Hur världens första installation för autonom överlevnad i rymden skapades i Krasnoyarsk
I filmen "The Martian" fick hjälten vänta på nästa expedition för att komma fram till den röda planeten med en liten mängd vatten, mat och luft. Amerikansk film försökte räkna ut hur man gör detta, och sovjetiska forskare löste ett liknande problem redan innan Andy Weyer skrev en bok om överlevnad på Mars.
För ett halvt sekel sedan skapades en enhet vid Krasnoyarsk Institute of Physics i SB RAS som skulle hjälpa en astronaut att överleva på vilken planet som helst utan särskilda problem och hjälp utifrån. Det revolutionerande BIOS-3-systemet med slutna kretsar, som inte har några analoger i världen, försåg människorna i det nästan helt med vatten, syre och mat. Det var tillräckligt för att ta med dig en mycket liten leverans, och sedan producerades och rengjordes allt av själva systemet.
Russian Planet fick reda på hur sibiriska forskare kunde ligga före sin tid och kollegor.
Andas med alger
- De första experimenten med skapandet av slutna autonoma livsstödssystem började i Krasnoyarsk i slutet av 1960 -talet, - den ledande forskaren, vetenskaplig sekreterare vid Institute of Biophysics of the Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, kandidat för biologiska vetenskaper Yegor Zadereev berättar RP -korrespondenten. - Forskare har funnit att för att två människor ska leva om året behöver de cirka 300 kg syre, 2,5 ton vatten och 400 kg mat. Samtidigt kommer de under samma period att släppa ut 350 kg koldioxid och massor av avfall, som måste återvinnas. Det återstod att räkna ut hur man kan förse dem med allt detta i en miljö isolerad från omvärlden.
Experter utförde experiment och bekräftade hypotesen att utvecklingspotentialen för en levande organism är högre än de realiserbara möjligheterna. När den encelliga algen Chlorella placerades under idealiska förhållanden började den växa mycket snabbare och producera mer syre än i sin naturliga miljö, och även mer aktivt återvinna koldioxid.
Alger i en liten tank började räcka så att en person kunde andas normalt hela dagen och placerade ansiktet i ett speciellt hål som inte tillåter luft utifrån. Så 1964 skapade de ett system med en sluten cykel av syreproduktion "BIOS-1", som hjälpte en person att andas in ett luftlöst utrymme, till exempel i rymden. Då kunde forskare öka tiden i ett slutet rum från 12 timmar till 30 dagar. Senare stängdes också vattenutbytet, vilket gjorde det möjligt att genomföra ett 45-dagars experiment.
Alger var dock bara användbara för att förse en person med syre och bli av med koldioxid. Om det inte finns några andra växter i ett begränsat utrymme, måste du också äta alger. Det kan finnas tillräckligt med näringsämnen för människokroppen, men att upprätthålla mental hälsa på en sådan kost kommer att vara problematisk.
År 1966 startade forskare experiment med grönsaker och spannmål och byggde därför BIOS-2-installationen. Det visade sig att om ideala tillväxtförhållanden skapas för samma vete - utan temperaturförändringar, väderförändringar, ogräs, kommer det att ge sex gånger om året och flera gånger mer än under naturliga förhållanden. Längs vägen fastställde forskarna hur mycket vete som måste sås för att mata en person.
Bionauts i bunkern
"När grundaren av den ryska kosmonautiken, Sergej Korolev, blev medveten om de experiment som utfördes vid SB RAS -institutet för fysik, blev han intresserad av dem och träffade grundaren och direktören för Krasnoyarsk -institutet, akademikern Leonid Kirensky," fortsätter Yegor Zadereev. - Efter personlig order från Korolev, som behövde ett autonomt livsstödssystem för stationen på månen, anslogs medel för att fortsätta forskningen. De gjorde det möjligt på rekord kort tid, på bara sju år, att skapa ett artificiellt ekosystem "BIOS-3".
Krasnojarsk biofysiker fick enorma pengar för den tiden - 1 miljon rubel. Med dessa medel byggde de 1972 en speciell bunker isolerad från omvärlden med rostfria väggar, vars totala volym var 315 kubikmeter. m, och ytan är 14x9x2, 5 m.
Bunkern var utformad för att rymma tre personer och var uppdelad i fyra delar. Den ena innehöll vardagsstugor med sängar, kök-matsal, badrum och arbetsområde-ett verkstadslaboratorium med utrustning för bearbetning av grödor, utnyttjande av oätlig biomassa, samt med vatten- och luftreningssystem. De tre andra delarna var för växter. I ett begränsat utrymme och under konstgjord belysning växte alger, liksom avelsorter av sojabönor, sallad, gurkor, rädisor, morötter, rödbetor, dill, kål, potatis och lök. De regenererade vatten och syre, och gav också "bionauterna" alla näringsämnen, vitaminer och mikroelement som är nödvändiga för deras existens. Dvärgvete med en mycket kort stjälk, speciellt uppfödd av Krasnoyarsk -uppfödaren Henrikh Lisovsky, växte också där: den oätliga delen av örat var minimal i storlek och det fanns lite slöseri. Hon gav en skörd på 200–300 centners per hektar. Och den centralasiatiska örtchufan gav människor vegetabilisk olja.
För att människor inuti "BIOS" skulle kunna kommunicera med omvärlden, var en förseglad bunker utrustad med en TV och en telefon. Ett kyl- och strömförsörjningssystem installerades.
- I början av 1970 -talet bodde tre volontärer för första gången i bunkern i sex månader - 180 dagar, från 24 december 1972 till 22 juni 1973, - säger Yegor Zadereev.”Allt syre de andades kom från de växter de odlade. De bearbetade också koldioxid. Ursprungligen bearbetades och renades den tillgängliga vattentillförseln för att användas många gånger.
Nästa kommunikationssession med testare i BIOS-3-installationen pågår. Tester V. V. Terskikh (i fönstret), foto 1973. Foto: photo.kirensky.ru
Deltagarna i experimentet åt grönsaker de odlade själva, samlade och malde vete och bakade bröd av det. Så de fick 300 gram bröd och 400 gram grönsaker per dag. Animaliskt protein "bionauts" gav leveranser av konserver och frystorkat kött. Ständiga medicinska observationer visade att en sådan kost, liksom bearbetat och renat vatten och luft, inte påverkade volontärernas hälsa negativt.
Experimentet varade bara sex månader. Det blev klart att det inte var någon idé att fortsätta: det slutna livsstödssystem som skapades i BIOS fungerar felfritt. En konstgjord transportör för produktion av vatten, syre och mat misslyckas inte. Naturligtvis, förutsatt att en stor mängd el kommer utifrån, men detta problem i rymden eller på någon av planeterna löses enkelt med hjälp av ett kärnkraftverk eller solpaneler.
Ett år bakom en förseglad dörr
På stationen "BIOS-3", som simulerar en utomjordisk bosättning, genomfördes 10 experiment med autonom överlevnad. Besättningar på en till tre personer deltog i dem. Ingenjören Nikolai Bugreev bodde i BIOS -3 längre än resten av "bionauterna" - totalt 13 månader.
År 1968 betraktades Krasnoyarsk -utvecklingen på XIX Congress of International Astronautical Federation som en av de möjliga prototyperna för ett biologiskt system för att säkerställa människors liv i ett nytt skede i rymdutforskning - under långa expeditioner. Detta har blivit ett världsomspännande erkännande av de sibiriska biofysikernas prestationer.
Forskare var tvungna att lösa ytterligare ett grundläggande problem - hur man förser människor i ett begränsat utrymme med inte bara växtmat, utan också proteinmat. En av skaparna av BIOS -3, akademikern Iosif Gitelzon, lade fram en revolutionerande idé vid den tiden - att använda genetiskt modifierade växter för detta, vilket skulle producera det önskade animaliska proteinet. Problemen med naturligt utnyttjande av växtbiomassa och återföring av salt som utsöndras från människokroppen till det intrasystemiska massutbytet förblev också olöst.
Forskare bestämde sig för att upprepa ett framgångsrikt experiment på jorden i rymden. Krasnoyarsk -institutet började förbereda de första behållarna för odling av växter i tyngdkraft, men sedan utbröt perestrojka. På grund av den fullständiga bristen på finansiering måste den unika forskningen som inte hade några analoger i världen vid den tiden stoppas, och BIOS-3 slogs av.
Från vänster till höger-deltagare i 6-månaders experimentet i BIOS-3: M. P. Shilenko, V. V. Terskikh, N. I. Petrov, foto 1973. Foto: photo.kirensky.ru
Ökenark
Bara 15 år senare, 1985, gjordes ett försök i USA att genomföra ett liknande experiment.
Med pengar från mångmiljonären Ed Bass byggdes en jättebas "Biosphere-2" i Arizona från lufttäta kupoler som täckte ett område på 12 tusen kvadratmeter. m. På detta vidsträckta territorium har forskare reproducerat terrestra landskap - öken, tropisk skog, savann, till och med ett litet hav med ett korallrev, planterat växter och tagit in hundratals djurarter. Det antogs att allt detta skulle växa och föröka sig av sig själv och ge frivilliga i experimentet allt som är nödvändigt för livet.
"Men mycket snart blev det klart att det var en kritisk syrebrist, vi var tvungna att öppna fönstren så att luft kunde komma in från utsidan", säger motsvarande ledamot av Russian Academy of Sciences, doktor i biologiska vetenskaper Sergei Olenin. - Då började växterna göra ont och dö, några djurarter dog ut. Otroligt många kackerlackor och myror uppfödda. Det fanns inte tillräckligt med mat, den måste tas in utifrån. Två år senare avslutades experimentet, även om skaparna av "Biosphere-2" hoppades att det artificiella ekosystemet kunde existera i ett autonomt läge i minst 100 år.
Efter ett misslyckat första försök gjorde amerikanska forskare förändringar i den konstgjorda värld de skapade och lanserade ett andra experiment 2007. Det avslutades dock av en annan anledning: en av medlemmarna i det nya teamet av volontärer attackerade andra under ett bråk. Efter det tappade investeraren intresset för projektet, och nu besöks denna "Noah's Ark" mitt i öknen bara av turister.
- Förra året genomfördes ytterligare ett experiment med autonom överlevnad i Kina. Det fick namnet "Lunar Palace -1", - fortsätter Sergey Olenin. - Forskare, som faktiskt helt upprepade Krasnoyarsk -studierna, lyckades ge deltagarna all nödvändig mat med 75% på grund av att proteinbehovet tillfredsställdes av maskarna som de tog upp. Så de lyckades leva offline i tre månader.
En värld att experimentera med
Nu har Europeiska rymdorganisationen börjat visa intresse för Krasnoyarsk -forskning. Med de pengar som tas emot i form av bidrag utförs små experiment på Institute of Biophysics i SB RAS, modern utrustning köps in för bunkern, byggd i slutet av 1960 -talet. Ett konstgjort jordliknande substrat skapas för växande växter. Experiment pågår med den fysikalisk -kemiska tekniken för sönderdelning av organiska ämnen till mineralsubstanser, som kan återföras till cirkulation i form av salter för växttillväxt. Användningen av landsniglar för produktion av protein som behövs av människor studeras.
Det finns dock inte tillräckligt med medel för fullskalig forskning - detta kräver flera tiotals miljoner dollar. Alla förstår att det är nödvändigt att återuppta arbetet med skapandet av slutna livsstödssystem, eftersom utan dem kan det inte vara fråga om allvarlig rymdutforskning, men allt beror på ekonomi. BIOS-3 är tom. Även om detta är det mest framgångsrika experimentella systemet, uppfyller det fullt ut mänskliga behov av vatten, luft och växtmat genom en sluten biologisk cykel. Den kan redan användas, om än inte på Mars eller andra planeter, utan på jorden. Med dess hjälp är det faktiskt möjligt att minska skadorna på miljön hundratals gånger, vilket oundvikligen orsakas av människor, eftersom BIOS-3 låter dig konsumera ett minimum av resurser och producera nästan inget avfall. Hus med slutna kretsar skulle drastiskt minska belastningen på miljön och kan också ge människor allt de behöver där det är svårt eller dyrt att nå, till exempel i avlägsna arktiska zoner, öknar eller på höglandet, under vatten.
- Ett annat alternativ för att använda "BIOS" är att utföra experiment i det, som ingen i världen bedriver ännu. Alla pratar bara om vad som kommer att hända om till exempel metanhalten i atmosfären når en kritisk nivå. Kommer det att bli en katastrof eller inte? Och i Krasnoyarsk kanske de inte pratar om det, men kolla vad som kommer att hända till följd av ett litet slutet ekosystem, säger Sergei Olenin. - Och detta är bara ett av de möjliga experimenten, som kanske inte ens har enorm, men kolossal betydelse för hela mänskligheten. Det är möjligt att studera processerna för cirkulation av ämnen i jordens biosfär, och inte bara hjälpa människor att överleva på andra planeter.
