כיצד נוצר המתקן הראשון בעולם להישרדות אוטונומית בחלל בקרסנויארסק
בסרט "המאדים" הגיבור נאלץ לחכות למסע הבא שיגיע לכדור הארץ האדום עם אספקה קטנה של מים, מזון ואוויר. הקולנוע האמריקאי ניסה להבין כיצד לעשות זאת, ומדענים סובייטים פתרו בעיה דומה עוד לפני שאנדי וייר כתב ספר על הישרדות על מאדים.
לפני חצי מאה נוצר מכשיר בפיסיקה של קרסנויארסק של ה- SB RAS שיעזור לאסטרונאוט לשרוד בכל כוכב ללא בעיות מיוחדות ועזרה מבחוץ. מערכת האספקה המהפכנית של BIOS-3, שאין לה אנלוגים בעולם, סיפקה כמעט לחלוטין לאנשים בתוכה מים, חמצן ומזון. זה היה מספיק לקחת איתך אספקה קטנה מאוד, ואז הכל הופק וניקה על ידי המערכת עצמה.
"כוכב רוסי" גילה כיצד מדענים סיביריים הצליחו להקדים את זמנם ועמיתיהם.
לנשום עם אצות
- הניסויים הראשונים ביצירת מערכות תומכות חיים אוטונומיות סגורות החלו בקראסנויארסק בסוף שנות השישים, - החוקר המוביל, מזכיר המדע של המכון לביופיזיקה של הענף הסיבירי של האקדמיה הרוסית למדעים, המועמד למדעי הביולוגיה יגור זדרייב אומר כתב ה- RP. - מדענים גילו שכדי שני אנשים יחיו בשנה, הם זקוקים לכ -300 ק"ג חמצן, 2.5 טון מים ו -400 ק"ג מזון. במקביל, במהלך אותה תקופה, הם יפלטו 350 ק"ג פחמן דו חמצני וטון פסולת, אותם יש למחזר. נשאר להבין איך לספק להם את כל זה בסביבה מבודדת מהעולם החיצון.
מומחים ערכו ניסויים ואיששו את ההשערה כי פוטנציאל ההתפתחות של אורגניזם חי גבוה מהאפשרויות הניתנות למימוש. כאשר האצה החד -תאית Chlorella הונחה בתנאים אידיאליים, היא החלה לצמוח הרבה יותר מהר ולייצר יותר חמצן מאשר בסביבתה הטבעית, וגם למחזר באופן פעיל יותר פחמן דו חמצני.
אצות במיכל קטן החלו להספיק כדי שאדם יוכל לנשום כרגיל כל היום, והניח את פניו בתוך חור מיוחד שאינו מאפשר אוויר מבחוץ. אז בשנת 1964 הם יצרו מערכת עם מחזור סגור של שכפול חמצן "BIOS-1", שעזרה לאדם לנשום חלל חסר אוויר, למשל בחלל. אז הצליחו המדענים להגדיל את הזמן שהייה בחדר סגור מ -12 שעות ל -30 יום. מאוחר יותר נסגר גם חילופי המים, מה שאפשר לבצע ניסוי בן 45 יום.
עם זאת, אצות היו שימושיות רק על מנת לספק לאדם חמצן ולהיפטר מפחמן דו חמצני. אם אין צמחים אחרים בחלל סגור, יהיה עליך גם לאכול אצות. יתכן שיש מספיק חומרים מזינים לגוף האדם, אך שמירה על בריאות הנפש בדיאטה כזו תהיה בעייתית.
בשנת 1966, מדענים פתחו בניסויים עם ירקות ודגנים וכתוצאה מכך בנו את התקנת ה- BIOS-2. התברר שאם נוצרים תנאים אידיאליים לגידול לאותה חיטה - ללא שינויי טמפרטורה, שינויי מזג אוויר, עשבים שוטים, אז היא תניב שש פעמים בשנה, וכמה פעמים יותר מאשר בתנאים טבעיים. בדרך קבעו החוקרים כמה חיטה יש לזרוע כדי להאכיל אדם אחד.
ביונאוטים בבונקר
"כאשר מייסד הקוסמונאוטיקה הרוסית, סרגיי קורולב, נודע לניסויים שבוצעו במכון לפיסיקה של ה- SB RAS, הוא התעניין בהם ונפגש עם מייסד ומנהל מכון קרסנויארסק, האקדמאי ליאוניד קירנסקי". ממשיך יגור זדרייב. - בהוראתו האישית של קורולב, הזקוק למערכת תומכת חיים אוטונומית לתחנה על הירח, הוקצו כספים להמשך המחקר. הם אפשרו תוך זמן קצר, תוך שבע שנים בלבד, ליצור מערכת אקולוגית מלאכותית "BIOS-3".
ביופיסיקאים של קרסנויארסק קיבלו כסף עצום לאותם זמנים - מיליון רובל. בעזרת כספים אלה, עד 1972 הם בנו בונקר מיוחד המבודד מהעולם החיצון עם קירות מנירוסטה, שהנפח הכולל שלהם היה 315 מטרים מעוקבים. מ ', והשטח הוא 14x9x2, 5 מ'.
הבונקר תוכנן להכיל שלושה אנשים וחולק לארבעה חלקים. האחת הכילה בקתות מגורים עם מיטות, מטבח-חדר אוכל, חדר אמבטיה ופינת עבודה-מעבדה-סדנה עם ציוד לעיבוד גידולים, תוך ניצול ביומסה בלתי אכילה, כמו גם מערכות טיהור מים ואוויר. שלושת החלקים הנוספים נועדו לצמחים. בחלל סגור ותחת תאורה מלאכותית גדלו אצות, כמו גם גידול זנים של פולי סויה, חסה, מלפפון, צנון, גזר, סלק, שמיר, כרוב, תפוחי אדמה ובצל. הם יצרו מחדש מים וחמצן, וגם סיפקו ל"ביונה "את כל החומרים המזינים, הויטמינים והמיקרו -יסודות הדרושים לקיומם. חינכה גמדית עם גבעול קצר מאוד, שגדלה במיוחד על ידי מגדל קרסנויארסק הנריך ליסובסקי, גדלה שם גם היא: החלק האכיל של האוזן היה מינימלי, והיה מעט פסולת. היא נתנה יבול של 200-300 סנטנר לדונם. וצ'ופה הצמחוני במרכז אסיה סיפק לאנשים שמן צמחי.
כדי שאנשים בתוך "BIOS" יוכלו לתקשר עם העולם החיצון, בונקר אטום מסופק עם טלוויזיה וטלפון. הותקנה מערכת קירור ואספקת חשמל.
- בתחילת שנות השבעים התגוררו לראשונה שלושה מתנדבים מקרב העובדים בבונקר במשך שישה חודשים - 180 ימים, החל מה -24 בדצמבר 1972 ועד ה -22 ביוני 1973, - אומר יגור זדרייב. כל החמצן שהם נשמו הגיע מהצמחים שהם גידלו. הם גם עיבדו פחמן דו חמצני. בתחילה עיבוד וטיהור אספקת המים הזמינה לשימוש רב פעמים.
מפגש התקשורת הבא עם בודקים בהתקנת BIOS-3 בעיצומו. בודק V. V. טרסקיך (בחלון), תצלום 1973. צילום: photo.kirensky.ru
משתתפי הניסוי אכלו ירקות שהם גידלו בעצמם, אספו וטחנו חיטה ואפו ממנו לחם. אז הם קיבלו 300 גרם לחם ו 400 גרם ירקות ביום. חלבון מן החי "ביונאוטים" סיפק אספקת מזון משומר ובשר מיובש בהקפאה. תצפיות רפואיות קבועות הראו שתזונה כזו, כמו גם מים ואוויר מעובדים ומטוהרים, לא השפיעו לרעה על בריאות המתנדבים.
הניסוי נמשך שישה חודשים בלבד. התברר שאין טעם להמשיך אותו: מערכת תמיכת החיים הסגורה שנוצרה ב- BIOS עובדת ללא רבב. מסוע שנוצר באופן מלאכותי לייצור מים, חמצן ומזון אינו נכשל. כמובן, בתנאי שכמות גדולה של חשמל מגיעה מבחוץ, אך בעיה זו בחלל או על כל כוכב הלכת נפתרת בקלות בעזרת תחנת כוח גרעינית או פאנלים סולאריים.
שנה מאחורי דלת אטומה
בתחנה "BIOS-3", המדמה יישוב מחוץ לכדור הארץ, נערכו 10 ניסויים בנושא הישרדות אוטונומית. צוותים של אחד עד שלושה אנשים השתתפו בהם. המהנדס ניקולאי בוגרייב חי ב- BIOS -3 יותר משאר ה"ביונאוטים " - סך הכל 13 חודשים.
בשנת 1968, ההתפתחות של קרסנויארסק נחשבה בקונגרס ה- XIX של הפדרציה הבינלאומית לאסטרונאוטיקה כאחד מאבות הטיפוס האפשריים של מערכת ביולוגית להבטחת חייהם של אנשים בשלב חדש בחקר החלל - במהלך משלחות ארוכות. זו הפכה להכרה עולמית בהישגיהם של הביו -פיסיקאים הסיביריים.
מדענים נאלצו לפתור בעיה מהותית נוספת - כיצד לספק לאנשים בחלל מוגבל לא רק מזון צמחי, אלא גם מזון חלבוני. אחד מיוצרי ה- BIOS -3, האקדמאי יוסיף גיטלזון, העלה אז רעיון מהפכני - להשתמש בצמחים מהונדסים גנטית לשם כך, שייצרו את החלבון הרצוי מן החי. גם הבעיות של ניצול טבעי של ביומסה צמחית והחזרת מלח המופרש מגוף האדם לחילופי המונים התוך -מערכתיים נותרו בלתי פתורות.
מדענים החליטו לחזור על ניסוי מוצלח על כדור הארץ בחלל. מכון קרסנויארסק החל להכין את המיכלים הראשונים לגידול צמחים בכובד אפסי, אך אז פרצה פרסטרויה. בשל היעדר המימון המוחלט, היה צריך לעצור את המחקר הייחודי שלא היה לו אנלוגים בעולם באותה עת, וה- BIOS-3 נבל.
משמאל לימין-משתתפים בניסוי בן 6 חודשים ב- BIOS-3: M. P. שילנקו, V. V. טרסקיך, נ.י. פטרוב, תצלום 1973. צילום: photo.kirensky.ru
ארון מדבר
רק 15 שנים מאוחר יותר, בשנת 1985, נעשה ניסיון בארצות הברית לערוך ניסוי דומה.
בכספו של האד בס הרב המיליונר, בסיס ענק "ביוספרה -2" נבנה באריזונה מכיפות אטומות המשתרעות על שטח של 12 אלף מ"ר. מ. בשטח עצום זה, מדענים העתיקו נופים יבשתיים - מדבר, יער טרופי, סוואנה, אפילו אוקיינוס קטן עם שונית אלמוגים, שתלו צמחים והביאו מאות מינים של בעלי חיים. ההנחה הייתה שכל זה יגדל ויתרבה מעצמו ויספק למתנדבי הניסוי את כל הדרוש לחיים.
"עם זאת, מהר מאוד התברר כי קיים מחסור קריטי בחמצן, עלינו לפתוח את החלונות כך שאוויר יכול להיכנס מבחוץ", אומר חבר המקביל באקדמיה הרוסית למדעים, דוקטור למדעי הביולוגיה סרגיי אולנין. - ואז הצמחים החלו לכאוב ולמות, כמה מינים של בעלי חיים מתו. מספר מדהים של ג'וקים ונמלים שגדלו. לא היה מספיק אוכל, היה צריך להביא אותו מבחוץ. שנתיים לאחר מכן, הניסוי הופסק, למרות שיוצרי "ביוספרה -2" קיוו שהמערכת האקולוגית המלאכותית יכולה להתקיים במצב אוטונומי לפחות 100 שנה.
לאחר ניסיון ראשון כושל, חוקרים אמריקאים ביצעו שינויים בעולם המלאכותי שיצרו והשיקו ניסוי שני בשנת 2007. אולם הוא הופסק מסיבה נוספת: אחד מחברי הצוות החדש של המתנדבים תקף אחרים במהלך ויכוח. לאחר מכן, המשקיע איבד עניין בפרויקט, ועכשיו "ארון נח" הזה באמצע המדבר מבקר רק תיירים.
- בשנה שעברה נערך בסין ניסוי נוסף להישרדות אוטונומית. הוא נקרא "ארמון הירח -1", - ממשיך סרגיי אולנין. - מדענים, שחזרו למעשה על מחקרי קרסנויארסק, הצליחו לספק למשתתפים את כל המזון הדרוש ב -75% בשל העובדה שהצורך בחלבון היה מסופק על ידי התולעים שגידלו. אז הם הצליחו לחיות במצב לא מקוון במשך שלושה חודשים.
עולם להתנסות
כעת החלה סוכנות החלל האירופית לגלות עניין במחקר קרסנויארסק. עם הכסף המתקבל בצורה של מענקים, ניסויים קטנים מבוצעים במכון לביופיזיקה של SB RAS, ציוד מודרני נרכש לבונקר, שנבנה בסוף שנות השישים. מצע דמוי אדמה מלאכותית נוצר לגידול צמחים.נערכים ניסויים בטכנולוגיה הפיסיקוכימית של פירוק חומרים אורגניים לחומרים מינרליים, אותם ניתן להחזיר למחזור בצורה של מלחים לצמיחת צמחים. השימוש בחלזונות יבשה לייצור חלבון הדרוש לבני אדם נחקר.
עם זאת, אין מספיק כספים למחקר בהיקף מלא - זה דורש כמה עשרות מיליוני דולרים. כולם מבינים כי יש צורך לחדש את העבודה על יצירת מערכות תומכות חיים סגורות, שכן בלעדיהן לא יכולה להיות שאלה של חקר שטח רציני, אך הכל תלוי בכספים. ה- BIOS-3 ריק. למרות שזוהי מערכת הניסוי המוצלחת ביותר, היא מספקת באופן מלא את הצרכים האנושיים של מים, אוויר ומזון צמחי באמצעות מחזור ביולוגי סגור. אפשר היה להשתמש בו כבר, אם כי עדיין לא על מאדים או כוכבי לכת אחרים, אלא על כדור הארץ. ואכן בעזרתו ניתן להפחית מאות פעמים את הפגיעה בסביבה, דבר הנגרם בהכרח על ידי בני אדם, שכן BIOS-3 מאפשר לך לצרוך מינימום משאבים ולייצר כמעט פסולת. בתים סגורים יפחיתו את העומס על הסביבה באופן דרסטי, ויכולים גם לספק לאנשים את כל מה שהם צריכים במקומות שקשה או יקר להגיע אליהם, למשל, באזורים ארקטיים מרוחקים, במדבריות או ברמות, מתחת למים.
- אופציה נוספת לשימוש ב- "BIOS" היא לבצע בו ניסויים, שאף אחד בעולם עדיין לא מבצע. כולם רק מדברים על מה יקרה אם, למשל, רמת המתאן באטמוספירה תגיע לרמה קריטית. האם יהיה אסון או לא? ובקרסנויארסק אולי לא מדברים על זה, אבל בודקים מה יקרה כתוצאה ממערכת אקולוגית סגורה קטנה, אומר סרגיי אולנין. - וזה רק אחד הניסויים האפשריים, שאולי אין להם אפילו משמעות עצומה, אך עצומה עבור האנושות כולה. אפשר ללמוד את תהליכי זרימת החומרים בביוספירה של כדור הארץ, ולא רק לעזור לאנשים לשרוד על כוכבי לכת אחרים.
