Kada pagaliau mūsų pėdsakai liks tolimų planetų dulkėtais keliais? Žmonija atkakliai ruošia atsakymą į šį klausimą, atlieka didelio masto tyrimus ir kuria technologijas kitų pasaulių vystymuisi.
Konstantino Tsiolkovskio žodžiai, pasakyti daugiau nei prieš šimtmetį, „Žmonija nepaliks amžinai žemėje …“iš tikrųjų tik pradeda išsipildyti. Iki šiol žmogus sugebėjo nutolti nuo savo gimtosios planetos tik per Mėnulio orbitą, tačiau net ir žemesnėmis orbitomis šiuolaikinės technologijos negali užtikrinti visiškai autonominio, daugiau nei 3–4 mėnesius trunkančio skrydžio, kuriam lėktuvas suteiktas be įgulos: po šio laiko kosminio laivo įgulai neabejotinai prireiks pristatytų eksploatacinių medžiagų. iš Žemės.
- „Salik.biz“
Vis dar neįmanoma organizuoti tinkamo maitinimo, vandens tiekimo, nuolatinio deguonies tiekimo ir veiksmingo atliekų produktų šalinimo izoliuotai nuo žemės biosferos.
Šiame etape atsakymas į klausimą „Kaip išgyventi gilioje erdvėje?“skamba taip: „pasiimk su savimi“būtiną būtiną šios biosferos dalį, „priversdamas“ją veikti mažo sunkio, mažose uždarose erdvėse ir esant dideliam energijos kiekiui.
Deja, visi bandymai įgyvendinti tokį uždarą ciklą, net ir švelnesnėmis „žemės“sąlygomis, negali būti vadinami sėkmingais. Garsiausias iš jų neabejotinai yra amerikiečių projektas „Biosfera-2“, kurį vykdo „Space Biosphere Ventures“(daugiausia finansuoja milijardierius Edwardas Bassas).
„Biosferos“likimas
1991 m. Vasarą dykumos rajone netoli Oracle miesto (Arizonos) buvo baigta statyti didelio masto konstrukcija, kuri apėmė didžiulę stiklo-metalo konstrukciją, apimančią 1,27 ha plotą.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Kartu su pagalbiniais pastatais tai buvo hermetiška sistema, kurios tūris buvo 203 760 m3. Šiuo tūriu buvo modeliuojama daugybė biomų: atogrąžų miškai, savanos, Viduržemio jūros kietas krūmas, dykuma, gėlo vandens ir druskingos (mangrovių) pelkės ir net mini vandenynas su gyvu koralų rifu.
MARS-500
Ruošdamiesi įgulos skrydžiui į Marsą, Rusijos specialistai pradėjo didelio masto eksperimentą „Mars-500“. Pagrindinis projekto tikslas - ištirti šešių žmonių sambūvio izoliuotoje patalpoje ypatybes ilgą laiką riboto ryšio su Žeme sąlygomis. „Mars-500“kompleksas nebuvo biologiškai uždara sistema, užduotis ištirti įgulos savarankiškumo galimybę ilgai nebuvo keliama. Eksperimentas truko 519 dienas - nuo 2010 m. Birželio 3 d. Iki 2011 m. Lapkričio 4 d.
Tiesa, jų santykinis „vaizdavimas“labai skyrėsi nuo tikrojo - visų pirma vandenynas sudarė mažiau nei trečdalį „biosferos“, o Žemėje vandens erdvės užima 71% paviršiaus. Visa ši biologinė įvairovė buvo „apgyvendinta“beveik keturiais tūkstančiais gyvūnų, augalų ir mikroorganizmų rūšių.
Jų rūšių sudėtis buvo parinkta taip, kad geriausiai imituotų biosferinį medžiagų ciklą, įskaitant organinių medžiagų susidarymą ir skilimą (įskaitant natūralų žmonių atliekų skilimą). Milžiniški kompresoriai sureguliavo vidinį slėgį, kad atitiktų išorinį slėgį, sumažindami oro nutekėjimą.
1991 m. Rugsėjo 26 d. Aštuoni žmonės - keturi vyrai ir keturios moterys - tapo dirbtinės biosferos dalimi. Jie turėjo praleisti lygiai dvejus metus visiškai atsiriboję nuo išorinio pasaulio (vis dėlto turėdami galimybę su juo bendrauti telefonu). Jie turėjo naudoti kitus „Biosferos-2“gyventojus kaip maisto produktus - žuvis, krevetes, ožkas, viščiukus ir kiaules, taip pat daržoves ir vaisius, užaugintus specialiai tam skirtose vietose.
Buvo manoma, kad kompleksas veiks autonomiškai, nes jame buvo sudarytos visos sąlygos normaliai medžiagų apyvartai. Saulės šviesos, anot mokslininkų, turėjo pakakti, kad augalai galėtų daugintis deguonimi dėl fotosintezės, sliekai ir mikroorganizmai gautų atliekų perdirbimą, vabzdžiai - augalų apdulkinimą ir kt. Vandens cirkuliacija ir gryninimas buvo atlikti dėl žaliuzių, reguliuojančių saulės apšvietimą, veikimo, kuris sukėlė šilto oro konvekcines sroves, kurios prisidėjo prie išgaravimo iš „vandenyno“paviršiaus.
Virš „atogrąžų miško“lietaus pavidalu iškrito kondensacinė drėgmė. Iš ten jis išsiveržė į „pelkes“ir per grunto filtrus vėl pateko į „vandenyną“. Fotosintezės metu kvėpavimo metu išsiskyręs anglies dioksidas buvo absorbuotas ir teoriškai turėjo būti išlaikytas reikiamas deguonies kiekis ore. Tačiau tiek tiesioginiai eksperimento dalyviai, tiek jo vadovai „iš šalies“tam tikru mastu galėjo kištis į gyvybės palaikymo sistemų veikimą.
Visos atliekos buvo skaidomos biologiniais būdais, maitinantis augalus, kai kurie iš jų, savo ruožtu, tarnavo kaip maistas žmonėms, žuvims ir naminiams gyvūnams. Toksiškų chemikalų (insekticidų ir pesticidų) naudojimas buvo visiškai atmestas. Kenkėjų kontrolė buvo vykdoma „natūraliais“metodais - jie buvo surinkti ir sunaikinti rankomis arba išauginti natūralius priešus.
Taip pat nebuvo leista naudoti aplinką teršiančių energijos šaltinių, tokių kaip atvira liepsna. Saulės baterijos tiekė energiją maisto ruošimui, apšvietimui ir įrangos tiekimui.
Atrodė, kad į viską buvo atsižvelgta ir buvo sukurtas idealus pasaulis … vis dėlto problemos netruko ateiti. Biosfera-2 pasirodė esanti perpildyta. Žmonės neturėjo pakankamai kaloringo maisto - jie turėjo „džiunglėse“pasodinti keletą bananų ir papajų, sutankinti javų sodinimą nepadidindami ploto ir įvesti maisto pasiskirstymą.
Virš „dykumos“ant stiklinio stogo ryte vanduo kondensavosi ir krito lietus. To pašalinti nebuvo įmanoma, todėl dykuma pamažu „virto“stepiu. Po kelių mėnesių daugelio medžių vainikėliai ėmė lūžti pagal savo svorį: paaiškėjo, kad normaliam medienos formavimui reikalingas toks iš pažiūros nereikšmingas faktorius kaip vėjas.
Ukrainos daržovių sodas orbitoje
Pirmasis nepriklausomos Ukrainos kosmonautas Leonidas Kadenyukas, vykdydamas skrydį Kolumbijos šaudykloje, užsiėmė kosminės biologijos srities tyrimais. Visų pirma, jie apėmė dirbtinio sojų ir rapsų daigų apdulkinimo eksperimentus, kad būtų galima gauti sėklų gravitaciją be nulio. Šie tyrimai turėjo praktinį tikslą: tarpplanetinių erdvėlaivių įguloms, skrendančioms į tolimas planetas, tikrai reikės „kosminių sodų“, kurie aprūpins astronautus maistu ir deguonimi.
Labai greitai prasidėjo nekontroliuojamas vabzdžių ir mikroorganizmų, aktyviai absorbuojančių deguonį, dauginimasis. Jo kiekis ore sumažėjo iki 14% (esant 21% normai) - tai atitinka dalinį slėgį 4080 m aukštyje virš jūros lygio. Dėl to pablogėjo „Biosferos-2“gyventojų sveikatos būklė, pastebimai sumažėjo jų darbingumas. Viena iš moterų nukirto pirštą dirbdama su žemės ūkio technika. Siūti savarankiškai nebuvo įmanoma, o auką reikėjo evakuoti „į didįjį pasaulį“.
Vėliau buvo visiškai pažeistas „eksperimento grynumas“: dėl pernelyg aktyvaus klimato reiškinio „El Niño“dangus virš Arizonos buvo padengtas debesimis daug dažniau nei tikėtasi, o fotosintezės metu nebuvo pakankamai saulės šviesos, kad būtų galima atkurti deguonį.
Norėdami išvengti rimtų padarinių, Edvardas Baseas nusprendė pradėti pumpuoti šias dujas po kupolu iš išorės. Iš viso jo reikėjo išpumpuoti daugiau nei 20 tonų. Tuo tarpu „eksperimentiniai“, be jų pagrindinių užsiėmimų, smarkiai naikino pernelyg daugintus tarakonus ir skruzdėles (daugiausia jie tiesiog spaudė - jie negalėjo rasti šių vabzdžių tarp „Biosferos“gyventojų).
Gana greitai komanda susiskirstė į dvi priešingas grupes, iš kurių viena reikalavo nedelsiant nutraukti eksperimentą, o antroji tvirtino, kad reikia „laikytis iki galo“. Kadangi norą „išsilaikyti“pasidalijo ir projekto vadovybė, abi grupės buvo priverstos sugyventi po vienu stogu iki 1993 m. Rugsėjo 26 d., Kai jį galutinai paliko septyni ištuštėję ir išsekę „žemiškojo rojaus“gyventojai. Tačiau net po 20 metų įvairių grupių atstovai uoliai vengia susitikimų ir bet kokio kito bendravimo.
Mokslininkai nenorėjo atsisakyti unikalaus komplekso, todėl jau 1993 m. Pabaigoje buvo pradėtas jo atkūrimas: per dvejus metus trukusį eksperimentą „Biosfera-2“dizainas ir daugelis jo sistemų buvo rimtai susidėvėję. 1994 m. Kovo 6 d. Kupolas priėmė septynis naujus „gyventojus“, įskaitant vieną moterį. Atsižvelgiant į jų pirmtakų patirtį, penki iš jų galėjo praleisti šešis mėnesius uždaroje sistemoje - iki rugsėjo 6 dienos (nors iš pradžių buvo paskelbtas dešimties mėnesių eksperimentas) - ir sugebėjo organizuoti maisto savarankiškumą, tačiau nekontroliuojamo mikrobų ir vabzdžių dauginimosi problemos išspręsti nepavyko.
1994 m. Balandžio 5 d. Abigail Elling ir Markui Van Thillo, dviem pirmojo eksperimento dalyviams, pavyko atidaryti vieną oro užraktą ir tris avarinio išėjimo duris, ketvirtį valandos sulaužant komplekso sandarumą. Jie taip pat išdaužė penkias stiklines stogo plokštes. Elling savo veiksmą paaiškino tuo, kad ji norėjo suteikti žmonėms galimybę laisvai rinktis ir „laisvės atėmimą“.
1994 m. Birželio 1 d. „Space Biospheres Ventures“oficialiai nustojo egzistuoti, visą verslą (įskaitant antrąjį eksperimentą) perduoti laikinajai valdymo komandai, pasamdytai „Sprendimai Investment Co“.
1996 m. Viduryje „Biosferos“valdymą perkėlus į Kolumbijos universitetą (Niujorkas), mokslininkai jame pradėjo naują eksperimentą, šį kartą nedalyvaudami žmonėms. Jie ketino išsiaiškinti, ar derlius iš tikrųjų padidėja padidėjus anglies dioksido procentinei daliai (ir iki kokios ribos), kas atsitinka dėl anglies dioksido pertekliaus ir kur jis kaupiasi, taip pat ar įmanoma katastrofiškai atvirkštinis procesas, kai nekontroliuojamai padidėja CO2 kiekis atmosferoje. Neįmanoma gauti aiškių atsakymų į bet kurį iš šių klausimų.
Ilgą laiką mokslinis kompleksas buvo naudojamas studentų praktikai, o 2005 m. Jis buvo pateiktas pardavimui. Pirkėjas buvo rastas tik 2007 m. Vasarą. „Ranches & Development“ketino pastatyti viešbutį ir švietimo kompleksą netoliese, o pati „Biosphere-2“turėjo tapti viešai prieinama turistų atrakcija. 2007 m. Liepos 26 d. Unikali laboratorija buvo perduota Arizonos universitetui.
… Ant vienos iš „Biosferos“vidinių sienų tebėra kelios eilutės, kurias parašė vienas iš pirmosios misijos dalyvių: „Tik čia mes pajutome, kaip priklausomi nuo mus supančios gamtos. Jei nėra medžių, mes neturėsime kuo kvėpuoti; jei vanduo užterštas, mes neturime ko gerti “. Ši sunkiai išmokama išmintis yra bene svarbiausias ambicingo eksperimento rezultatas.
BIOS projektas
Tyrimai dėl galimybės sukurti nuolatinės biosintezės stabilias biofizines sistemas buvo pradėti netrukus po pirmųjų pilotuojamų kosminių skrydžių. Vienas įdomiausių ir sėkmingiausių darbų šia kryptimi buvo BIOS projektas, kurį pradėjo Krasnojarsko biofizikos instituto (SSRS, dabar Rusijos Federacija) darbuotojai. Ten buvo sukurtos gyvybės palaikymo sistemos žmonių buvimui kosmose, ekstremaliomis poliarinių platumų, dykumų, aukštumų, po vandeniu sąlygomis.
1964 m. Sistemoje BIOS-1 buvo įdiegta dviejų grandžių žmogaus ir chlorelos gyvybės palaikymo sistema, uždaryta dujų mainų metu. Dumbliai absorbavo anglies dioksidą ir gamino deguonį, tačiau jie negalėjo būti naudojami maistui.
BIOS-2 komplekse, kuris pradėtas kurti 1965 m., Be dumblių, dalyvavo ir aukštesni augalai - kviečiai, daržovės. 1968 m. Buvo atlikti pirmieji bandymai su trijų jungčių sistema „žmogus - mikrodumbliai - aukštesni augalai“. Pasiektas 85% vandens pakartotinis panaudojimas. Remiantis šiais eksperimentais buvo sukurta BIOS-3 - uždara ekologinė žmogaus gyvybės palaikymo sistema su autonomine kontrole.
Dujų ir vandens mainų schema eksperimentiniame komplekse „Bios-3“. Dujų keliai nurodomi oranžinėmis linijomis, vanduo - juoda. Mėlynos rodyklės rodo važiavimo kryptį. Raidės nurodo: B - chlorelio dumblių kultivatoriai, G - dujų pūtiklis, U - anglies filtras, C - nuotekų rinktuvai virtuvėje ir tualete, Q - drėgmės kondensato surinkimo kolektorius fitotrone, D - rezervuaras, skirtas virinti ir laikyti buitinį vandenį, M - kolektorius šlapimas, F - geriamojo vandens sorbcijos gryninimo vienetas.
BIOS-3 komplekso statyba buvo baigta 1972 m. Krasnojarsko akademgorodoko Biofizikos instituto rūsyje buvo pastatytas uždaras kambarys, kurio matmenys 14x9x2,5 m, o tūris apie 315 m3. Jis buvo padalytas į 4 lygius skyrius, iš kurių du užėmė fitotronai augalams auginti, vienas - mikrodumblių kultivatoriais, o paskutinis - gyvenamasis blokas su įgulos kajutėmis, buitine ir pagalbine įranga. Skyriai buvo sujungti uždaromomis durimis.
BIOS-Z pagrindu buvo atlikta 10 eksperimentų su vieno iki trijų žmonių įgulomis. Ilgiausia iš jų truko 180 dienų (1972–1973). Buvo galima pasiekti visišką dujų ir vandens sistemos „uždarymą“, įgulos poreikiai maistu buvo patenkinti 80% vidinių išteklių sąskaita. Komplekse ilgiausiai (iš viso 13 mėnesių) gyveno inžinierius Nikolajus Bugreevas.
Šiltnamiuose dirbtiniu apšvietimu buvo auginamos specialios veislės kviečiai, sojos pupelės, salotos, chufa (Vidurinės Azijos aliejinių augalų pasėliai), morkos, ridikai, burokėliai, bulvės, agurkai, rūgštynės, kopūstai, krapai ir svogūnai. Nykštukiniai kviečiai, veisiami profesoriaus G. M. Lisovskio, sutrumpino stiebus, o tai leido sumažinti atliekų kiekį. Maistui buvo naudojami ir konservai su gyvūniniais produktais.
Dešimtojo dešimtmečio pabaigoje eksperimentai su BIOS-Z buvo laikinai sustabdyti.
1991 m., Vadovaujant akademikui I. I. Gitelzonui, buvo įkurtas Tarptautinis uždarų ekologinių sistemų centras, kuris tapo Rusijos mokslų akademijos Sibiro skyriaus Krasnojarsko biofizikos instituto struktūriniu padaliniu. Jo tyrimų tikslas yra sukurti uždarų ekosistemų prototipus ir darbo modelius ilgalaikiam žmogaus gyvenimui palaikyti ekstremaliomis sausumos ir kosmoso sąlygomis, remiantis medžiagų apykaitos procesų Žemės biosferoje tyrimais.
2005 m. Krasnojarske, padedant Europos kosmoso agentūrai, buvo pradėtas kurti naujas biosistemos modelis. Šiuo metu įgyvendinant šį projektą vykdomi tyrimai atliekų perdirbimo ir augalų auginimo uždarose ekosistemose srityse.
NASA kuria biosistemas
NASA specialistai, be abejo, negalėjo atsiriboti nuo uždarų biosistemų, kurios vėliau galėtų būti naudojamos palaikyti kosminių stočių ir tarpplanetinių laivų įgulas, kūrimo. Jų pasiekimai šioje srityje yra daug mažesni, tačiau jie turi apčiuopiamos komercinės sėkmės.
Mes kalbame apie biologinį modulį, vadinamą Ekosfera, kuris yra uždaras stiklinis rutulinis akvariumas, kurio skersmuo 10-20 cm, užpildytas jūros vandeniu su mažu oro burbulu ir „apgyvendintas“keliomis Halocaridina rubra krevetėmis, koralų gabalėliais, žaliaisiais dumbliais ir bakterijomis, kurios skaido maistą. gyvybinės krevečių funkcijos. Akvariumo apačioje, dėl estetinių priežasčių, pilamas šiek tiek smėlio ir kriauklių.
Gamintojų tikinimu, visas šis pasaulis turėjo būti neribotą laiką visiškai autonomiškas - jam reikėjo tik saulės spindulių ir palaikyti daugiau ar mažiau pastovią temperatūrą. Krevetės padaugėjo ir mirė, neviršydamos to kiekio, kurį turimi ištekliai galėtų „pamaitinti“. Ekosfera iškart tapo neįtikėtinai populiari.
Tiesa, netrukus paaiškėjo, kad jos „amžinybė“buvo tik 2–3 metai, po to buvo sutrikdyta biologinė pusiausvyra akvariumo viduje ir jos gyventojai mirė. Nepaisant to, hermetiški akvariumai vis dar populiarūs ir šiandien - juk kiekviena civilizacija turi savo „galiojimo laiką“ir net dveji metai pagal krevečių standartus nėra tokie blogi.
„Kosminis skruzdėlynas“ant jūsų stalo
Skruzdėlės yra nuostabios būtybės. Jų yra beveik visose natūraliose zonose (išskyrus arktines dykumas). Jų senovės protėviai, mažai kuo skiriasi nuo šiuolaikinių šios šeimos atstovų, Žemėje gyveno daugiau nei prieš 100 milijonų metų, apie tai liudija jų liekanos, rastos suakmenėjusiame purve. Labai tikėtina, kad net tada jie turėjo „kolektyvinės bendruomenės“įgūdžius ir buvo suskirstyti į „kastas“- darbininkų skruzdėles, karius, medžiotojus ir kt.
Vien klasifikuotų skruzdėlių rūšių yra daugiau nei 12,5 tūkst. Bendras šių vabzdžių skaičius Žemėje gali siekti kvadrilijoną (milijoną milijardų, arba 1015). Kai vidutinė vieno egzemplioriaus masė yra apie 3 mg, jų bendra biomasė yra tik mažesne masteliu nei žmonijos biomasė, o skruzdėlių vienam asmeniui yra apie šimtus tūkstančių. Akivaizdu, kad tokia gausi gyvų daiktų šeima yra vienas iš svarbiausių biosferos elementų. Todėl mirmekologai (mirmekologija yra entomologijos šaka, tirianti skruzdėles) aktyviai dalyvauja daugumoje tyrimų, skirtų uždarų ekosistemų kūrimui.
Didžioji skruzdėlių gyvenimo dalis vyksta požeminėse ar kitose sunkiai pasiekiamose prieglaudose, kur jas stebėti yra ypač sunku. Mokslininkai įdėjo daug pastangų, kad išspręstų šią problemą. Paprasčiausia „skruzdžių observatorijos“versija gali būti laikoma dirbtiniu skruzdėlynu iš dviejų skaidrių stiklo (plastiko) plokščių ir smėlio užpildo tarp jų. Stebėjimai atliekami silpno šviesos ar infraraudonųjų spindulių spinduliais.
Kadangi smėlis yra nepermatomas, tokiame skruzdėlyne galite pamatyti tik tunelius, esančius tiesiai prie stiklinės sienos. Be to, ši konstrukcija yra labai blogai gabenama - net šiek tiek pakratydami skruzdėlių išrikiuoti praėjimai sutrūkinėja ir griūva. Todėl, norėdami eksperimentuoti su jais kosminiuose laivuose „Space Shuttle“, NASA darbuotojai turėjo suprojektuoti buveinę, kurioje skruzdėlės galėtų gyventi, ir pastatyti tunelius, kurie galėtų atlaikyti staigių gravitacijos pokyčių padarinius.
„Mars One“projekto koncepcija
Tam buvo sukurtas specialus želė pavidalo užpildas, tinkantis skruzdėlėms joje gyventi ir tuneliams statyti. Jis jiems taip pat tarnauja kaip maisto šaltinis. Ši technologija buvo naudojama kuriant „Antkvario“skruzdėlyną “, kuris suteikia visiems laukinės gamtos mylėtojams retą galimybę stebėti žavingą šių vabzdžių gyvenimą.
Antkvaris nėra uždara ekosistema, tačiau vandens ir maistinių medžiagų (išskyrus orą) tiekimas joje yra ribotas. Taip pat sumažinta patogeninių bakterijų ir skruzdžių parazitų patekimo į juos tikimybė. Todėl „skaidrus skruzdėlynas“gana ilgą laiką gali išlaikyti jo gyventojų gyvenimą - su sąlyga, kad bus laikomasi instrukcijose nurodytų šviesos ir temperatūros sąlygų.
Žurnalas „Visata, erdvė, laikas“, 2014 m. Kovas