Kako je v Krasnojarsku nastala prva instalacija za avtonomno preživetje v vesolju na svetu
V filmu "Marsovec" je moral junak počakati na prihodnjo odpravo na Rdeči planet z majhno zalogo vode, hrane in zraka. Ameriška kinematografija je poskušala ugotoviti, kako to narediti, sovjetski znanstveniki pa so podoben problem rešili še preden je Andy Weyer napisal knjigo o preživetju na Marsu.
Pred pol stoletja je bila na Krasnojarskem inštitutu za fiziko SB RAS ustvarjena naprava, ki bi astronavtu pomagala preživeti na katerem koli planetu brez posebnih težav in zunanje pomoči. Revolucionarni sistem oskrbe z zaprto zanko BIOS-3, ki nima analogov na svetu, je skoraj v celoti oskrboval ljudi v njem vodo, kisik in hrano. Dovolj je bilo, da s seboj vzamete zelo majhno zalogo, nato pa je vse izdelal in očistil sistem sam.
Ruski planet je izvedel, kako so sibirski znanstveniki lahko ostali pred svojim časom in sodelavci.
Dihajte z algami
- Prvi poskusi ustvarjanja zaprtih avtonomnih sistemov za vzdrževanje življenja so se začeli v Krasnoyarsku v poznih šestdesetih letih, - je vodilni raziskovalec, znanstveni sekretar Inštituta za biofiziko Sibirske podružnice Ruske akademije znanosti, kandidat bioloških znanosti Yegor Zadereev pove dopisnik RP. - Znanstveniki so ugotovili, da za dve osebi na leto potrebujeta približno 300 kg kisika, 2,5 tone vode in 400 kg hrane. Hkrati bodo v istem obdobju oddali 350 kg ogljikovega dioksida in tono odpadkov, ki jih je treba reciklirati. Ostalo je še ugotoviti, kako jim vse to zagotoviti v okolju, izoliranem od zunanjega sveta.
Strokovnjaki so izvedli poskuse in potrdili hipotezo, da je razvojni potencial živega organizma večji od uresničljivih možnosti. Ko so enocelične alge Chlorella postavili v idealne pogoje, je začela rasti veliko hitreje in proizvajati več kisika kot v svojem naravnem okolju ter tudi aktivneje reciklirati ogljikov dioksid.
Alge v majhnem rezervoarju so začele zadoščati, da je človek lahko ves dan normalno dihal, obraz pa je postavil v posebno luknjo, ki ne dovoljuje zraka od zunaj. Tako so leta 1964 ustvarili sistem z zaprtim ciklom razmnoževanja kisika "BIOS-1", ki je človeku pomagal dihati v brezzračnem prostoru, na primer v vesolju. Nato so znanstveniki lahko povečali čas, preživet v zaprti sobi, z 12 ur na 30 dni. Kasneje je bila zaprta tudi izmenjava vode, kar je omogočilo izvedbo 45-dnevnega poskusa.
Vendar so bile alge uporabne le zato, da bi osebi zagotovili kisik in se znebili ogljikovega dioksida. Če v zaprtem prostoru ni drugih rastlin, boste morali jesti tudi alge. Za človeško telo je lahko dovolj hranil, vendar bo ohranjanje duševnega zdravja na takšni prehrani problematično.
Leta 1966 so znanstveniki začeli poskuse z zelenjavo in žitaricami in posledično zgradili namestitev BIOS-2. Izkazalo se je, da če se za isto pšenico ustvarijo idealni pogoji za rast - brez temperaturnih sprememb, vremenskih sprememb, plevela, bo ta obrodila šestkrat na leto in nekajkrat več kot v naravnih razmerah. Ob tem so raziskovalci ugotovili, koliko pšenice je treba posejati, da bi nahranili eno osebo.
Bionauti v bunkerju
"Ko je ustanovitelj ruske kozmonavtike Sergej Korolev izvedel za poskuse, izvedene na Inštitutu za fiziko SB RAN, se je zanj zanimal in se srečal z ustanoviteljem in direktorjem Krasnojarskega inštituta, akademikom Leonidom Kirenskim," nadaljuje Yegor Zadereev. - Po osebnem ukazu Koroleva, ki je za postajo na Luni potreboval avtonomni sistem za vzdrževanje življenja, so bila dodeljena sredstva za nadaljevanje raziskav. Omogočili so v rekordno kratkem času, v samo sedmih letih, ustvariti umetni ekosistem "BIOS-3".
Biofiziki iz Krasnojarska so za tiste čase prejeli ogromen denar - 1 milijon rubljev. S temi sredstvi so do leta 1972 zgradili poseben bunker, izoliran od zunanjega sveta s stenami iz nerjavečega jekla, katerih skupna prostornina je bila 315 kubičnih metrov. m, površina pa je 14x9x2, 5 m.
Bunker je bil zasnovan za tri osebe in je bil razdeljen na štiri dele. Eden je vseboval bivalne kabine s posteljami, kuhinjo-jedilnico, kopalnico in delovni prostor-delavnico-laboratorij z opremo za predelavo poljščin, ki uporablja neužitno biomaso, pa tudi s sistemi za čiščenje vode in zraka. Ostali trije deli so bili namenjeni rastlinam. V zaprtem prostoru in pod umetno razsvetljavo so rasle alge ter vzrejale sorte soje, solate, kumar, redkvice, korenja, pese, kopra, zelja, krompirja in čebule. Obnovili so vodo in kisik ter "bionavtom" zagotovili vsa hranila, vitamine in mikroelemente, potrebne za njihov obstoj. Tam je rasla tudi pritlikava pšenica z zelo kratkim pecljem, ki jo je posebej vzgojil krasnojarski rejnik Henrikh Lisovsky: neužitni del klasja je bil minimalne velikosti in odpadkov je bilo malo. Dala je pridelek 200-300 centov na hektar. Srednjeazijsko zelišče chufa je ljudem dajalo rastlinsko olje.
Da bi lahko ljudje v "BIOS -u" komunicirali z zunanjim svetom, so zaprti bunker dobili televizor in telefon. Nameščen je bil hladilni in napajalni sistem.
- V začetku sedemdesetih let so trije prostovoljci med zaposlenimi prvič živeli v bunkerju šest mesecev - 180 dni, od 24. decembra 1972 do 22. junija 1973, - pravi Jegor Zadereev. »Ves kisik, ki so ga vdihnili, je prihajal iz rastlin, ki so jih gojili. Predelovali so tudi ogljikov dioksid. Sprva je bila razpoložljiva oskrba z vodo obdelana in očiščena za večkratno uporabo.
Naslednja seja komunikacije s preizkuševalci v namestitvi BIOS-3 je v teku. Tester V. V. Terskikh (v oknu), fotografija 1973. Foto: photo.kirensky.ru
Udeleženci poskusa so jedli zelenjavo, ki so jo sami pridelali, zbrali in mleli pšenico ter iz nje spekli kruh. Tako so prejeli 300 gramov kruha in 400 gramov zelenjave na dan. Bionauti živalskih beljakovin so zagotavljali zaloge konzervirane hrane in liofiliziranega mesa. Nenehna zdravniška opazovanja so pokazala, da takšna prehrana ter predelana in prečiščena voda in zrak nista škodljivo vplivala na zdravje prostovoljcev.
Poskus je trajal le šest mesecev. Postalo je jasno, da tega nima smisla nadaljevati: zaprt sistem za vzdrževanje življenja, ustvarjen v BIOS -u, deluje brezhibno. Umetno ustvarjen transporter za proizvodnjo vode, kisika in hrane ne odpove. Seveda pod pogojem, da velika količina električne energije prihaja od zunaj, vendar se ta problem v vesolju ali na katerem od planetov zlahka reši s pomočjo jedrske elektrarne ali sončnih kolektorjev.
Leto za zapečatenimi vrati
Na postaji "BIOS-3", ki simulira nezemeljsko naselje, je bilo izvedenih 10 poskusov avtonomnega preživetja. Udeležile so se jih posadke od enega do treh ljudi. Inženir Nikolaj Bugreev je živel v BIOS -3 dlje kot ostali "bionavti" - skupaj 13 mesecev.
Leta 1968 so Krasnojarski razvoj na XIX kongresu Mednarodne astronavtične zveze obravnavali kot enega od možnih prototipov biološkega sistema za zagotavljanje življenja ljudi na novi stopnji raziskovanja vesolja - med dolgimi odpravami. To je postalo svetovno priznanje dosežkov sibirskih biofizikov.
Znanstveniki so morali rešiti še en temeljni problem - kako ljudem v zaprtem prostoru zagotoviti ne samo rastlinsko hrano, ampak tudi beljakovinsko hrano. Eden od ustvarjalcev BIOS -3, akademik Iosif Gitelzon, je takrat podal revolucionarno idejo - za to uporabiti gensko spremenjene rastline, ki bi proizvajale želene živalske beljakovine. Tudi problemi naravne izrabe rastlinske biomase in vračanja soli, izločene iz človeškega telesa v medsistemsko izmenjavo mase, so ostali nerešeni.
Znanstveniki so se odločili ponoviti uspešen poskus na Zemlji v vesolju. Inštitut Krasnoyarsk je začel pripravljati prve posode za gojenje rastlin v ničelni teži, nato pa je izbruhnila perestrojka. Zaradi popolnega pomanjkanja financiranja je bilo treba unikatne raziskave, ki v tistem času v svetu še niso imele analogov, ustaviti in uničiti BIOS-3.
Od leve proti desni-udeleženci 6-mesečnega poskusa v BIOS-3: M. P. Shilenko, V. V. Terskikh, N. I. Petrov, fotografija 1973. Foto: photo.kirensky.ru
Puščavska barka
Le 15 let kasneje, leta 1985, so v ZDA poskušali izvesti podoben poskus.
Z denarjem multimilijonarja Eda Bassa je bila v Arizoni iz nepredušnih kupol, ki pokrivajo površino 12 tisoč kvadratnih metrov, zgrajena velikanska baza "Biosphere-2". m. Na tem velikem ozemlju so znanstveniki reproducirali kopenske pokrajine - puščavo, tropski gozd, savano, celo majhen ocean s koralnim grebenom, posadili rastline in prinesli na stotine živalskih vrst. Predvidevalo se je, da bo vse to samo po sebi raslo in se množilo ter prostovoljcem poskusa zagotovilo vse potrebno za življenje.
"Vendar pa je kmalu postalo jasno, da je kisika kritično, morali smo odpreti okna, da je lahko zrak vstopil od zunaj," pravi dopisni član Ruske akademije znanosti, doktor bioloških znanosti Sergej Olenin. - Potem so rastline začele boleti in umirati, nekatere vrste živali so izumrle. Vzrejeno je neverjetno število ščurkov in mravelj. Hrane ni bilo dovolj, prinesti jo je bilo treba od zunaj. Dve leti kasneje je bil poskus zaključen, čeprav so ustvarjalci "Biosfere-2" upali, da bi umetni ekosistem lahko obstajal v avtonomnem načinu vsaj 100 let.
Po neuspešnem prvem poskusu so ameriški raziskovalci spremenili umetni svet, ki so ga ustvarili, in leta 2007 začeli z drugim poskusom. Vendar so ga prekinili iz drugega razloga: eden izmed članov nove ekipe prostovoljcev je med prepirom napadel druge. Po tem je investitor izgubil zanimanje za projekt, zdaj pa to "Noetovo barko" sredi puščave obiščejo le turisti.
- Lani so na Kitajskem izvedli še en poskus avtonomnega preživetja. Imenovali so ga "Lunarna palača -1", - nadaljuje Sergej Olenin. - Znanstvenikom, ki so dejansko popolnoma ponovili študije iz Krasnoyarska, je uspelo udeležencem zagotoviti vso potrebno hrano za 75% zaradi dejstva, da so potrebo po beljakovinah zadovoljili črvi, ki so jih vzgojili. Tako jim je uspelo tri mesece živeti brez povezave.
Svet za eksperimentiranje
Zdaj se je Evropska vesoljska agencija začela zanimati za raziskave v Krasnojarsku. Z denarjem, prejetim v obliki nepovratnih sredstev, se na Inštitutu za biofiziko SB RAS izvajajo majhni poskusi, za bunker, zgrajen v poznih šestdesetih letih prejšnjega stoletja, se kupuje sodobna oprema. Umetni substrat, podoben tlom, je ustvarjen za gojenje rastlin. V teku so poskusi s fizikalno -kemijsko tehnologijo razgradnje organskih snovi v mineralne snovi, ki jih je mogoče vrniti v promet v obliki soli za rast rastlin. Preučuje se uporaba kopenskih polžev za proizvodnjo beljakovin, ki jih potrebuje človek.
Vendar ni dovolj sredstev za obsežne raziskave - to zahteva več deset milijonov dolarjev. Vsi razumejo, da je treba nadaljevati z ustvarjanjem zaprtih sistemov za vzdrževanje življenja, saj brez njih ne more biti govora o resnem raziskovanju vesolja, vendar je vse odvisno od financ. BIOS-3 je prazen. Čeprav je to najuspešnejši poskusni sistem, v celoti zadovoljuje potrebe ljudi po vodi, zraku in rastlinski hrani skozi zaprt biološki cikel. Lahko bi ga že uporabljali, čeprav še ne na Marsu ali drugih planetih, ampak na Zemlji. Dejansko je z njegovo pomočjo mogoče stotinekrat zmanjšati okoljsko škodo, ki jo neizogibno povzročijo ljudje, saj BIOS-3 omogoča porabo minimalnih virov in skoraj nič odpadkov. Hiše z zaprto zanko bi drastično zmanjšale breme za okolje in bi ljudem lahko zagotovile tudi vse, kar potrebujejo, kadar je težko ali drago dosegljivo, na primer v odročnih arktičnih območjih, puščavah ali v visokogorju, pod vodo.
- Druga možnost uporabe "BIOS -a" je izvajanje poskusov v njem, ki jih še nihče na svetu ne izvaja. Vsi samo govorijo o tem, kaj se bo zgodilo, če bo na primer raven metana v ozračju dosegla kritično raven. Bo prišlo do katastrofe ali ne? In v Krasnojarsku o tem morda ne govorijo, ampak preverijo, kaj se bo posledično zgodilo v majhnem zaprtem ekosistemu, pravi Sergej Olenin. - In to je le eden od možnih poskusov, ki morda niti nimajo velikega, a kolosalnega pomena za vse človeštvo. Možno je preučevati procese kroženja snovi v biosferi Zemlje in ne samo pomagati ljudem preživeti na drugih planetih.
