Kā Krasnojarskā tika radīta pasaulē pirmā instalācija autonomai izdzīvošanai kosmosā
Filmā "Marsietis" varonim bija jāgaida nākamā ekspedīcija, kas ieradīsies uz Sarkanās planētas ar nelielu ūdens, pārtikas un gaisa krājumu. Amerikāņu kino mēģināja izdomāt, kā to izdarīt, un padomju zinātnieki līdzīgu problēmu atrisināja vēl pirms Endija Veijera grāmatas uzrakstīšanas par izdzīvošanu uz Marsa.
Pirms pusgadsimta SB RAS Krasnojarskas fizikas institūtā tika izveidota ierīce, kas palīdzētu astronautam izdzīvot uz jebkuras planētas bez īpašām problēmām un palīdzības no malas. Revolucionārā BIOS-3 slēgtās ķēdes apgādes sistēma, kurai pasaulē nav analogu, gandrīz pilnībā nodrošināja tajā esošos cilvēkus ar ūdeni, skābekli un pārtiku. Pietika paņemt līdzi ļoti mazu krājumu, un tad visu saražoja un iztīrīja pati sistēma.
Russian Planet noskaidroja, kā Sibīrijas zinātnieki spēja palikt priekšā savam laikam un kolēģiem.
Elpot ar aļģēm
- Pirmie eksperimenti par slēgtu autonomu dzīvības atbalsta sistēmu izveidi sākās Krasnojarskā 1960. gadu beigās, - vadošais pētnieks, Krievijas Zinātņu akadēmijas Sibīrijas nodaļas Biofizikas institūta zinātniskais sekretārs, bioloģijas zinātņu kandidāts Jegors Zaderejevs stāsta RP korespondents. - Zinātnieki ir noskaidrojuši, ka, lai divi cilvēki dzīvotu gadā, viņiem nepieciešami aptuveni 300 kg skābekļa, 2,5 tonnas ūdens un 400 kg pārtikas. Tajā pašā laikā tie izdalīs 350 kg oglekļa dioksīda un tonnu atkritumu, kas ir jāpārstrādā. Atlika izdomāt, kā viņiem to visu nodrošināt vidē, kas ir izolēta no ārpasaules.
Eksperti veica eksperimentus un apstiprināja hipotēzi, ka dzīvā organisma attīstības potenciāls ir lielāks nekā realizējamās iespējas. Kad vienšūnas aļģes Chlorella tika novietotas ideālos apstākļos, tās sāka augt daudz ātrāk un ražot vairāk skābekļa nekā dabiskajā vidē, kā arī aktīvāk pārstrādāt oglekļa dioksīdu.
Aļģes nelielā tvertnē sāka pietikt, lai cilvēks varētu normāli elpot visu dienu, ievietojot seju īpašā caurumā, kas neļauj gaisam no ārpuses. Tātad 1964. gadā viņi izveidoja sistēmu ar slēgtu skābekļa pavairošanas ciklu "BIOS-1", kas palīdzēja cilvēkam elpot bezgaisa telpā, piemēram, kosmosā. Tad zinātnieki varēja palielināt laiku, kas pavadīts slēgtā telpā, no 12 stundām līdz 30 dienām. Vēlāk tika slēgta arī ūdens apmaiņa, kas ļāva veikt 45 dienu eksperimentu.
Tomēr aļģes bija noderīgas tikai tāpēc, lai nodrošinātu cilvēku ar skābekli un atbrīvotos no oglekļa dioksīda. Ja ierobežotā telpā nav citu augu, tad jums būs jāēd arī aļģes. Cilvēka ķermenim var būt pietiekami daudz barības vielu, taču garīgās veselības saglabāšana, ievērojot šādu diētu, būs problemātiska.
1966. gadā zinātnieki uzsāka eksperimentus ar dārzeņiem un graudaugiem un rezultātā izveidoja BIOS-2 instalāciju. Izrādījās, ja tiem pašiem kviešiem tiks radīti ideāli augšanas apstākļi - bez temperatūras izmaiņām, laika apstākļu izmaiņām, nezālēm, tad tie dos sešas reizes gadā, turklāt vairākas reizes vairāk nekā dabiskos apstākļos. Pa ceļam pētnieki noteica, cik daudz kviešu jāsēj, lai pabarotu vienu cilvēku.
Bionāti bunkurā
“Kad krievu kosmonautikas dibinātājs Sergejs Koroļovs uzzināja par eksperimentiem, kas tika veikti SB RAS Fizikas institūtā, viņš par tiem sāka interesēties un tikās ar Krasnojarskas institūta dibinātāju un direktoru, akadēmiķi Leonīdu Kirenski,” turpina Jegors Zaderejevs. - Pēc Koroļeva personīgā pasūtījuma, kuram bija nepieciešama autonoma dzīvības atbalsta sistēma stacijai uz Mēness, tika piešķirti līdzekļi pētniecības turpināšanai. Tie ļāva rekordīsā laikā, tikai septiņos gados, izveidot mākslīgu ekosistēmu "BIOS-3".
Krasnojarskas biofiziķi par tiem laikiem saņēma milzīgu naudu - 1 miljonu rubļu. Par šiem līdzekļiem līdz 1972. gadam viņi uzcēla īpašu no ārpasaules izolētu bunkuru ar nerūsējošā tērauda sienām, kura kopējais tilpums bija 315 kubikmetri. m, un platība ir 14x9x2, 5 m.
Bunkurs bija paredzēts trīs cilvēku izmitināšanai un tika sadalīts četrās daļās. Vienā bija dzīvojamās kajītes ar gultām, virtuve-ēdamistaba, vannas istaba un darba zona-darbnīca-laboratorija ar iekārtām kultūraugu apstrādei, izmantojot neēdamu biomasu, kā arī ar ūdens un gaisa attīrīšanas sistēmām. Pārējās trīs daļas bija paredzētas augiem. Slēgtā telpā un mākslīgā apgaismojumā auga aļģes, kā arī tika audzētas sojas pupu, salātu, gurķu, redīsu, burkānu, biešu, diļļu, kāpostu, kartupeļu un sīpolu šķirnes. Viņi atjaunoja ūdeni un skābekli, kā arī nodrošināja "bionautus" ar visām uzturvielām, vitamīniem un mikroelementiem, kas nepieciešami viņu pastāvēšanai. Tur auga arī pundurkvieši ar ļoti īsu kātiņu, ko speciāli audzēja Krasnojarskas selekcionārs Henriks Lisovskis: auss neēdamā daļa bija minimāla izmēra, un atkritumu bija maz. Viņa deva ražu 200–300 centneru uz hektāru. Un Vidusāzijas garšaugs chufa nodrošināja cilvēkus ar augu eļļu.
Lai cilvēki "BIOS" iekšpusē varētu sazināties ar ārpasauli, slēgts bunkurs tika nodrošināts ar televizoru un telefonu. Tika uzstādīta dzesēšanas un barošanas sistēma.
- 70. gadu sākumā trīs brīvprātīgie no darbinieku vidus pirmo reizi dzīvoja bunkurā sešus mēnešus - 180 dienas, no 1972. gada 24. decembra līdz 1973. gada 22. jūnijam, - stāsta Jegors Zaderejevs. Viss skābeklis, ko viņi elpoja, nāca no augiem, kurus viņi izaudzēja. Viņi arī apstrādāja oglekļa dioksīdu. Sākotnēji pieejamais ūdens krājums tika apstrādāts un attīrīts, lai to varētu izmantot daudzas reizes.
Notiek nākamā saziņas sesija ar testētājiem BIOS-3 instalācijā. Tests V. V. Terskiha (logā), 1973. gada foto. Foto: photo.kirensky.ru
Eksperimenta dalībnieki ēda pašu audzētus dārzeņus, vāca un slīpēja kviešus un no tā cepa maizi. Tātad viņi saņēma 300 gramus maizes un 400 gramus dārzeņu dienā. Dzīvnieku olbaltumvielu "bionauti" nodrošināja konservus un liofilizētu gaļu. Pastāvīgi medicīniskie novērojumi parādīja, ka šāda diēta, kā arī apstrādāts un attīrīts ūdens un gaiss nelabvēlīgi neietekmēja brīvprātīgo veselību.
Eksperiments ilga tikai sešus mēnešus. Kļuva skaidrs, ka nav jēgas to turpināt: BIOS izveidotā slēgtā dzīvības atbalsta sistēma darbojas nevainojami. Mākslīgi radīts konveijers ūdens, skābekļa un pārtikas ražošanai neizdodas. Protams, ar nosacījumu, ka liels elektroenerģijas daudzums nāk no ārpuses, taču šī problēma kosmosā vai uz jebkuras planētas ir viegli atrisināma ar atomelektrostacijas vai saules paneļu palīdzību.
Gads aiz aizvērtām durvīm
Stacijā "BIOS-3", kas imitē ārpuszemes apmetni, notika 10 eksperimenti par autonomu izdzīvošanu. Tajās piedalījās viena līdz trīs cilvēku ekipāžas. Inženieris Nikolajs Bugreevs BIOS -3 dzīvoja ilgāk nekā pārējie "bionauti" - kopā 13 mēnešus.
1968. gadā Starptautiskās Astronautikas federācijas XIX kongresā Krasnojarskas attīstība tika uzskatīta par vienu no iespējamiem bioloģiskās sistēmas prototipiem cilvēku dzīves nodrošināšanai jaunā kosmosa izpētes stadijā - garu ekspedīciju laikā. Tas ir kļuvis par Sibīrijas biofiziķu sasniegumu atzīšanu visā pasaulē.
Zinātniekiem bija jāatrisina vēl viena fundamentāla problēma - kā nodrošināt cilvēkus ierobežotā telpā ne tikai ar augu pārtiku, bet arī ar olbaltumvielām. Viens no BIOS -3 veidotājiem, akadēmiķis Iosifs Gitelzons tolaik izvirzīja revolucionāru ideju - šim nolūkam izmantot ģenētiski modificētus augus, kas ražotu vēlamo dzīvnieku olbaltumvielu. Palika neatrisinātas arī augu biomasas dabiskās izmantošanas problēmas un no cilvēka ķermeņa izdalītā sāls atgriešanās intrasistēmiskajā masu apmaiņā.
Zinātnieki nolēma atkārtot veiksmīgu eksperimentu uz Zemes kosmosā. Krasnojarskas institūts sāka sagatavot pirmos konteinerus augu audzēšanai nulles gravitācijas apstākļos, bet pēc tam izcēlās perestroika. Pilnīga finansējuma trūkuma dēļ unikālie pētījumi, kuriem tajā laikā nebija analogu pasaulē, bija jāpārtrauc, un BIOS-3 tika apspiesta.
No kreisās uz labo pusi-6 mēnešu eksperimenta dalībnieki BIOS-3: M. P. Šilenko, V. V. Terskiha, N. I. Petrovs, foto 1973. Foto: photo.kirensky.ru
Tuksneša šķirsts
Tikai pēc 15 gadiem, 1985. gadā, ASV tika mēģināts veikt līdzīgu eksperimentu.
Par multimiljonāra Ed Bass naudu Arizonā no hermētiskiem kupoliem 12 tūkstošu kvadrātmetru platībā tika uzcelta milzu bāze "Biosphere-2". m) Šajā plašajā teritorijā zinātnieki ir atveidojuši sauszemes ainavas - tuksnesi, tropiskos mežus, savannas, pat nelielu okeānu ar koraļļu rifu, iestādījuši augus un ienesuši simtiem dzīvnieku sugu. Tika pieņemts, ka tas viss pieaugs un vairosies pats no sevis un nodrošinās eksperimenta brīvprātīgos ar visu nepieciešamo dzīvībai.
"Tomēr ļoti drīz kļuva skaidrs, ka trūkst skābekļa, mums bija jāatver logi, lai gaiss varētu iekļūt no ārpuses," saka Krievijas Zinātņu akadēmijas korespondējošais loceklis, bioloģijas zinātņu doktors Sergejs Olenins. - Tad augiem sāka sāpēt un iet bojā, dažas dzīvnieku sugas izmira. Izaudzēts neticami daudz prusaku un skudru. Pārtikas nebija pietiekami, tas bija jānes no ārpuses. Divus gadus vēlāk eksperiments tika pārtraukts, lai gan "Biosfēras-2" veidotāji cerēja, ka mākslīgā ekosistēma varētu pastāvēt autonomā režīmā vismaz 100 gadus.
Pēc neveiksmīga pirmā mēģinājuma amerikāņu pētnieki veica izmaiņas radītajā mākslīgajā pasaulē un 2007. gadā uzsāka otro eksperimentu. Tomēr tas tika pārtraukts cita iemesla dēļ: viens no jaunās brīvprātīgo komandas dalībniekiem strīda laikā uzbruka citiem. Pēc tam investors zaudēja interesi par projektu, un tagad šo "Noasa šķirstu" tuksneša vidū apmeklē tikai tūristi.
- Pērn Ķīnā tika veikts vēl viens autonomas izdzīvošanas eksperiments. Tas tika nosaukts par "Mēness pili -1", - turpina Sergejs Olenins. - Zinātniekiem, kuri faktiski pilnībā atkārtoja Krasnojarskas pētījumus, izdevās nodrošināt dalībniekus ar visu nepieciešamo pārtiku par 75%, jo vajadzību pēc olbaltumvielām apmierināja viņu audzētie tārpi. Tātad viņiem izdevās trīs mēnešus dzīvot bezsaistē.
Pasaule, kur eksperimentēt
Tagad Eiropas Kosmosa aģentūra ir sākusi izrādīt interesi par Krasnojarskas pētījumiem. Par naudu, kas saņemta dotāciju veidā, SB RAS Biofizikas institūtā tiek veikti nelieli eksperimenti, 1960. gadu beigās uzbūvētajam bunkuram tiek iegādāts moderns aprīkojums. Augu audzēšanai tiek radīts mākslīgs augsnei līdzīgs substrāts. Patlaban tiek veikti eksperimenti ar fizikāli ķīmisko tehnoloģiju, kā organiskās vielas sadalās līdz minerālvielām, kuras var atgriezt apgrozībā augu augšanai paredzēto sāļu veidā. Tiek pētīta sauszemes gliemežu izmantošana cilvēkiem nepieciešamo proteīnu ražošanai.
Tomēr pilna apjoma pētījumiem nepietiek līdzekļu - tam nepieciešami vairāki desmiti miljoni dolāru. Ikviens saprot, ka ir jāatjauno darbs pie slēgtu dzīvības atbalsta sistēmu izveides, jo bez tām nevar būt ne runas par nopietnu kosmosa izpēti, bet viss ir atkarīgs no finansēm. BIOS-3 ir tukšs. Lai gan šī ir visveiksmīgākā eksperimentālā sistēma, tā pilnībā apmierina cilvēku vajadzības pēc ūdens, gaisa un augu barības, izmantojot slēgtu bioloģisko ciklu. To jau varētu izmantot, lai gan vēl ne uz Marsa vai citām planētām, bet uz Zemes. Patiešām, ar tās palīdzību ir iespējams simtiem reižu samazināt kaitējumu videi, ko neizbēgami rada cilvēki, jo BIOS-3 ļauj patērēt minimālu resursu daudzumu un gandrīz neradīt atkritumus. Slēgtā cikla mājas krasi samazinātu slodzi uz vidi, kā arī varētu nodrošināt cilvēkiem visu nepieciešamo, kur to ir grūti vai dārgi sasniegt, piemēram, attālās arktiskajās zonās, tuksnešos vai augstienēs, zem ūdens.
- Vēl viena "BIOS" izmantošanas iespēja ir tajā veikt eksperimentus, kurus vēl neviens pasaulē neveic. Visi tikai runā par to, kas notiks, ja, piemēram, metāna līmenis atmosfērā sasniegs kritisko līmeni. Vai būs katastrofa vai ne? Un Krasnojarskā viņi var par to nerunāt, bet pārbaudīt, kas notiks mazā slēgtā ekosistēmā, saka Sergejs Olenins. - Un tas ir tikai viens no iespējamiem eksperimentiem, kam varbūt pat nav milzīgas, bet kolosālas nozīmes visai cilvēcei. Ir iespējams izpētīt vielu aprites procesus Zemes biosfērā, un ne tikai palīdzēt cilvēkiem izdzīvot uz citām planētām.
