Millal lõpuks jäävad meie jäljed kaugete planeetide tolmustele radadele? Inimkond valmistab püsivalt sellele küsimusele vastust, viib läbi ulatuslikke uuringuid ja loob tehnoloogiaid teiste maailmade arendamiseks.
Konstantin Tsiolkovsky sõnad, mis ütlesid enam kui sajand tagasi: "Inimkond ei jää maa peale igavesti …", hakkavad tegelikult alles tõeks saama. Siiani on inimene suutnud oma koduplaneedilt eemalduda vaid Kuu orbiidi kaugusel, kuid ka madalamatel orbiitidel ei suuda kaasaegsed tehnoloogiad pakkuda täielikult autonoomset mehitatud lendu, mis kestaks kauem kui 3-4 kuud: pärast seda aega vajavad kosmoselaeva meeskonnad kindlasti tarnitud tarbekaupu maast.
Maa biosfäärist eraldatult ei ole ikka veel võimalik korraldada piisavat toitumist, veevarustust, pidevat hapnikuga varustamist ja jäätmetoodete tõhusat kõrvaldamist.
Selles etapis on vastus küsimusele "Kuidas sügavas kosmoses ellu jääda?" kõlab umbes nii: "võtke endaga kaasa" selle biosfääri teatud minimaalne vajalik osa, "sundides" seda toimima madala gravitatsiooni, väikeste suletud ruumide ja suure energiatarbega kiirguse tingimustes.
Kahjuks ei saa kõiki katseid sellist suletud tsüklit rakendada, isegi kergemates "maapealsetes" tingimustes, õnnestunuks. Neist kuulsaim on kahtlemata ameeriklaste projekt "Biosphere-2", mille viib läbi Space Biosphere Ventures (peamiselt rahastas miljardär Edward Bass).
"Biosfääri" saatus
1991. aasta suvel viidi Oracle'i linna (Arizona) lähedal asuvas kõrbepiirkonnas suurejoonelise konstruktsiooni ehitamine, mis hõlmas tohutut klaasmetallkonstruktsiooni, mille pindala oli 1,27 hektarit.
Reklaamvideo:
Koos abihoonetega oli see hermeetiline süsteem mahuga 203 760 m3. Selles mahus on modelleeritud terve rida biomeid: vihmamets, savann, Vahemere kange põõsas, kõrb, magevee ja soolane (mangroov) sood ning isegi mini-ookean koos elava korallrifiga.
MARS-500
Valmistudes mehitatud lenduks Marsile, algatasid Venemaa spetsialistid suuremahulise eksperimendi "Mars-500". Projekti peamine eesmärk on uurida pikka aega isoleeritud ruumis kuue inimese kooseksisteerimise võimalusi Maaga piiratud suhtluse tingimustes. Mars-500 kompleks polnud bioloogiliselt suletud süsteem, meeskonna iseseisva toimetuleku võimalikkuse uurimise ülesannet ei pandud pikka aega ette. Katse kestis 519 päeva - 3. juunist 2010 kuni 4. novembrini 2011.
Tõsi, nende suhteline "esindatus" erines tegelikust väga - eriti ookean moodustas vähem kui kolmandiku "biosfäärist", samal ajal kui Maal hõivavad veeruumid 71% pinnast. Kogu see bioloogiline mitmekesisus on asustatud peaaegu nelja tuhande looma-, taime- ja mikroorganismiliigiga.
Nende liigiline koostis valiti viisil, mis võimalikult hästi jäljendas ainete biosfääri tsüklit, sealhulgas orgaaniliste ainete tootmist ja lagunemist (sealhulgas inimjäätmete looduslikku lagunemist). Hiiglaslikud kompressorid kohandasid siserõhku vastavalt välisrõhule, minimeerides õhulekke.
26. septembril 1991 sai kunstlikust biosfäärist osa kaheksa inimest - neli meest ja neli naist. Nad pidid veeta täpselt kaks aastat täielikult välismaailmast eraldatuna (kellel oli siiski võimalus temaga telefoni teel suhelda). Nad pidid toidukaupadena kasutama teisi "Biosfääri-2" elanikke - kalu, krevette, kitsi, kanu ja sigu, aga ka spetsiaalselt selleks ette nähtud piirkondades kasvatatud köögivilju ja puuvilju.
Eeldati, et kompleks toimib autonoomselt, kuna sellel on olemas kõik tingimused ainete normaalseks ringluseks. Päikesevalgus peaks teadlaste arvutuste kohaselt olema hapniku paljunemiseks taimede poolt fotosünteesi tagajärjel piisav, ussid ja mikroorganismid töötlevad jäätmeid, putukad - taimede tolmlemist jne. Vee ringlus ja puhastamine viidi läbi tänu päikesevalgustust reguleerivate ruloode tööle, mis põhjustas sooja õhu konvektsioonivoolusid, mis aitasid aurustuda "ookeani" pinnalt.
"Troopilise metsa" kohal langes vihma kujul välja kondenseeruv niiskus. Sealt imbus see soodesse ja sisenes pinnasefiltrite kaudu taas ookeani. Fotosünteesi käigus absorbeerus hingamise ajal vabanenud süsinikdioksiid ja teoreetiliselt pidanuks õhus vajalik hapnikusisaldus säilima. Nii eksperimendi otsesed osalejad kui ka selle juhid "väljastpoolt" võivad siiski mingil määral sekkuda elu toetavate süsteemide töösse.
Kõik jäätmed lagunesid bioloogiliste meetoditega, pakkudes taimedele toitu, millest omakorda osa toitusid inimestele, kaladele ja koduloomadele. Toksiliste kemikaalide (insektitsiidid ja pestitsiidid) kasutamine oli täielikult välistatud. Kahjuritõrje viidi läbi "looduslike" meetoditega - nad koguti ja hävitati käsitsi või kasvatati nende looduslikud vaenlased.
Samuti ei olnud lubatud keskkonda saastavate energiaallikate, näiteks lahtise leegi kasutamine. Päikesepaneelid andsid energiat toiduvalmistamiseks, valgustuseks ja seadmete toiteks.
Tundus, et kõigega arvestati ja ehitati ideaalne maailm … siiski polnud probleeme kaua oodata. Biosfäär-2 osutus ülerahvastatud. Inimestel polnud piisavalt kõrge kalorsusega toitu - nad pidid istutama "džunglisse" mõned banaanid ja papaiad, kompakteerima teravilja istutamist ilma pinda suurendamata ja tutvustama toidujaotust.
Hommikul klaasist katusel asuva "kõrbe" kohal vesi kondenseerus ja vihma sadas. Seda oli võimatu kõrvaldada, nii et kõrb järk-järgult "muutus" steppiks. Mõni kuu hiljem hakkasid paljude puude kroonid oma raskuse all murduma: selgus, et puidu normaalseks moodustumiseks on selline pealtnäha tähtsusetu tegur nagu tuul äärmiselt vajalik.
Ukraina köögiviljaaed orbiidil
Iseseisva Ukraina esimene kosmonaut Leonid Kadenyuk tegeles kosmosebioloogia valdkonna teadusuuringutega oma lennu ajal Columbia süstikul. Need hõlmasid eelkõige sojaoa ja rapsiseemne idandite kunstliku tolmlemise katseid, et saada seemneid gravitatsioonivabad. Nendel uuringutel oli praktiline eesmärk: kaugetele planeetidele lendavate planeetidevaheliste kosmoselaevade meeskonnad vajavad kindlasti "kosmoseaedu", mis varustavad astronaute toidu ja hapnikuga.
Putukate ja mikroorganismide kiiresti kontrollimatu paljunemine, mis imendab aktiivselt hapnikku, algas väga kiiresti. Selle sisaldus õhus langes 14% -ni (normil 21%) - see vastab osarõhule 4080 m kõrgusel merepinnast. Selle tagajärjel on "Biosfääri-2" elanike tervislik seisund halvenenud ja nende töövõime on märkimisväärselt langenud. Üks naistest lõikas põllutöödel töötades sõrme ära. Seda ise õmmelda polnud võimalik ja ohver tuli evakueerida "suurde maailma".
Hiljem rikuti täielikult "eksperimendi puhtust": liiga aktiveeritud kliimanähtuse "El Niño" tõttu kaeti Arizona kohal taevas oodatust palju sagedamini pilvi ning fotosünteesi ajal polnud hapniku paljundamiseks piisavalt päikesevalgust.
Tõsiste tagajärgede vältimiseks otsustas Edward Base alustada selle gaasi pumpamist kupli alt väljastpoolt. Kokku tuli sellest välja pumbata üle 20 tonni. Vahepeal hävitasid "eksperimentaalsed" lisaks oma peamistele ametitele ka jõudsalt vohatud prussakad ja sipelgad (peamiselt nad lihtsalt pressisid - nad ei suutnud neid putukaid "Biosfääri" elanike hulgast leida).
Üsna kiiresti jagunes meeskond kaheks vastandlikuks rühmaks, millest üks nõudis katse viivitamatut lõpetamist ja teine nõudis, et oleks vaja "lõpuni kinni hoida". Kuna projekti juhtkond jagas soovi "end ära hoida", olid mõlemad rühmad sunnitud koos eksisteerima ühe katuse all kuni 26. septembrini 1993, mil "maise paradiisi" seitse tühjendatud ja kurnatud elanikku sellest lõpuks lahkusid. Kuid isegi 20 aastat hiljem väldivad erinevate rühmade esindajad usinalt kohtumisi ja igasugust muud suhtlust.
Teadlased ei soovinud ainulaadsest kompleksist loobuda, seetõttu alustati juba 1993. aasta lõpus selle taastamist: kaheaastase eksperimendi ajal olid "Biosfääri-2" disain ja paljud selle süsteemid tõsiselt kulunud. 6. märtsil 1994 võttis kuppel vastu seitse uut "elanikku", sealhulgas üks naine. Võttes arvesse eelkäijate kogemusi, suutsid viis neist veeta kuus kuud suletud süsteemis - kuni 6. septembrini (kuigi algselt kuulutati välja kümme kuud kestev eksperiment) - ja suutsid korraldada toidu iseseisva toimetuleku, kuid mikroobide ja putukate kontrollimatu paljunemise probleeme ei õnnestunud lahendada.
5. aprill 1994 - Abigail Elling ja Mark Van Thillo (Abigail Ailing, Mark Van Thillo) - kaks eksperimendis osalenud isikut - suutsid avada ühe õhuluku ja kolm avariiväljapääsu ust, muutes veerand tunniks kompleksi tiheduse. Nad purustasid ka viis klaasist katusepaneeli. Elling põhjendas oma tegevust sellega, et ta soovis anda inimestele seesmise valiku vabaduse ja "vangistuse" vahel.
1. juunil 1994 lakkas Space Biospheres Ventures ametlikult eksisteerimast, viies kogu äri (sealhulgas teise eksperimendi) üle ajutisele juhtimismeeskonnale, kelle palkas otsused Investment Co.
Pärast "Biosfääri" juhtimise viimist Columbia ülikooli (New Yorgi linn) viisid teadlased 1996. aasta keskel sisse uue eksperimendi, seekord ilma inimeste osaluseta. Nad kavatsesid välja selgitada, kas saagis tõepoolest suureneb süsinikdioksiidi protsendi suurenemisega (ja millise piirini), mis juhtub liigse süsinikdioksiidiga ja kuhu see koguneb, ning ka seda, kas atmosfääri süsinikdioksiidi sisalduse kontrollimatu suurenemise korral on võimalik katastroofiline vastupidine protsess. Neile küsimustele ei olnud võimalik selgeid vastuseid saada.
Pikka aega kasutati teaduskompleksi tudengipraktikal ja 2005. aastal pandi see müüki. Ostja leiti alles 2007. aasta suvel. Ettevõtte Ranches & Development eesmärk oli ehitada läheduses hotell ja hariduskompleks ning Biosphere-2 pidi saama üldsusele ligipääsetavaks turismimagnetiks. 26. juulil 2007 anti ainulaadne labor üle Arizona ülikooli käsutusse.
… "Biosfääri" ühel siseseinal on veel mitu rida, mille on kirjutanud üks esimesest missioonist osavõtja: "Alles siin tundsime, kui sõltuvuses ümbritsevast loodusest. Kui puud puuduvad, pole meil midagi hingata; kui vesi on saastunud, pole meil midagi juua. " See raskelt võidetud tarkus on ehk ambitsioonika eksperimendi kõige olulisem tulemus.
BIOS-i projekt
Pideva biosünteesi stabiilsete biofüüsikaliste süsteemide loomise võimalikkuse uurimist alustati varsti pärast esimesi mehitatud kosmoselende. Üks huvitavamaid ja edukamaid töid selles suunas oli BIOS-projekt, mille käivitasid Krasnojarski biofüüsika instituudi (NSVL, nüüd Vene Föderatsioon) töötajad. Seal töötati välja elu toetavad süsteemid inimeste viibimiseks kosmoses, äärmuslikes tingimustes polaaralaiustel, kõrbetes, mägismaal, vee all.
Aastal 1964 rakendati süsteemis BIOS-1 gaasivahetusel suletud kahesidemeline inimese-kloorella elu toetav süsteem. Vetikad imendasid süsinikdioksiidi ja tekitasid hapnikku, kuid neid ei saanud toiduks kasutada.
1966. aastal loodud BIOS-2 kompleksis osalesid lisaks vetikatele lisaks kõrgematele taimedele - nisu, köögiviljad. 1968. aastal tehti esimesed katsed kolmesidemelises süsteemis "inimene - mikrovetikad - kõrgemad taimed". 85% veega taaskasutatud. Nende katsete põhjal loodi BIOS-3 - autonoomse juhtimisega suletud ökoloogiline inimese elu toetav süsteem.
Gaaside ja vee vahetuse skeem eksperimentaalkompleksis "Bios-3". Gaasiteed on näidatud oranži joonega, vesi - mustaga. Sinised nooled näitavad sõidusuunda. Tähtedega on märgitud: B - klorellavetikate kultivaatorid, G - gaasipuhur, U - söefilter, C - köögis ja tualetis reoveekollektorid, Q - niiskuskondensaadi kogumiskollektor fütotronis, D - majapidamisvee keetmise ja säilitamise paak, M - kollektor uriin, F - joogivee sorptsiooni puhastamise ühik.
BIOS-3 kompleksi ehitamine viidi lõpule 1972. aastal. Krasnojarski Academgorodoki biofüüsika instituudi keldrisse ehitati suletud ruum mõõtmetega 14x9x2,5 m ja mahuga umbes 315 m3. See oli jagatud 4 võrdseks sektsiooniks, millest kaks olid taimede kasvatamiseks mõeldud fütotroonide poolt, üks mikrovetikate kultivaatorite poolt ja viimane oli elamu koos meeskonna kajutite, majapidamis- ja abiseadmetega. Sektsioonid olid ühendatud suletud ustega.
BIOS-Z alusel tehti 10 eksperimenti ühe kuni kolme inimese meeskonnaga. Pikim neist kestis 180 päeva (1972–1973). Gaasi ja vee jaoks oli võimalik süsteemi täielik "sulgemine", meeskonna toidunõudlus rahuldati 80% ulatuses sisemistest ressurssidest. Insener Nikolai Bugreev elas kompleksis kõige kauem (kokku 13 kuud).
Kunstliku valgustusega kasvuhoonetes kasvatati nisu, sojaubade, salati, chufa (Kesk-Aasia õliseemnekultuur), porgandi, redise, peedi, kartuli, kurgi, hapuoblikua, kapsa, tilli ja sibula erisorte. Professor G. M. Lisovsky aretatud kääbusnisu on lühenenud varred, mis võimaldas jäätmeid vähendada. Toiduks kasutati ka loomsete saadustega konserve.
80ndate lõpus peatati katsed BIOS-Z-s ajutiselt.
1991. aastal loodi akadeemik I. I. Gitelzoni juhtimisel rahvusvaheline suletud ökoloogiliste süsteemide keskus, millest sai Krasnojarski biofüüsika instituudi struktuuriüksus, mis asub Venemaa Teaduste Akadeemia Siberi filiaalis. Tema uurimistöö eesmärk on Maa biosfääris ainete ringluse protsesside uurimise põhjal luua suletud ökosüsteemide prototüübid ja töömudelid inimese pikaajaliseks toetamiseks maapealsetes ja kosmose ekstreemsetes tingimustes.
Uue biosüsteemimudeli väljatöötamine algas Krasnojarskis 2005. aastal Euroopa Kosmoseagentuuri toetusel. Praegu tehakse selle projekti raames teadusuuringuid jäätmete töötlemise ja taimekasvatuse valdkonnas suletud ökosüsteemides.
NASA kavandab biosüsteeme
NASA spetsialistid muidugi ei suutnud eemale hoida suletud biosüsteemide väljatöötamisest, mida saaks hiljem kasutada kosmosejaamade ja planeetidevaheliste laevade meeskondade toetamiseks. Nende saavutused selles valdkonnas on palju väiksemad, kuid neil on käegakatsutavat ärilist edu.
Me räägime bioloogilisest moodulist nimega Ecosphere, mis on suletud klaasist kuuliga akvaarium läbimõõduga 10-20 cm, täidetud väikese õhumulliga mereveega ja "asustatud" mitme Halocaridina rubra kreveti, korallitükkide, rohevetikate ja toitu lagundavate bakteritega. krevettide elutähtsad funktsioonid. Akvaariumi põhjas valatakse pigem esteetilistel põhjustel veidi liiva ja kesta.
Tootjate kinnituste kohaselt pidi kogu see maailm olema piiramatu aja jooksul absoluutselt autonoomne - selleks oli vaja ainult päikesevalgust ja enam-vähem ühtlase temperatuuri hoidmist. Krevetid paljunesid ja surid, ületamata seda summat, mida olemasolevad ressursid võiksid ära toita. Ökosfäär sai kohe uskumatult populaarseks.
Tõsi, peagi selgus, et selle "igavik" oli vaid 2-3 aastat, mille järel bioloogiline tasakaal akvaariumi sees oli häiritud ja selle elanikud surid. Sellegipoolest on hermeetilised akvaariumid tänapäeval endiselt populaarsed - lõppude lõpuks on igal tsivilisatsioonil oma "säilivusaeg" ja isegi kaks aastat kreveti järgi pole tegelikult nii hull.
Teie laual "kosmose sipelgapesa"
Sipelgad on hämmastavad olendid. Neid leidub peaaegu kõigis looduslikes tsoonides (välja arvatud arktilised kõrbed). Nende iidsed esivanemad, mis erinevad selle perekonna kaasaegsetest esindajatest vähe, elasid Maal üle 100 miljoni aasta tagasi, mida kinnitavad kivistunud mudast leitud jäänused. On väga tõenäoline, et ka siis olid nad "kollektiivse kogukonna" oskused ja jagati kastideks - tööliste sipelgad, sõdalased, jahimehed jne.
Ainuüksi klassifitseeritud sipelgate liike on üle 12,5 tuhande. Nende putukate koguarv Maal võib ulatuda kvadriljonini (miljon miljardit ehk 1015). Ühe isendi keskmise massiga umbes 3 mg on nende kogubiomass vaid suurusjärgu võrra väiksem kui inimkonna biomass, samas kui sipelgaid on inimese kohta umbes sadu tuhandeid. On ilmne, et nii suur elusate asjade perekond on biosfääri üks olulisemaid elemente. Seetõttu on myrmecologist (myrmecology on entomoloogia haru, mis uurib sipelgaid) aktiivselt enamikus suletud ökosüsteemide loomisele pühendatud uuringutes.
Põhiline osa sipelgate elust toimub maa-alustes või muudes raskesti ligipääsetavates varjualustel, kus neid on äärmiselt keeruline jälgida. Teadlased on selle probleemi lahendamiseks kulutanud palju jõupingutusi. "Sipelgate vaatluskeskuse" lihtsaimaks versiooniks võib pidada kahe läbipaistva klaasist (plastist) paneeli ja nende vahelise liivatäidise kunstlikku sipelgapesa. Vaatlusi viiakse läbi nõrga valguse või infrapunakiirguse käes.
Kuna liiv on läbipaistmatu, näete sellises sipelgapesas ainult klaasseinaga külgnevaid tunnelid. Lisaks on see struktuur väga halvasti transporditav - isegi kerge raputamise korral murenevad ja varisevad sipelgate poolt üles ehitatud käigud. Seetõttu pidid NASA töötajad nendega kosmoselaevade kosmoselaevadel katsetamiseks kavandama elupaika, kus sipelgad saaksid elada ja ehitada tunnelid, mis taluksid järskude gravitatsioonimuutuste tagajärgi.
Mars One projekti kontseptsioon
Selleks töötati välja spetsiaalne tarretisesarnane täiteaine, mis sobib sipelgatele selles elamiseks ja tunnelite ehitamiseks. Ta on nende jaoks ka toiduallikas. Seda tehnoloogiat kasutati Antquariumi "töölaua sipelgapesa" ehitamiseks, mis annab kõigile eluslooduse austajatele haruldase võimaluse jälgida nende putukate põnevat elu.
Antquarium ei ole suletud ökosüsteem, kuid vee ja toitainete (va õhk) varustamine seal on piiratud. Samuti on viidud miinimumini patogeensete bakterite ja sipelgate parasiitide sinna sattumise tõenäosus. Seetõttu saab "läbipaistev sipelgas" oma elanike elu üsna pikka aega toetada - tingimusel, et juhistes järgitakse valguse ja temperatuuri tingimusi.
Ajakiri "Universum, ruum, aeg", märts 2014
