Hvordan verdens første installation for autonom overlevelse i rummet blev skabt i Krasnoyarsk
I filmen "The Martian" måtte helten vente på, at den næste ekspedition ankom til den røde planet med en lille forsyning af vand, mad og luft. Amerikansk biograf forsøgte at finde ud af, hvordan man gør dette, og sovjetiske forskere løste et lignende problem, selv før Andy Weyer skrev en bog om overlevelse på Mars.
For et halvt århundrede siden blev der oprettet en enhed på Krasnoyarsk Institute of Physics i SB RAS, der ville hjælpe en astronaut med at overleve på enhver planet uden særlige problemer og hjælp udefra. Det revolutionerende BIOS-3-forsyningssystem med lukket kredsløb, der ikke har nogen analoger i verden, forsynede næsten fuldstændigt vandet, ilt og mad med mennesker inde i det. Det var nok at tage en meget lille forsyning med, og så blev alt produceret og rengjort af selve systemet.
Russian Planet fandt ud af, hvordan sibiriske forskere var i stand til at være forud for deres tid og kolleger.
Træk vejret med alger
- De første eksperimenter med oprettelse af lukkede autonome livsstøttesystemer begyndte i Krasnoyarsk i slutningen af 1960'erne - den førende forsker, videnskabelig sekretær for Institut for Biofysik ved den sibiriske gren ved det russiske videnskabsakademi, kandidat for biologiske videnskaber Yegor Zadereev fortæller RP -korrespondenten. - Forskere har fundet ud af, at for at to mennesker skal leve et år, har de brug for omkring 300 kg ilt, 2,5 tons vand og 400 kg mad. Samtidig vil de i samme periode udsende 350 kg kuldioxid og et ton affald, som skal genbruges. Det var tilbage at finde ud af, hvordan de kunne give dem alt dette i et miljø isoleret fra omverdenen.
Eksperter gennemførte eksperimenter og bekræftede hypotesen om, at udviklingspotentialet for en levende organisme er højere end de realiserbare muligheder. Da den encellede alger Chlorella blev placeret under ideelle forhold, begyndte den at vokse meget hurtigere og producere mere ilt end i dets naturlige miljø, og også mere aktivt genanvende kuldioxid.
Alger i en lille tank begyndte at være tilstrækkelige, så en person kunne trække vejret normalt hele dagen og placere ansigtet i et specielt hul, der ikke tillader luft udefra. Så i 1964 skabte de et system med en lukket cyklus med iltreproduktion "BIOS-1", som hjalp en person med at trække vejret i et luftløst rum, for eksempel i rummet. Derefter kunne forskere øge tiden i et lukket rum fra 12 timer til 30 dage. Senere blev vandudvekslingen også lukket, hvilket gjorde det muligt at udføre et 45-dages forsøg.
Alger var imidlertid kun nyttige for at forsyne en person med ilt og slippe af med kuldioxid. Hvis der ikke er andre planter i et begrænset rum, skal du også spise alger. Der kan være nok næringsstoffer til menneskekroppen, men opretholdelse af mental sundhed på en sådan kost vil være problematisk.
I 1966 lancerede forskere eksperimenter med grøntsager og korn og byggede derfor BIOS-2-installationen. Det viste sig, at hvis der skabes ideelle vækstbetingelser for den samme hvede - uden temperaturændringer, ændringer i vejret, ukrudt, så vil det give seks gange om året og flere gange mere end under naturlige forhold. Undervejs fastslog forskerne, hvor meget hvede der skal sås for at fodre én person.
Bionauts i bunkeren
"Da grundlæggeren af russisk kosmonautik, Sergei Korolev, blev opmærksom på de eksperimenter, der blev udført på Institut for Fysik i SB RAS, blev han interesseret i dem og mødtes med grundlæggeren og direktøren for Krasnoyarsk -instituttet, akademiker Leonid Kirensky," fortsætter Yegor Zadereev. - Efter personlig ordre fra Korolev, der havde brug for et autonomt livsstøttesystem til stationen på Månen, blev der afsat midler til at fortsætte forskningen. De gjorde det muligt på rekord kort tid, på bare syv år, at skabe et kunstigt økosystem "BIOS-3".
Krasnoyarsk biofysikere modtog enorme penge for disse tider - 1 million rubler. Med disse midler byggede de i 1972 en særlig bunker isoleret fra omverdenen med vægge i rustfrit stål, hvis samlede volumen var 315 kubikmeter. m, og arealet er 14x9x2, 5 m.
Bunkeren var designet til at rumme tre personer og var opdelt i fire dele. Den ene indeholdt stuehytter med senge, et køkken-spisestue, et badeværelse og et arbejdsområde-et værksteds-laboratorium med udstyr til forarbejdning af afgrøder, udnyttelse af uspiselig biomasse samt med vand- og luftrensningssystemer. De tre andre dele var til planter. I et lukket rum og under kunstig belysning voksede alger samt avlssorter af sojabønner, salat, agurker, radiser, gulerødder, rødbeder, dild, kål, kartofler og løg. De regenererede vand og ilt og forsynede også "bionauterne" med alle de næringsstoffer, vitaminer og mikroelementer, der var nødvendige for deres eksistens. Dværghvede med en meget kort stilk, specielt opdrættet af Krasnoyarsk -opdrætteren Henrikh Lisovsky, voksede også der: den uspiselige del af øret var minimal i størrelse, og der var lidt spild. Hun gav en afgrøde på 200-300 centners pr. Hektar. Og den centralasiatiske urtechufa forsynede folk med vegetabilsk olie.
For at mennesker inde i "BIOS" kunne kommunikere med omverdenen, blev en forseglet bunker forsynet med et tv og en telefon. Et køle- og strømforsyningssystem blev installeret.
- I begyndelsen af 1970'erne boede tre frivillige blandt medarbejderne for første gang i bunkeren i seks måneder - 180 dage, fra 24. december 1972 til 22. juni 1973, - siger Yegor Zadereev. “Al ilt, de trak vejret, kom fra de planter, de dyrkede. De forarbejdede også kuldioxid. I første omgang blev den tilgængelige vandforsyning behandlet og renset til at blive brugt mange gange.
Den næste kommunikationssession med testere i BIOS-3-installationen er i gang. Tester V. V. Terskikh (i vinduet), foto 1973. Foto: photo.kirensky.ru
Deltagerne i forsøget spiste grøntsager, de selv dyrkede, samlede og malede hvede og bagte brød af det. Så de modtog 300 gram brød og 400 gram grøntsager om dagen. Animalsk protein "bionauts" leverede dåser og frysetørret kød. Konstante medicinske observationer viste, at en sådan kost samt forarbejdet og renset vand og luft ikke påvirkede de frivilliges sundhed negativt.
Forsøget varede kun seks måneder. Det blev klart, at der ikke var nogen mening i at fortsætte det: det lukkede livsstøttesystem, der er oprettet i BIOS, fungerer fejlfrit. En kunstigt fremstillet transportør til produktion af vand, ilt og mad fejler ikke. Selvfølgelig, forudsat at der kommer en stor mængde elektricitet udefra, men dette problem i rummet eller på nogen af planeterne løses let ved hjælp af et atomkraftværk eller solpaneler.
Et år bag en forseglet dør
På stationen "BIOS-3", der simulerer en udenjordisk bosættelse, fandt der 10 forsøg sted på autonom overlevelse. Besætninger på en til tre personer deltog i dem. Ingeniør Nikolai Bugreev boede i BIOS -3 længere end resten af "bionauts" - i alt 13 måneder.
I 1968 blev Krasnoyarsk -udviklingen betragtet på XIX Congress of the International Astronautical Federation som en af de mulige prototyper af et biologisk system til sikring af menneskers liv på et nyt stadie i rumforskning - under lange ekspeditioner. Dette er blevet en verdensomspændende anerkendelse af de sibiriske biofysikeres resultater.
Forskere var nødt til at løse et mere grundlæggende problem - hvordan man ikke kun tilfører mennesker i et begrænset rum plantemad, men også proteinfødevarer. En af skaberne af BIOS -3, akademikeren Iosif Gitelzon, fremlagde dengang en revolutionerende idé - at bruge genetisk modificerede planter til dette, som ville producere det ønskede animalsk protein. Problemerne med naturlig udnyttelse af plantebiomasse og tilbageførsel af salt, der udskilles fra menneskekroppen til den intrasystemiske masseudveksling, forblev også uløste.
Forskere besluttede at gentage et vellykket forsøg på jorden i rummet. Krasnoyarsk -instituttet begyndte at forberede de første beholdere til dyrkning af planter i nul tyngdekraft, men derefter brød perestroika ud. På grund af den fuldstændige mangel på finansiering måtte den unikke forskning, der på det tidspunkt ikke havde nogen analoger i verden, stoppes, og BIOS-3 blev malet.
Fra venstre til højre-deltagere i det 6-måneders eksperiment i BIOS-3: M. P. Shilenko, V. V. Terskikh, N. I. Petrov, foto 1973. Foto: photo.kirensky.ru
Ørkenark
Kun 15 år senere, i 1985, blev der i USA forsøgt at gennemføre et lignende forsøg.
Med penge fra multimillionæren Ed Bass blev en gigantisk base "Biosphere-2" bygget i Arizona fra lufttætte kupler, der dækker et område på 12 tusinde kvadratmeter. m. På dette store område har forskere gengivet terrestriske landskaber - ørken, tropisk skov, savanne, endda et lille hav med et koralrev, plantet planter og indbragt hundredvis af dyrearter. Det blev antaget, at alt dette ville vokse og formere sig af sig selv og give eksperimentets frivillige alt, hvad der var nødvendigt for livet.
"Men meget hurtigt blev det klart, at der var en kritisk iltmangel, vi var nødt til at åbne vinduerne, så luft kunne komme ind udefra," siger korresponderende medlem af det russiske videnskabsakademi, doktor i biologiske videnskaber Sergei Olenin. - Så begyndte planterne at gøre ondt og dø, nogle dyrearter døde ud. Utroligt mange kakerlakker og myrer opdrættet. Der var ikke mad nok, den skulle bringes udefra. To år senere blev eksperimentet afsluttet, selvom skaberne af "Biosphere-2" håbede, at det kunstige økosystem kunne eksistere i en autonom tilstand i mindst 100 år.
Efter et mislykket første forsøg foretog amerikanske forskere den kunstige verden, de skabte, og lancerede et andet eksperiment i 2007. Det blev dog afsluttet af en anden grund: et af medlemmerne af det nye team af frivillige angreb andre under et skænderi. Derefter mistede investoren interessen for projektet, og nu besøges denne "Noas Ark" midt i ørkenen kun af turister.
- Sidste år blev der udført endnu et forsøg med autonom overlevelse i Kina. Det blev navngivet "Lunar Palace -1", - fortsætter Sergey Olenin. - Forskere, der faktisk fuldstændigt gentog Krasnoyarsk -undersøgelserne, formåede at give deltagerne al den nødvendige mad med 75% på grund af det faktum, at behovet for protein var opfyldt af de orme, de rejste. Så det lykkedes dem at leve offline i tre måneder.
En verden at eksperimentere på
Nu er European Space Agency begyndt at vise interesse for Krasnoyarsk -forskning. Med de penge, der modtages i form af tilskud, udføres små forsøg på Institute of Biophysics i SB RAS, moderne udstyr købes til bunkeren, bygget i slutningen af 1960'erne. Et kunstigt jordlignende substrat er skabt til dyrkning af planter. Eksperimenter er i gang med den fysisk -kemiske teknologi til nedbrydning af organiske stoffer til mineralske stoffer, som kan bringes tilbage til cirkulation i form af salte til plantevækst. Brugen af landsnegle til produktion af protein, der er nødvendigt af mennesker, undersøges.
Der er imidlertid ikke midler nok til forskning i fuld skala - dette kræver flere titalls millioner dollars. Alle forstår, at det er nødvendigt at genoptage arbejdet med oprettelsen af lukkede livsstøttesystemer, da der uden dem ikke kan være tale om seriøs rumforskning, men alt afhænger af økonomi. BIOS-3 er tom. Selvom dette er det mest succesrige eksperimentelle system, tilfredsstiller det fuldt ud menneskelige behov for vand, luft og plantemad gennem en lukket biologisk cyklus. Det kunne allerede bruges, omend endnu ikke på Mars eller andre planeter, men på Jorden. Med dens hjælp er det faktisk muligt at reducere skader på miljøet hundredvis af gange, hvilket uundgåeligt er forårsaget af mennesker, da BIOS-3 giver dig mulighed for at forbruge et minimum af ressourcer og næsten ikke producere affald. Lukkede huse ville reducere belastningen på miljøet drastisk og kunne også give mennesker alt, hvad de har brug for, hvor det er svært eller dyrt at nå f.eks. I fjerntliggende arktiske zoner, ørkener eller i højlandet under vand.
- En anden mulighed for at bruge "BIOS" er at udføre eksperimenter i det, som ingen i verden udfører endnu. Alle taler bare om, hvad der vil ske, hvis niveauet for eksempel metan i atmosfæren når et kritisk niveau. Kommer der en katastrofe eller ej? Og i Krasnoyarsk taler de måske ikke om det, men tjek hvad der vil ske som følge af et lille lukket økosystem, siger Sergei Olenin. - Og dette er blot et af de mulige eksperimenter, som måske ikke engang har enorm, men kolossal betydning for hele menneskeheden. Det er muligt at studere processerne for cirkulation af stoffer i jordens biosfære og ikke kun hjælpe mennesker med at overleve på andre planeter.
