Hvornår skal vi endelig forblive på de støvede stier fra fjerne planeter? Mennesket forbereder vedvarende et svar på dette spørgsmål, udfører storstilet forskning og skaber teknologier til udvikling af andre verdener.
Ordene fra Konstantin Tsiolkovsky sagde for mere end et århundrede siden, "Menneskeheden vil ikke forblive for evigt på Jorden …" er faktisk lige begyndt at gå i opfyldelse. Indtil videre har en person været i stand til at bevæge sig væk fra sin hjemmeplanet kun en afstand fra månens bane, men selv i lavere kredsløb kan moderne teknologier ikke give en fuldstændig autonom bemandet flyvning, der varer mere end 3-4 måneder: Efter denne tid vil besætningen på rumfartøjet helt sikkert have brug for forbrugsvarer fra Jorden.
Det er stadig ikke muligt at organisere tilstrækkelig ernæring, vandforsyning, en konstant tilførsel af ilt og effektiv bortskaffelse af affaldsprodukter isoleret fra jordens biosfære.
På dette tidspunkt er svaret på spørgsmålet "Hvordan overlever man i det dybe rum?" lyder sådan: "tag med dig" en vis minimum nødvendig del af denne biosfære, "tvinger" den til at fungere under forhold med lav tyngdekraft, små trange rum og et overskud af højenergistråling.
Desværre kan alle forsøg på at implementere en sådan lukket cyklus, selv under mildere "jordforhold", ikke kaldes vellykkede. Det mest berømte af disse er uden tvivl det amerikanske projekt "Biosphere-2", der udføres af Space Biosphere Ventures (hovedsageligt finansieret af milliardæren Edward Bass).
Skæbnen "Biosphere"
I sommeren 1991, i et ørkenområde nær byen Oracle (Arizona), blev opførelsen af en storskala-struktur afsluttet, som omfattede en enorm glasmetallstruktur, der dækkede et område på 1,27 ha.
Salgsfremmende video:
Sammen med hjælpebygningerne var det et hermetisk system med et volumen på 203.760 m3. En række biome er blevet modelleret i denne mængde: regnskov, savanne, middelhavsstiv busk, ørken, ferskvand og salt (mangrove) sump og endda et mini-hav med et levende koralrev.
MARS-500
Som forberedelse til en bemandet flyvning til Mars lancerede russiske specialister et storstilet eksperiment "Mars-500". Hovedmålet med projektet er at undersøge særegenhederne i sameksistensen af seks mennesker i et isoleret rum i lang tid under betingelser med begrænset kommunikation med Jorden. Mars-500-komplekset var ikke et biologisk lukket system, opgaven med at undersøge muligheden for besætningens selvforsyning var ikke stillet i lang tid. Eksperimentet varede i 519 dage - fra 3. juni 2010 til 4. november 2011.
Det var sandt, at deres relative "repræsentation" var meget forskellig fra den reelle - især var havet mindre end en tredjedel af "biosfæren", mens vandområderne på jorden optager 71% af overfladen på jorden. Al denne biologiske mangfoldighed er blevet "befolket" med næsten fire tusind arter af dyr, planter og mikroorganismer.
Deres artssammensætning blev valgt for at bedst simulere den biosfæske cyklus af stoffer, herunder produktion og nedbrydning af organisk materiale (inklusive den naturlige nedbrydning af menneskeligt affald). De gigantiske kompressorer justerede det indvendige tryk for at matche det ydre tryk, hvilket minimerede luft lækager.
Den 26. september 1991 blev otte mennesker - fire mænd og fire kvinder - en del af den kunstige biosfære. De skulle tilbringe nøjagtigt to år i fuldstændig isolering fra omverdenen (have dog mulighed for at kommunikere med ham på telefonen). De måtte bruge andre indbyggere i "Biosphere-2" som fødevarer - fisk, rejer, geder, kyllinger og svin samt grøntsager og frugter dyrket på specielt udpegede områder.
Det blev antaget, at komplekset ville fungere autonomt, da det havde alle betingelserne for den normale cirkulation af stoffer. Sollys skal ifølge forskernes beregninger have været tilstrækkeligt til reproduktion af ilt af planter som følge af fotosyntesen, orme og mikroorganismer leveret affaldsbehandling, insekter - bestøvning af planter osv. Cirkulation og oprensning af vand blev udført takket være betjeningen af persienner, der regulerer solbelysningen, hvilket forårsagede konvektionsstrømme af varm luft, hvilket bidrog til fordampning fra overfladen af "havet".
Kondenserende fugt faldt ud i form af regn over den "tropiske skov". Derefter siver det ind i "sumpene" og gik igen ind i "havet" gennem jordfiltrene. I fotosynteseprocessen blev carbondioxid frigivet under respiration absorberet, og i teorien skulle det krævede iltindhold i luften have været opretholdt. Imidlertid kunne både de direkte deltagere i eksperimentet og dets ledere "udefra" forstyrre til en vis grad i driften af livssupportsystemer.
Alle affaldsprodukter blev dekomponeret ved biologiske metoder, hvilket gav næring til planter, hvoraf nogle igen tjente som mad til mennesker, fisk og husdyr. Brugen af giftige kemikalier (insekticider og pesticider) var fuldstændigt udelukket. Skadedyrsbekæmpelse blev udført ved "naturlige" metoder - de blev indsamlet og ødelagt for hånd eller avlet deres naturlige fjender.
Brug af energikilder, der forurener miljøet, såsom åben ild, var heller ikke tilladt. Solpaneler leverede energi til madlavning, belysning og strømforsyning af udstyret.
Det så ud til, at alt blev taget i betragtning, og at en ideel verden blev bygget … problemerne var imidlertid ikke længe på at komme. Biosphere-2 viste sig at være overbefolket. Folk havde ikke nok kaloriefødevarer - de var nødt til at plante nogle bananer og papaya i "junglen", komprimere plantningen af korn uden at øge området og indføre distribution af fødevarer.
Over "ørkenen" på glasstaket om morgenen kondensvandede vand og regn. Det var umuligt at eliminere det, så ørkenen gradvist "forvandlede" til en steppe. Et par måneder senere begyndte mange træers kroner at bryde under deres egen vægt: det viste sig, at for en normal dannelse af træ er en meget tilsyneladende ubetydelig faktor som vind ekstremt nødvendig.
Ukrainsk grøntsagshave i kredsløb
Den første kosmonaut af det uafhængige Ukraine Leonid Kadenyuk beskæftigede sig med forskning inden for rumbiologi under sin flyvning med Columbia-shuttle. De omfattede især eksperimenter med kunstig bestøvning af sojabønner og rapsfrø for at opnå frø i tyngdekraften. Disse undersøgelser havde et praktisk formål: besætningerne i interplanetær rumfartøj, der flyver til fjerne planeter, har bestemt brug for "rumhaver", som vil give astronauter mad og ilt.
Hurtigt ukontrolleret reproduktion af insekter og mikroorganismer, aktivt absorberende ilt, begyndte meget hurtigt. Dets indhold i luften faldt til 14% (ved normen på 21%) - dette svarer til det delvise tryk i en højde på 4080 m over havets overflade. Som et resultat er sundhedstilstanden for indbyggerne i "Biosphere-2" forværret, og deres arbejdsevne er mærkbart faldet. En af kvinderne skar sin finger af, mens hun arbejdede på landbrugsudstyr. Det var ikke muligt at sy det på vores egen, og offeret måtte evakueres "til den store verden."
Senere blev "eksperimentets renhed" fuldstændigt krænket: på grund af det overdrevent aktiverede klimafenomen "El Niño" var himlen over Arizona dækket med skyer meget oftere end forventet, og der var ikke nok sollys til at gengive ilt under fotosyntesen.
For at undgå alvorlige konsekvenser besluttede Edward Base at begynde at pumpe denne gas under kupplen udefra. I alt skulle mere end 20 ton af det pumpes. I mellemtiden udryddede de "eksperimentelle", ud over deres vigtigste erhverv, anstrengende overdrevent spredte kakerlakker og myrer (hovedsagelig pressede de simpelthen - de kunne ikke finde disse insekter blandt indbyggerne i "biosfæren").
Holdet splittede ganske hurtigt i to modstridende grupper, hvoraf den ene krævede øjeblikkelig afslutning af eksperimentet, og den anden insisterede på, at det var nødvendigt at "holde fast ved slutningen." Da ønsket om at "holde ud" også deles af projektledelsen, blev begge grupper tvunget til at eksistere sammen under ét tag indtil 26. september 1993, hvor syv afmagrede og udmattede indbyggere i det "jordiske paradis" endelig forlod det. Men selv 20 år senere undgår repræsentanter for forskellige grupper flittigt møder og enhver anden kommunikation.
Forskere ønskede ikke at opgive det unikke kompleks, derfor allerede i slutningen af 1993 startede dets restaurering: I to års eksperiment blev designet af "Biosphere-2" og mange af dets systemer alvorligt udslidt. Den 6. marts 1994 modtog kuppelen syv nye "beboere", inklusive en kvinde. Under hensyntagen til erfaringerne fra deres forgængere var fem af dem i stand til at tilbringe seks måneder i et lukket system - indtil 6. september (skønt et ti-måneders eksperiment oprindeligt blev annonceret) - og formået at organisere selvforsyning med mad, men problemerne med den ukontrollerede reproduktion af mikrober og insekter kunne ikke løses.
Den 5. april 1994 lykkedes det Abigail Elling og Mark Van Thillo, to deltagere i det første eksperiment, at åbne en luftlås og tre nødudgangsdøre ved at bryde kompleksets tæthed i et kvarter. De knuste også fem glastagspaneler. Elling forklarede sin handling ved, at hun ønskede at give folket inden for valget mellem frihed og "fængsel".
Den 1. juni 1994 ophørte Space Biospheres Ventures officielt med at eksistere og overførte al forretning (inklusive det andet eksperiment) til et midlertidigt ledelsesteam ansat af Decisions Investment Co.
I midten af 1996, efter at forvaltningen af "biosfæren" blev overført til Columbia University (New York City), lancerede forskere et nyt eksperiment i det, denne gang uden deltagelse af mennesker. De skulle finde ud af, om udbyttet virkelig stiger med en stigning i procentdelen af kuldioxid (og til hvilken grænse), hvad der sker med overskydende kuldioxid, og hvor det akkumuleres, og også om en katastrofal omvendt proces er mulig med en ukontrolleret stigning i indholdet af CO2 i atmosfæren. Det var ikke muligt at få klare svar på nogen af disse spørgsmål.
I lang tid blev det videnskabelige kompleks brugt til studerendes praksis, og i 2005 blev det solgt til salg. Køberen blev kun fundet i sommeren 2007. Det var Ranching & Development, der havde til hensigt at bygge et hotel og et uddannelseskompleks i nærheden, og Biosphere-2 selv skulle blive en offentligt tilgængelig turistattraktion. Den 26. juli 2007 blev det unikke laboratorium overført til bortskaffelse af University of Arizona.
… På en af de indre vægge i "Biosfæren" er der stadig flere linjer skrevet af en af deltagerne i den første mission: "Kun her følte vi hvor afhængige af den omgivende natur. Hvis der ikke er træer, har vi intet at trække vejret; hvis vandet er forurenet, har vi intet at drikke. " Denne hårdt vundne visdom er måske det vigtigste resultat af et ambitiøst eksperiment.
BIOS-projekt
Undersøgelser om muligheden for at skabe stabile biofysiske systemer for kontinuerlig biosyntese begyndte kort efter de første bemande rumflyvninger. Et af de mest interessante og succesrige værker i denne retning var BIOS-projektet, der blev lanceret af ansatte ved Krasnoyarsk Institut for Biofysik (USSR, nu Den Russiske Føderation). Der blev livsstøttesystemer udviklet til menneskeligt ophold i rummet under ekstreme forhold med polære breddegrader, ørkener, højland, under vand.
I 1964 blev der i BIOS-1-systemet implementeret et to-link human-chlorella-livsstøttesystem, lukket ved gasudveksling,. Alger absorberede kuldioxid og producerede ilt, men de kunne ikke bruges til mad.
I BIOS-2-komplekset, der begyndte at oprettes i 1965, var der ud over alger også involveret højere planter - hvede, grøntsager. I 1968 blev de første eksperimenter udført i det tre-ledede system "mand - mikroalger - højere planter". Nåede 85% genanvendelse af vand. Baseret på disse eksperimenter blev BIOS-3 oprettet - et lukket økologisk menneskeligt livssystem med autonom kontrol.
Skema med udveksling af gas og vand i det eksperimentelle kompleks "Bios-3". Gasstier vises med orange linjer, vand - sort. Blå pile angiver kørselsretningen. Bogstaver angiver: B - chlorella algekultivatorer, G - gasblæser, U - kulfilter, C - spildevandsopsamlere i køkkenet og toilet, Q - fugtkondensatopsamler i fytotronen, D - tank til kogning og opbevaring af husholdningsvand, M - opsamler urin, F - enhed til sorptionsrensning af drikkevand.
Bygningen af BIOS-3-komplekset blev afsluttet i 1972. I kælderen i Institut for Biofysik i Krasnoyarsk Academgorodok blev der bygget et forseglet rum med dimensioner på 14x9x2,5 m og et volumen på ca. 315 m3. Det var opdelt i 4 lige store rum, hvoraf to blev besat af fytotroner til dyrkning af planter, et af mikroalgskultivatorer, og det sidste var en levende blok med besætningshytter, husholdningsudstyr og hjælpeudstyr. Rummet var forbundet med forseglede døre.
På basis af BIOS-Z blev der udført 10 eksperimenter med besætninger på en til tre personer. Den længste af dem varede 180 dage (1972-1973). Det var muligt at opnå en komplet "lukning" af systemet for gas og vand, besætningens behov for mad var tilfredse med 80% på bekostning af interne ressourcer. Ingeniøren Nikolai Bugreev boede længst i komplekset (i alt 13 måneder).
I drivhuse under kunstig belysning blev der dyrket specielle sorter af hvede, sojabønner, salat, chufa (centrale asiatiske oliefrøafgrøder), gulerødder, radiser, rødbeder, kartofler, agurker, sorrel, kål, dild og løg. Dværghvede, opdrættet af professor G. M. Lisovsky, har forkortet stængler, hvilket gjorde det muligt at reducere mængden af affald. Hermetisk mad med animalske produkter blev også brugt til mad.
I slutningen af 80'erne blev eksperimenter i BIOS-Z midlertidigt stoppet.
I 1991 blev Det Internationale Center for Lukkede Økologiske Systemer oprettet under ledelse af akademikeren I. I. Gitelzon, der blev en strukturel underafdeling af Krasnoyarsk Institut for Biofysik i Siberian Branch på det russiske videnskabsakademi. Formålet med hans forskning er at skabe prototyper og arbejdsmodeller af lukkede økosystemer til langtidsunderstøttelse af menneskeliv under ekstreme jordiske og rummæssige forhold på grundlag af at studere processerne med cirkulation af stoffer i jordens biosfære.
Udviklingen af en ny biosystemmodel begyndte i Krasnoyarsk i 2005 med støtte fra Det Europæiske Rumfartsagentur. I øjeblikket inden for rammerne af dette projekt, forskes der inden for genbrug af affald og plantedyrkning i lukkede økosystemer.
NASA designer biosystemer
NASA-specialister kunne naturligvis ikke holde sig væk fra udviklingen af lukkede biosystemer, som senere kunne bruges til at støtte besætningerne på rumstationer og interplanetære skibe. Deres resultater på dette område er meget mindre, men de har konkret kommerciel succes.
Dette er et biologisk modul kaldet Ecosphere, som er et forseglet glaskugleakvarium med en diameter på 10-20 cm, fyldt med havvand med en lille luftboble og "befolket" med flere Halocaridina rubra rejer, stykker koraller, grøn alger og bakterier, der nedbryder mad vigtige funktioner af rejer. I bunden af akvariet hældes noget sand og skaller snarere af æstetiske grunde.
I henhold til fabrikantens forsikringer skulle hele denne verden være helt autonom i en ubegrænset tid - den havde kun brug for sollys og opretholdelse af en mere eller mindre konstant temperatur. Rejerne gangede sig og døde uden at gå ud over det beløb, de disponible ressourcer kunne "fodre". Økosfæren blev straks utroligt populær.
Det blev sandt klart, at dets "evighed" kun var 2-3 år, hvorefter den biologiske balance inde i akvariet blev forstyrret og dens indbyggere døde. Ikke desto mindre er hermetiske akvarier stadig populære - når alt kommer til alt har enhver civilisation sin egen "holdbarhed", og selv to år efter standarderne for en rejer er egentlig ikke så slemt.
"Space anthill" på dit bord
Myrer er fantastiske væsner. De findes i næsten alle naturlige zoner (undtagen arktiske ørkener). Deres gamle forfædre, lidt forskellig fra de moderne repræsentanter for denne familie, levede på Jorden for over 100 millioner år siden, som det fremgår af deres rester fundet i fossiliseret mudder. Det er meget sandsynligt, at de allerede da havde færdighederne i et "kollektivt samfund" og blev opdelt i "kaster" - arbejdermyrer, krigere, jægere osv.
Der er mere end 12,5 tusind klassificerede myrer arter. Det samlede antal af disse insekter på Jorden kan nå en kvadrillion (en million milliarder eller 1015). Med en gennemsnitlig masse på en prøve på ca. 3 mg viser deres samlede biomasse kun at være en størrelsesorden mindre end menneskehedens biomasse, mens der er omkring hundreder af tusinder af myrer pr. Person. Det er åbenlyst, at en så stor familie med levende ting er et af de vigtigste elementer i biosfæren. Derfor er myrmekologer (myrmekologi er en gren af entomologi, der studerer myrer) aktivt involveret i det meste af forskningen, der er afsat til oprettelse af lukkede økosystemer.
Hoveddelen af myrenes liv foregår i underjordiske eller andre vanskelig tilgængelige krisecentre, hvor det er ekstremt vanskeligt at observere dem. Forskere har brugt en masse indsats for at løse dette problem. Den enkleste version af "myrobservatoriet" kan betragtes som en kunstig maur af to gennemsigtige glasplader (plast) og sandfyldstof imellem. Observationer udføres i svagt lys eller infrarøde stråler.
Da sandet er uigennemsigtigt, kan du i en sådan anthill kun se tunnelerne direkte ved siden af glasvæggen. Derudover er denne struktur meget dårligt transporterbar - selv ved en lille rystelse smuldrer passagerne op af myrer og sammen. Derfor, for at eksperimentere med dem på rumskibets rumskibe, måtte NASA-medarbejdere designe et levested, hvor myrerne kunne leve og bygge tunneler, der kunne modstå virkningen af pludselige tyngdekraftsændringer.
Koncept til Mars One-projektet
Til dette blev der udviklet et specielt gelélignende fyldstof, der egner sig til myrer at bo i det og bygge tunneler. Han tjener også som en kilde til mad til dem. Denne teknologi blev brugt til at bygge Antquarium "desktop anthill", som giver alle elskende af dyreliv en sjælden mulighed for at observere det fascinerende liv for disse insekter.
Antikvariet er ikke et lukket økosystem, men tilførslen af vand og næringsstoffer (undtagen luft) der er begrænset. Sandsynligheden for, at patogene bakterier og myrparasitter indtræder der, minimeres også. Derfor kan en "gennemsigtig myretøj" understøtte beboernes liv i ret lang tid - forudsat at lys- og temperaturforholdene, der er angivet i instruktionerne, overholdes.
Tidsskrift "Universe, Space, Time", marts 2014