Коли ж, нарешті на запорошених стежинах далеких планет залишаться наші сліди? На це питання людство наполегливо готує відповідь, проводячи масштабні дослідження і створюючи технології для освоєння інших світів.
Сказані більше століття тому слова Костянтина Ціолковського «Людство не залишиться вічно на Землі ...» насправді тільки починають збуватися. Поки людина змогла відійти від рідної планети всього лише на відстань місячної орбіти, але навіть і на більш низьких орбітах сучасні технології не можуть забезпечити повністю автономний пілотований політ тривалістю понад 3-4 місяців: після закінчення цього часу екіпажу космічного корабля обов'язково знадобляться витратні матеріали, що доставляються з Землі.
Організувати повноцінне харчування, водозабезпечення, постійний приплив кисню і ефективну утилізацію відходів життєдіяльності у відриві від земної біосфери до сих пір не представляється можливим.
На даному етапі відповідь на питання «Як вижити в далекому космосі?» Звучить наступним чином: «взяти з собою» якусь мінімально необхідну частину цієї біосфери, «змусивши» її функціонувати в умовах низької гравітації, невеликих замкнутих просторів і надлишку високоенергетичних випромінювань.
На жаль, всі спроби реалізувати такий замкнутий цикл навіть у більш м'яких «наземних» умовах не можна назвати успішними. Найвідомішою з них, безсумнівно, є американський проект «Біосфера-2», здійснений компанією Space Biosphere Ventures (головним чином на кошти мільярдера Едварда Басса).
Доля «Біосфери»
Разом з допоміжними будівлями вона представляла собою герметичну систему обсягом 203 760 м3. У цьому обсязі був змодельований цілий ряд биомов: тропічний ліс, савана, Твердолисті середземноморський чагарник, пустеля, прісноводне і солоне (мангровое) болото і навіть міні-океан з живим кораловим рифом.
Правда, їх відносне «представництво» сильно відрізнялося від реального - зокрема, океан становив менше третини «Біосфери», в той час як на Землі водні простори займають 71% поверхні. Все це біорізноманіття «заселили» майже чотирма тисячами видів тварин, рослин і мікроорганізмів.
Їх видовий склад був підібраний так, щоб найкращим чином імітувати біосферний кругообіг речовин, що включає продукування і розкладання органіки (в тому числі природне розкладання відходів життєдіяльності людей). Гігантські компресори регулювали внутрішній тиск таким чином, щоб воно відповідало зовнішньому - це зводило до мінімуму витоку повітря.
Передбачалося, що комплекс буде функціонувати автономно, так як в ньому були всі умови для нормального кругообігу речовин. Сонячного світла, за розрахунками вчених, мало б вистачити для відтворення кисню рослинами в результаті фотосинтезу, черви і мікроорганізми забезпечували переробку відходів, комахи - запилення рослин і т.д. Циркуляція і очищення води здійснювалася завдяки роботі жалюзі, що регулюють сонячне освітлення, яке викликало конвекційні потоки теплого повітря, що сприяли випаровуванню з поверхні «океану».
Всі відходи життєдіяльності розкладалися біологічними методами, забезпечуючи живлення рослин, частина яких, в свою чергу, служила їжею людям, рибі і домашнім тваринам. Повністю виключалося застосування токсичних хімічних речовин (інсектицидів і пестицидів). Боротьба зі шкідниками здійснювалася «натуральними» методами - їх збирали і знищували вручну або розводили їхніх природних ворогів.
Чи не допускалося також використання екологічно брудних джерел енергії - наприклад, відкритого вогню. Енергію для приготування їжі, освітлення і електроживлення обладнання давали сонячні батареї.
Здавалося, що все враховано і побудований ідеальний світ ... проте проблеми не змусили себе чекати. «Біосфера-2» виявилася перенаселеній. Людям не вистачало калорійної їжі - довелося в «джунглях» висадити трохи бананів і папайї, ущільнити посадки зернових без збільшення площі і ввести розподіл їжі.
Над «пустелею» на скляному даху вранці конденсувалась вода і випадав дощ. Його неможливо було усунути, тому пустеля поступово «перетворилася» в степ. Через кілька місяців почали ламатися під власною вагою крони багатьох дерев: з'ясувалося, що для нормального формування деревини вкрай необхідний такий на перший погляд незначний фактор, як вітер.
Український город на орбіті
Перший космонавт незалежної України Леонід Каденюк під час свого польоту на шатлі Columbia займався дослідженнями в галузі космічної біології. Вони включали, зокрема, експерименти зі штучного запилення паростків сої і рапсу з метою отримання насіння в умовах невагомості. Ці дослідження мали практичну мету: екіпажам міжпланетних кораблів, що летять до далеких планет, обов'язково знадобляться «космічні городи», які забезпечать космонавтів їжею і киснем.
Пізніше «чистота експерименту» була порушена остаточно: через надмірно активізувався кліматичного явища «Ель Ніньо» небо над Арізоною затягувалося хмарами набагато частіше, ніж передбачалося, і сонячного світла стало не вистачати для відтворення кисню під час фотосинтезу.
Щоб уникнути важких наслідків Едвард Басьо прийняв рішення почати закачування цього газу під купол ззовні. Всього його довелося закачати більше 20 тонн. Тим часом «піддослідні», крім своїх основних занять, посилено винищували не в міру розплодилися тарганів і мурашок (головним чином просто давілі- знайти серед мешканців «Біосфери» досить ненажерливого природного ворога цих комах так і не змогли).
... На одній з внутрішніх стін «Біосфери» до сих пір збереглося кілька рядків, написаних однією з учасниць першої місії: «Тільки тут ми відчули, наскільки залежимо від навколишньої природи. Якщо не буде дерев - нам нічим буде дихати, якщо забрудниться вода - нам нічого буде пити ». Ця вистраждана мудрість, мабуть, стала найважливішим підсумком амбітного експерименту.
Проект «БІОС»
Дослідження можливості створення стійких біофізичних систем безперервного біосинтезу почалися незабаром після перших пілотованих космічних польотів. Однією з найбільш цікавих і успішних робіт в цьому напрямку став проект «БІОС», який розгорнули співробітники красноярського Інституту біофізики (СРСР, тепер Російська Федерація). Там розроблялися системи життєзабезпечення для перебування людини в космосі, в екстремальних умовах полярних широт, пустель, високогір'я, під водою.
У 1964 р в системі БІОС-1 була здійснена замкнута по газообміну двухзвенная система життєзабезпечення «людина-хлорелла». Водорості поглинали вуглекислий газ і виробляли кисень, проте використовувати їх в їжу не вдавалося.
У комплексі БІОС-2, який почали створювати в 1965 р окрім водоростей, були задіяні вищі рослини - пшениця, овочі. У 1968 р пройшли перші експерименти в триланкової системі «людина - мікроводорості - вищі рослини». Досягнуто 85-відсотковий рівень повторного використання води. На основі цих експериментів був створений БІОС-3 - замкнута екологічна система життєзабезпечення людини з автономним управлінням.
Схема газо- і водообміну в експериментальному комплексі «Біос-3». Шляхи руху газів показані помаранчевими лініями, води - чорними. Блакитними стрілками показано напрямок руху. Літерами позначені: В - культиватори водорості хлорели, Г - газодувки, У - вугільний фільтр, С - збірники стічної води в кухні і туалеті, Q - колектор відбору конденсату вологи в фітотроні, Д - ємність для кип'ятіння і зберігання побутової води, М - колектор сечі, Ф - вузол сорбційної доочистки питної води.
Будівництво комплексу БІОС-3 завершилося в 1972 р У підвалі Інституту біофізики в красноярському Академмістечку спорудили герметичне приміщення розмірами 14х9х2,5 м і об'ємом близько 315 м3. Його розділили на 4 рівних відсіку, два з яких займали фітотронах для вирощування рослин, один - мікроводорослевие культиватори, а останній був житловий блок з каютами екіпажу, побутовим і допоміжним обладнанням. Відсіки з'єднувалися герметизируемой дверима.
На базі БІОС-З було проведено 10 експериментів з екіпажами від одного до трьох осіб. Найтриваліший з них тривав 180 днів (1972-1973 рр.). Вдалося досягти повного «замикання» системи по газу і воді, потреби екіпажу в їжі на 80% задовольнялися за рахунок внутрішніх ресурсів. Довше за всіх (в цілому 13 місяців) в комплексі прожив інженер Микола Бугрєєв.
В оранжереях при штучному освітленні вирощувалися спеціальні сорти пшениці, сої, салату, чуфи (середньоазіатської олійної культури), моркви, редиски, буряків, картоплі, огірків, щавлю, капусти, кропу і цибулі. Карликова пшениця, виведена професором Г.М.Лісовскім, має укорочені стебла, що дозволило знизити кількість відходів. Також в їжу використовувалися консерви з продуктами тваринного походження.
В кінці 80-х років експерименти в БІОС-З тимчасово припинилися.
NASA конструює біосистеми
Фахівці NASA, звичайно ж, не могли залишитися осторонь від розробки замкнутих біосистем, які в подальшому можна було б використовувати для життєзабезпечення екіпажів космічних станцій і міжпланетних кораблів. Їх досягнення в цій галузі значно менш масштабні, проте мають відчутний комерційний успіх.
Йдеться про біологічне модулі під назвою Ecosphere, що представляє собою герметичний скляну кулю-акваріум діаметром 10-20 см, заповнений морською водою з невеликим бульбашкою повітря і «заселений» кількома креветками Halocaridina rubra, шматочками корала, зеленими водоростями, а також бактеріями, що розщеплюють продукти життєдіяльності креветок. На дно акваріума, скоріше з естетичних міркувань, насипано трохи піску і раковин.
За запевненнями виробників, весь цей світ повинен був бути абсолютно автономним необмежений час - він потребував тільки в сонячному світлі і підтримці більш-менш постійної температури. Креветки розмножувалися і вмирали, не виходячи, проте, за рамки кількості, яке могли «прогодувати» доступні ресурси. Ecosphere відразу стала неймовірно популярною.
Правда, незабаром з'ясувалося, що її «вічність» являє собою всього 2-3 роки, після чого біологічний баланс усередині акваріума порушувався і його мешканці гинули. Проте, герметичні акваріуми досі користуються популярністю - в кінці кінців, кожна цивілізація має свій «термін придатності», і навіть два роки за мірками креветки насправді не так уже й погано.
«Космічний мурашник» на вашому столі
Мурахи - дивовижні істоти. Вони зустрічаються практично у всіх природних зонах (крім арктичних пустель). Їх давні предки, мало відрізняються від сучасних представників цього сімейства, мешкали на Землі понад 100 млн років назад -про це свідчать їхні останки, знайдені в скам'янілому мулі. Дуже схоже, що вже тоді вони мали навички «колективного співжиття» і поділялися на «касти» - робітників мурах, воїнів, мисливців і т.д.
Тільки класифікованих видів мурах налічується понад 12,5 тис. Сумарне число цих комах на Землі може досягати квадрильйона (мільйон мільярдів, або 1015). При середній масі одного примірника близько 3 мг їх загальна біомаса виявляється всього на порядок менше біомаси людства, при цьому на одну людину припадає близько сотні тисяч мурашок. Очевидно, що таке численне сімейство живих істот є одним з найважливіших елементів біосфери. Тому фахівці-мірмекологія (мірмекологія - розділ ентомології, що вивчає мурах) активно беруть участь в більшості досліджень, присвячених створенню замкнутих екосистем.
Основна частина життя мурах протікає в підземних або інших важкодоступних укриттях, де спостерігати за ними виключно складно. Вчені витратили чимало зусиль для вирішення цієї проблеми. Найбільш простим варіантом «мурашиної обсерваторії» можна вважати штучний мурашник з двох прозорих скляних (пластикових) панелей і піщаного наповнювача між ними. Спостереження ведуться при слабкому світлі або в інфрачервоних променях.
Оскільки пісок непрозорий, в такому мурашнику можна побачити тільки тунелі, що безпосередньо примикають до скляної стінки. До того ж ця конструкція дуже малотранспортабельний - навіть при невеликій струсу збудовані мурахами ходи обсипаються і руйнуються. Тому для експериментів з ними на космічних кораблях Space Shuttle співробітникам NASA довелося проектувати середовище проживання, в якій мурахи могли б жити і будувати тунелі, здатні витримувати вплив різких змін сили тяжіння.
Концепт для проекту Mars One
Для цього був розроблений спеціальний желеподібний наповнювач, придатний для того, щоб мурахи могли в ньому жити і будувати тунелі. Він же служить їм джерелом їжі. За такою технологією побудований «настільний мурашник» Antquarium, що надає всім любителям живої природи рідкісну можливість спостерігати захоплюючу життя цих комах.
Antquarium не є замкнутим екосистемою, але надходження туди води і поживних речовин (крім повітря) обмежена. Зведена також до мінімуму ймовірність проникнення туди хвороботворних бактерій і мурашиних паразитів. Тому «прозорий мурашник» може підтримувати життя своїх мешканців досить довго - за умови дотримання світлового та температурного режиму, зазначеного в інструкції.
Поділитися в соц. мережах