Bagaimana pemasangan pertama di dunia untuk kelangsungan hidup autonomi di angkasa dibuat di Krasnoyarsk
Dalam filem "The Martian" pahlawan harus menunggu ekspedisi seterusnya untuk tiba di Planet Merah dengan bekalan air, makanan dan udara yang kecil. Pawagam Amerika cuba mencari tahu bagaimana melakukan ini, dan saintis Soviet menyelesaikan masalah yang sama sebelum Andy Weyer menulis sebuah buku mengenai survival di Marikh.
Setengah abad yang lalu, sebuah alat dibuat di Institut Fizik Krasnoyarsk SB RAS yang akan membantu angkasawan bertahan di planet mana pun tanpa masalah khas dan bantuan luar. Sistem bekalan loop tertutup BIOS-3 yang revolusioner, yang tidak mempunyai analog di dunia, hampir sepenuhnya memberi orang-orang di dalamnya air, oksigen, dan makanan. Cukup dengan membawa bekalan yang sangat kecil, dan kemudian semuanya dihasilkan dan dibersihkan oleh sistem itu sendiri.
Planet Rusia mengetahui bagaimana saintis Siberia dapat terus berada di hadapan masa dan rakan sekerja mereka.
Bernafas dengan alga
- Eksperimen pertama mengenai penciptaan sistem sokongan hidup autonomi tertutup bermula di Krasnoyarsk pada akhir 1960-an, - penyelidik terkemuka, setiausaha saintifik Institut Biofizik Cawangan Siberia Akademi Sains Rusia, Calon Sains Biologi Yegor Zadereev memberitahu wartawan RP. - Para saintis mendapati bahawa untuk dua orang hidup dalam setahun, mereka memerlukan sekitar 300 kg oksigen, 2.5 tan air dan 400 kg makanan. Pada masa yang sama, dalam jangka waktu yang sama, mereka akan mengeluarkan 350 kg karbon dioksida dan satu tan sampah, yang mesti dikitar semula. Masih ada cara untuk mengetahui bagaimana memberi mereka semua ini dalam lingkungan yang terpencil dari dunia luar.
Pakar melakukan eksperimen dan mengesahkan hipotesis bahawa potensi pengembangan organisma hidup lebih tinggi daripada kemungkinan yang dapat direalisasikan. Apabila alga uniselular Chlorella diletakkan dalam keadaan ideal, ia mula tumbuh lebih cepat dan menghasilkan lebih banyak oksigen daripada di persekitaran semula jadi, dan juga mengitar semula karbon dioksida dengan lebih aktif.
Alga dalam tangki kecil mulai cukup sehingga seseorang dapat bernafas normal sepanjang hari, meletakkan wajahnya di lubang khas yang tidak membenarkan udara dari luar. Oleh itu, pada tahun 1964 mereka membuat sistem dengan kitaran pembiakan oksigen tertutup "BIOS-1", yang membantu seseorang bernafas di ruang tanpa udara, misalnya, di ruang angkasa. Kemudian para saintis dapat meningkatkan masa yang dihabiskan di bilik tertutup dari 12 jam hingga 30 hari. Kemudian, pertukaran air juga ditutup, yang memungkinkan untuk menjalankan eksperimen selama 45 hari.
Walau bagaimanapun, alga hanya berguna untuk memberi oksigen kepada seseorang dan menyingkirkan karbon dioksida. Sekiranya tidak ada tanaman lain di tempat yang terkurung, maka anda juga harus memakan alga. Mungkin ada cukup nutrien untuk tubuh manusia, tetapi menjaga kesihatan mental dalam diet seperti itu akan menjadi masalah.
Pada tahun 1966, saintis melancarkan eksperimen dengan sayur-sayuran dan bijirin dan, sebagai hasilnya, membina pemasangan BIOS-2. Ternyata jika keadaan ideal untuk pertumbuhan diciptakan untuk gandum yang sama - tanpa perubahan suhu, perubahan cuaca, rumpai, maka ia akan menghasilkan enam kali setahun, dan beberapa kali lebih banyak daripada keadaan semula jadi. Sepanjang perjalanan, para penyelidik menentukan berapa banyak gandum yang harus disemai untuk memberi makan satu orang.
Bionaut di bunker
"Ketika pengasas kosmonautik Rusia, Sergei Korolev, menyedari eksperimen yang dilakukan di Institut Fizik SB RAS, dia menjadi tertarik dengan mereka dan bertemu dengan pengasas dan pengarah Institut Krasnoyarsk, Akademik Leonid Kirensky," sambung Yegor Zadereev. - Atas perintah peribadi Korolev, yang memerlukan sistem sokongan hidup autonomi untuk stesen di Bulan, dana diperuntukkan untuk meneruskan penyelidikan. Mereka memungkinkan dalam waktu singkat, hanya dalam tujuh tahun, untuk membuat ekosistem buatan "BIOS-3".
Ahli biofizik Krasnoyarsk menerima wang besar untuk masa itu - 1 juta rubel. Dengan dana ini, pada tahun 1972 mereka membina sebuah bunker khas yang diasingkan dari dunia luar dengan dinding keluli tahan karat, jumlah keseluruhannya adalah 315 meter padu. m, dan luasnya 14x9x2, 5 m.
Bunker ini dirancang untuk menampung tiga orang dan dibahagikan kepada empat bahagian. Salah satunya berisi kabin hidup dengan tempat tidur, dapur-ruang makan, bilik mandi dan ruang kerja - bengkel-makmal dengan peralatan untuk memproses tanaman, menggunakan biomas yang tidak dapat dimakan, serta sistem pembersihan air dan udara. Tiga bahagian lain adalah untuk tanaman. Di ruang terbatas dan di bawah pencahayaan buatan, ganggang tumbuh, serta membiakkan varietas kacang kedelai, selada, timun, lobak, wortel, bit, dill, kubis, kentang, dan bawang. Mereka menghasilkan semula air dan oksigen, dan juga menyediakan "bionauts" dengan semua nutrien, vitamin dan unsur mikro yang diperlukan untuk keberadaannya. Gandum kerdil dengan tangkai yang sangat pendek, dibiakkan khas oleh penternak Krasnoyarsk Henrikh Lisovsky, juga tumbuh di sana: bahagian telinga yang tidak dapat dimakan berukuran minimum, dan terdapat sedikit sampah. Dia memberi tanaman 200-300 sen per hektar. Dan chufa ramuan Asia Tengah menyediakan minyak sayuran kepada orang-orang.
Supaya orang-orang di dalam "BIOS" dapat berkomunikasi dengan dunia luar, sebuah bunker tertutup disediakan dengan TV dan telefon. Sistem penyejukan dan bekalan kuasa dipasang.
- Pada awal 1970-an, tiga sukarelawan dari kalangan pekerja untuk pertama kalinya tinggal di bungker selama enam bulan - 180 hari, dari 24 Disember 1972 hingga 22 Jun 1973, - kata Yegor Zadereev. Semua oksigen yang mereka hirup berasal dari tanaman yang mereka tanam. Mereka juga memproses karbon dioksida. Pada mulanya, bekalan air yang ada diproses dan dimurnikan untuk digunakan berkali-kali.
Sesi komunikasi seterusnya dengan penguji dalam pemasangan BIOS-3 sedang dijalankan. Penguji V. V. Terskikh (di tingkap), foto 1973. Foto: photo.kirensky.ru
Peserta dalam eksperimen memakan sayur-sayuran yang mereka tanam sendiri, mengumpulkan dan menggiling gandum dan roti bakar daripadanya. Oleh itu, mereka menerima 300 gram roti dan 400 gram sayur setiap hari. Protein haiwan "bionauts" menyediakan bekalan makanan dalam tin dan daging kering beku. Pemerhatian perubatan berterusan menunjukkan bahawa diet seperti itu, serta air dan udara yang diproses dan dimurnikan, tidak memberi kesan buruk kepada kesihatan para sukarelawan.
Eksperimen ini hanya berlangsung selama enam bulan. Menjadi jelas bahawa tidak ada gunanya meneruskannya: sistem sokongan hidup tertutup yang dibuat di BIOS berfungsi dengan sempurna. Penghantar yang dibuat secara buatan untuk pengeluaran air, oksigen dan makanan tidak gagal. Sudah tentu, dengan syarat bahawa sejumlah besar elektrik datang dari luar, tetapi masalah ini di ruang angkasa atau di mana-mana planet dapat diselesaikan dengan mudah dengan bantuan loji tenaga nuklear atau panel solar.
Setahun di belakang pintu tertutup
Di stesen "BIOS-3", yang mensimulasikan penyelesaian luar bumi, 10 eksperimen mengenai survival autonomi berlaku. Krew satu hingga tiga orang mengambil bahagian di dalamnya. Jurutera Nikolai Bugreev tinggal di BIOS-3 lebih lama daripada "bionauts" yang lain - sejumlah 13 bulan.
Pada tahun 1968, pengembangan Krasnoyarsk dianggap di Kongres XIX Persekutuan Astronautik Antarabangsa sebagai salah satu kemungkinan prototaip sistem biologi untuk memastikan kehidupan orang pada tahap baru dalam penerokaan ruang angkasa - semasa ekspedisi panjang. Ini telah menjadi pengiktirafan di seluruh dunia terhadap pencapaian ahli biofizik Siberia.
Para saintis harus menyelesaikan satu lagi masalah mendasar - bagaimana memberi orang di tempat yang terbatas tidak hanya makanan tumbuhan, tetapi juga makanan protein. Salah satu pencipta BIOS-3, Ahli Akademik Iosif Gitelzon, mengemukakan idea revolusioner pada masa itu - untuk menggunakan tumbuhan yang diubahsuai secara genetik untuk ini, yang akan menghasilkan protein haiwan yang diinginkan. Masalah penggunaan semula jadi biomas tumbuhan dan pengembalian garam yang dikeluarkan dari tubuh manusia ke pertukaran massa intrasistemik juga tetap tidak dapat diselesaikan.
Para saintis memutuskan untuk mengulangi eksperimen yang berjaya di Bumi di angkasa. Institut Krasnoyarsk mula menyiapkan bekas pertama untuk menanam tumbuh-tumbuhan dalam graviti sifar, tetapi kemudian perestroika pecah. Kerana kekurangan dana sepenuhnya, penyelidikan unik yang tidak mempunyai analog di dunia pada waktu itu harus dihentikan, dan BIOS-3 dimatikan.
Dari kiri ke kanan - peserta eksperimen 6 bulan di BIOS-3: M. P. Shilenko, V. V. Terskikh, N. I. Petrov, foto 1973. Foto: photo.kirensky.ru
Tabut gurun
Hanya 15 tahun kemudian, pada tahun 1985, percubaan dilakukan di Amerika Syarikat untuk melakukan eksperimen serupa.
Dengan wang Ed Bass jutawan, sebuah pangkalan raksasa "Biosphere-2" dibina di Arizona dari kubah kedap udara yang meliputi kawasan seluas 12 ribu meter persegi. Di wilayah yang luas ini, para saintis telah memperbanyak pemandangan darat - padang pasir, hutan tropis, savana, bahkan lautan kecil dengan terumbu karang, menanam tanaman dan membawa ratusan spesies haiwan. Diandaikan bahawa semua ini akan berkembang dan berlipat ganda dengan sendirinya dan memberikan sukarelawan eksperimen dengan semua yang diperlukan untuk hidup.
"Namun, segera setelah menjadi jelas bahawa ada kekurangan oksigen yang kritikal, kita harus membuka tingkap sehingga udara dapat masuk dari luar," kata Anggota Akademi Sains Rusia, Doktor Sains Biologi Sergei Olenin. - Kemudian tanaman mula sakit dan mati, beberapa spesies haiwan mati. Sebilangan besar lipas dan semut dibesarkan. Tidak ada cukup makanan, ia mesti dibawa dari luar. Dua tahun kemudian, eksperimen ini ditamatkan, walaupun pencipta "Biosphere-2" berharap ekosistem buatan dapat wujud dalam mod autonomi sekurang-kurangnya 100 tahun.
Setelah percubaan pertama yang gagal, para penyelidik Amerika membuat perubahan pada dunia buatan yang mereka buat dan melancarkan eksperimen kedua pada tahun 2007. Namun, ia dihentikan kerana alasan lain: salah seorang anggota pasukan sukarelawan baru menyerang orang lain semasa perbalahan. Selepas itu, pelabur kehilangan minat terhadap projek itu, dan sekarang "Bahtera Nuh" ini di tengah padang pasir hanya dikunjungi oleh pelancong.
- Tahun lalu, satu lagi eksperimen dalam survival autonomi dilakukan di China. Itu dinamakan "Lunar Palace-1", - sambung Sergey Olenin. - Para saintis, yang benar-benar mengulangi kajian Krasnoyarsk, berjaya memberi para peserta semua makanan yang diperlukan sebanyak 75% kerana hakikat bahawa keperluan protein dipenuhi oleh cacing yang dibesarkannya. Oleh itu, mereka berjaya hidup di luar talian selama tiga bulan.
Dunia untuk bereksperimen
Kini Badan Angkasa Eropah mula menunjukkan minat terhadap penyelidikan Krasnoyarsk. Dengan wang yang diterima dalam bentuk geran, eksperimen kecil dilakukan di Institut Biofizik SB RAS, peralatan moden dibeli untuk bunker, yang dibina pada akhir 1960-an. Substrat seperti tanah buatan dibuat untuk tumbuh-tumbuhan. Eksperimen sedang dijalankan pada teknologi fizikokimia penguraian bahan organik kepada bahan mineral, yang dapat dikembalikan ke peredaran dalam bentuk garam untuk pertumbuhan tanaman. Penggunaan siput darat untuk penghasilan protein yang diperlukan oleh manusia sedang dikaji.
Walau bagaimanapun, tidak ada dana yang mencukupi untuk penyelidikan berskala penuh - ini memerlukan beberapa puluhan juta dolar. Semua orang memahami bahawa perlu untuk meneruskan kerja penciptaan sistem sokongan kehidupan tertutup, kerana tanpanya tidak ada persoalan mengenai penerokaan ruang angkasa yang serius, tetapi semuanya bergantung pada kewangan. BIOS-3 kosong. Walaupun ini adalah sistem eksperimen yang paling berjaya, ia sepenuhnya memenuhi keperluan manusia untuk makanan air, udara dan tumbuhan melalui kitaran biologi tertutup. Itu sudah dapat digunakan, walaupun belum ada di Marikh atau planet lain, tetapi di Bumi. Sesungguhnya, dengan pertolongannya, kita dapat mengurangkan kerusakan alam sekitar beratus-ratus kali, yang pasti disebabkan oleh manusia, kerana BIOS-3 memungkinkan anda menggunakan sumber minimum dan menghasilkan hampir tidak ada pembaziran. Rumah-rumah gelung tertutup akan secara drastis mengurangi beban lingkungan, dan juga dapat menyediakan semua orang yang mereka perlukan di mana sukar atau mahal untuk dijangkau, misalnya, di zon Artik terpencil, padang pasir atau di dataran tinggi, di bawah air.
- Pilihan lain untuk menggunakan "BIOS" adalah dengan menjalankan eksperimen di dalamnya, yang belum dilakukan oleh siapa pun di dunia. Semua orang hanya bercakap tentang apa yang akan berlaku sekiranya, misalnya, tahap metana di atmosfer mencapai tahap kritikal. Adakah akan berlaku bencana atau tidak? Dan di Krasnoyarsk, mereka mungkin tidak membicarakannya, tetapi periksa apa yang akan terjadi akibat ekosistem tertutup kecil, kata Sergei Olenin. - Dan ini adalah salah satu percubaan yang mungkin, yang mungkin tidak mempunyai makna besar, tetapi sangat besar bagi seluruh umat manusia. Adalah mungkin untuk mengkaji proses peredaran zat-zat di biosfera Bumi, dan tidak hanya membantu manusia bertahan di planet lain.
