøy. Prestasjonene deres på dette området er mye mindre, men de har konkret kommersiell suksess.
Vi snakker om en biologisk modul kalt Ecosphere, som er et forseglet glassballakvarium med en diameter på 10-20 cm, fylt med sjøvann med en liten luftboble og "befolket" med flere Halocaridina rubra reker, biter av koraller, grønne alger og bakterier som bryter ned mat viktige funksjoner av reker. I bunnen av akvariet, heller av estetiske grunner, helles det litt sand og skjell.
I følge forsikringene fra produsentene skulle hele denne verden være helt autonom i en ubegrenset tid - den trengte bare sollys og opprettholde en mer eller mindre konstant temperatur. Reke mangedoblet seg og døde, uten å gå utover mengden som de tilgjengelige ressursene kunne "mate". Økosfæren ble umiddelbart utrolig populær.
Det ble sant at det snart ble klart at dens "evighet" bare var 2-3 år, hvoretter den biologiske balansen i akvariet ble forstyrret og innbyggerne døde. Ikke desto mindre er hermetiske akvarier fremdeles populære i dag - tross alt har hver sivilisasjon sin egen "holdbarhet", og til og med to år etter standardene til en reke er egentlig ikke så ille.
"Space anthill" på bordet ditt
Maur er fantastiske skapninger. De finnes i nesten alle naturlige soner (bortsett fra arktiske ørkener). Deres gamle forfedre, litt forskjellig fra de moderne representantene for denne familien, bodde på jorden for over 100 millioner år siden, noe som fremgår av restene deres som er funnet i fossilisert gjørme. Det er veldig sannsynlig at selv da hadde de ferdighetene til et "kollektivt samfunn" og ble delt inn i "kaster" - arbeidermyrer, krigere, jegere, etc.
Det er mer enn 12,5 tusen klassifiserte arter av maur alene. Det totale antallet av disse insektene på jorden kan nå en firemiljon (en million milliarder eller 1015). Med en gjennomsnittlig masse på ett eksemplar på omtrent 3 mg, viser det seg at deres totale biomasse bare er en størrelsesorden mindre enn menneskehetens biomasse, mens det er rundt hundretusener av maur per person. Det er åpenbart at en så stor familie av levende ting er et av de viktigste elementene i biosfæren. Derfor er myrmekologer (myrmekologi er en gren av entomologi som studerer maur) aktivt involvert i det meste av forskningen som er viet til opprettelse av lukkede økosystemer.
Hoveddelen av maurens liv foregår i underjordiske eller andre vanskelig tilgjengelige tilfluktsrom, hvor det er ekstremt vanskelig å observere dem. Forskere har brukt mye krefter på å løse dette problemet. Den enkleste versjonen av "maurobservatoriet" kan betraktes som en kunstig maurtue av to gjennomsiktige glass (plast) paneler og sandfiller mellom dem. Observasjoner blir utført i svakt lys eller infrarøde stråler.
Siden sanden er ugjennomsiktig, i en slik maurtue kan du bare se tunnelene rett ved siden av glassveggen. I tillegg er denne strukturen veldig dårlig transportabel - selv ved en svak risting smuldrer passasjene opp av maur og kollapser. Derfor, for å eksperimentere med dem på romskipet, måtte NASA-ansatte utforme et leveområde hvor maurene kunne leve og bygge tunneler som kunne motstå effekten av plutselige tyngdekraftsforandringer.
Konsept for Mars One-prosjektet
For dette ble et spesielt gelélignende fyllstoff utviklet som egnet for maur å bo i det og bygge tunneler. Han tjener også som en kilde til mat for dem. Denne teknologien ble brukt til å bygge Antquarium "desktop anthill", som gir alle naturelskere en sjelden mulighet til å observere det fascinerende livet til disse insektene.
Antikvariet er ikke et lukket økosystem, men tilførselen av vann og næringsstoffer (annet enn luft) der er begrenset. Sannsynligheten for at patogene bakterier og maurparasitter kommer inn der er også minimert. Derfor kan en "gjennomsiktig maurtue" støtte livet til innbyggerne i ganske lang tid - forutsatt at lys- og temperaturforholdene som er spesifisert i instruksjonene, blir overholdt.
Tidsskrift "Universe, Space, Time", mars 2014
