چگونه اولین نصب جهان برای بقای خودکار در فضا در کراسنویارسک ایجاد شد
در فیلم "مریخی" قهرمان باید منتظر بماند تا سفر بعدی با کمی آب ، غذا و هوا به سیاره سرخ برسد. سینمای آمریکا سعی کرد نحوه انجام این کار را بفهمد و دانشمندان شوروی حتی قبل از اینکه اندی وایر کتابی درباره بقا در مریخ کتابی بنویسد ، مشکلی مشابه را حل کردند.
نیم قرن پیش ، دستگاهی در موسسه فیزیک کراسنویارسک SB RAS ایجاد شد که به فضانورد کمک می کرد در هر سیاره ای بدون هیچ مشکل خاص و کمک خارجی زنده بماند. سیستم انقلابی تأمین حلقه بسته BIOS-3 که مشابه آن در جهان وجود ندارد ، تقریباً به طور کامل آب ، اکسیژن و غذا را برای افراد داخل آن فراهم کرد. کافی بود یک منبع بسیار کوچک با خود ببرید ، و سپس همه چیز توسط خود سیستم تولید و تمیز شد.
سیاره روسی دریافت که چگونه دانشمندان سیبری توانستند از زمان و همکاران خود جلوتر باشند.
با جلبک نفس بکشید
- اولین آزمایش ها در زمینه ایجاد سیستم های پشتیبانی از زندگی مستقل بسته در اواخر دهه 1960 در کراسنویارسک آغاز شد ، - محقق برجسته ، دبیر علمی موسسه بیوفیزیک شعبه سیبری آکادمی علوم روسیه ، یگور زادریف ، نامزد علوم زیستی به خبرنگار آر پی می گوید. - دانشمندان دریافتند که برای زندگی دو نفر در سال ، آنها به حدود 300 کیلوگرم اکسیژن ، 2.5 تن آب و 400 کیلوگرم غذا نیاز دارند. در عین حال ، در همان مدت ، آنها 350 کیلوگرم دی اکسید کربن و یک تن زباله تولید می کنند که باید بازیافت شوند. باقی مانده است که بفهمیم چگونه می توان همه اینها را در محیطی جدا از دنیای خارج به آنها ارائه داد.
کارشناسان آزمایشاتی را انجام دادند و این فرضیه را تایید کردند که پتانسیل رشد یک موجود زنده بیشتر از امکانات قابل درک است. هنگامی که جلبک تک سلولی کلرلا در شرایط ایده آل قرار گرفت ، رشد آن بسیار سریعتر شروع شد و اکسیژن بیشتری نسبت به محیط طبیعی خود تولید کرد و همچنین فعالتر بازیافت دی اکسید کربن را آغاز کرد.
جلبک ها در یک مخزن کوچک به اندازه ای کافی بودند که فرد بتواند در طول روز به طور طبیعی نفس بکشد و صورت خود را در یک حفره مخصوص قرار دهد که اجازه نمی دهد هوا از خارج خارج شود. بنابراین در سال 1964 آنها سیستمی با چرخه بسته تولید مثل اکسیژن "BIOS-1" ایجاد کردند ، که به فرد کمک می کرد در یک فضای بدون هوا ، به عنوان مثال ، در فضا تنفس کند. سپس دانشمندان توانستند زمان گذراندن در یک اتاق بسته را از 12 ساعت به 30 روز افزایش دهند. بعداً ، مبادله آب نیز بسته شد ، که امکان انجام آزمایش 45 روزه را فراهم کرد.
با این حال ، جلبک ها فقط برای تأمین اکسیژن فرد و خلاص شدن از دی اکسید کربن مفید بودند. اگر گیاهان دیگری در یک فضای محدود وجود ندارد ، باید جلبک نیز بخورید. ممکن است مواد مغذی کافی برای بدن انسان وجود داشته باشد ، اما حفظ سلامت روانی در چنین رژیم غذایی مشکل ساز خواهد بود.
در سال 1966 ، دانشمندان آزمایشاتی را با سبزیجات و غلات انجام دادند و در نتیجه ، نصب BIOS-2 را ساختند. معلوم شد که اگر شرایط ایده آل برای رشد برای همان گندم ایجاد شود - بدون تغییرات دما ، تغییرات آب و هوا ، علف های هرز ، شش بار در سال و چندین برابر بیشتر از شرایط طبیعی بازده خواهد داشت. در طول راه ، محققان میزان گندم کاشت شده برای تغذیه یک نفر را تعیین کردند.
بیونوت ها در پناهگاه
"هنگامی که بنیانگذار فضانوردی روسیه ، سرگئی کورولف ، از آزمایش های انجام شده در موسسه فیزیک SB RAS مطلع شد ، به آنها علاقه مند شد و با بنیانگذار و مدیر موسسه کراسنویارسک ، آکادمیس لئونید کیرنسکی ملاقات کرد." ادامه می دهد یگور زادریف. - به دستور شخصی کورولف ، که به سیستم پشتیبانی از زندگی مستقل برای ایستگاه روی ماه نیاز داشت ، بودجه ای برای ادامه تحقیقات اختصاص داده شد. آنها در یک رکورد کوتاه مدت ، تنها در هفت سال ، ایجاد یک اکوسیستم مصنوعی "BIOS-3" را ممکن کردند.
بیوفیزیکدانان کراسنویارسک پول هنگفتی برای آن زمان دریافت کردند - 1 میلیون روبل. با استفاده از این منابع ، آنها تا سال 1972 یک پناهگاه ویژه جدا شده از دنیای خارج با دیوارهای فولادی ضد زنگ ، که حجم کل آن 315 متر مکعب بود ، ساختند. متر ، و مساحت 14x9x2 ، 5 متر است.
این پناهگاه برای سه نفر طراحی شده بود و به چهار قسمت تقسیم شد. یکی شامل کابین های نشیمن با تخت ، آشپزخانه ، ناهارخوری ، حمام و محل کار بود-یک کارگاه آزمایشگاهی با تجهیزات برای پردازش محصولات ، با استفاده از زیست توده غیرقابل خوردن ، و همچنین با سیستم های تصفیه آب و هوا. سه قسمت دیگر مخصوص گیاهان بود. در فضایی محدود و تحت نور مصنوعی ، جلبک ها و انواع سویا ، کاهو ، خیار ، تربچه ، هویج ، چغندر ، شوید ، کلم ، سیب زمینی و پیاز پرورش یافتند. آنها آب و اکسیژن را بازسازی کردند ، و همچنین تمام مواد مغذی ، ویتامین ها و عناصر ریز لازم برای وجود آنها را برای "بیونوت ها" فراهم کردند. گندم کوتوله با ساقه بسیار کوتاه ، مخصوص پرورش دهنده هنریخ لیسوفسکی پرورش دهنده کراسنویارسک ، نیز در آنجا رشد می کرد: اندازه قسمت قابل خوردن گوش کم بود و ضایعات کمی وجود داشت. او محصول 200-300 سنتن در هکتار داد. و گیاه چوفا آسیای مرکزی روغن گیاهی را برای مردم فراهم کرد.
برای اینکه افراد داخل "BIOS" بتوانند با دنیای خارج ارتباط برقرار کنند ، یک پناهگاه مهر و موم شده با تلویزیون و تلفن ارائه شد. سیستم خنک کننده و منبع تغذیه نصب شد.
- در اوایل دهه 1970 ، سه داوطلب از میان کارکنان برای اولین بار در پناهگاه به مدت شش ماه زندگی کردند - 180 روز ، از 24 دسامبر 1972 تا 22 ژوئن 1973 ، - می گوید یگور زادریف. تمام اکسیژن که آنها تنفس می کردند از گیاهانی بود که رشد می کردند. آنها همچنین دی اکسید کربن را پردازش کردند. در ابتدا ، منبع آب موجود پردازش و تصفیه شد تا بارها مورد استفاده قرار گیرد.
جلسه بعدی ارتباط با آزمایش کنندگان در نصب BIOS-3 در حال انجام است. تستر V. V. ترسکیخ (در پنجره) ، عکس 1973. عکس: photo.kirensky.ru
شرکت کنندگان در این آزمایش سبزیجات خود را می خوردند ، گندم را جمع آوری و آسیاب می کردند و از آن نان می پختند. بنابراین آنها روزانه 300 گرم نان و 400 گرم سبزیجات دریافت می کردند. پروتئین های حیوانی "bionauts" منابع کنسرو شده و گوشت خشک شده در یخ را تهیه کردند. مشاهدات مداوم پزشکی نشان داد که چنین رژیم غذایی ، و آب و هوا تصفیه شده و تصفیه شده ، بر سلامت داوطلبان تأثیر منفی نمی گذارد.
این آزمایش تنها شش ماه به طول انجامید. روشن شد که ادامه آن فایده ای ندارد: سیستم پشتیبانی از زندگی بسته ایجاد شده در BIOS بی عیب و نقص کار می کند. یک نقاله مصنوعی برای تولید آب ، اکسیژن و غذا از بین نمی رود. البته به شرطی که مقدار زیادی برق از خارج تامین شود ، اما این مشکل در فضا یا در هر یک از سیارات به راحتی با کمک نیروگاه هسته ای یا صفحات خورشیدی حل می شود.
یک سال پشت در مهر و موم شده
در ایستگاه "BIOS-3" ، که محل استقرار فرازمینی ها را شبیه سازی می کند ، 10 آزمایش بر روی بقای خودکار انجام شد. خدمه یک تا سه نفر در آنها شرکت کردند. مهندس نیکولای بوگریف بیشتر از بقیه "بیونوت ها" در BIOS -3 زندگی می کرد - در مجموع 13 ماه.
در سال 1968 ، توسعه کراسنویارسک در نوزدهمین کنگره فدراسیون بین المللی فضانوردی به عنوان یکی از نمونه های احتمالی یک سیستم بیولوژیکی برای اطمینان از زندگی مردم در مرحله جدید اکتشافات فضایی - در طول سفرهای طولانی مورد توجه قرار گرفت. این به رسمیت شناخته شدن دستاوردهای بیوفیزیکدانان سیبری در سراسر جهان تبدیل شده است.
دانشمندان مجبور شدند یک مشکل اساسی دیگر را حل کنند - چگونه مردم را در فضایی محدود نه تنها غذای گیاهی ، بلکه غذای پروتئینی نیز تأمین کنند. یکی از سازندگان BIOS -3 ، آکادمیسوس یوسف گیتلزون ، در آن زمان یک ایده انقلابی را مطرح کرد - استفاده از گیاهان اصلاح شده ژنتیکی برای این کار ، که پروتئین حیوانی مورد نظر را تولید می کرد. مشکلات استفاده طبیعی از زیست توده گیاهی و بازگشت نمک دفع شده از بدن انسان به مبادله توده درون سیستمی نیز حل نشده باقی مانده است.
دانشمندان تصمیم گرفتند آزمایش موفقیت آمیزی را روی زمین در فضا تکرار کنند. موسسه کراسنویارسک شروع به آماده سازی اولین ظروف برای رشد گیاهان در جاذبه صفر کرد ، اما سپس پرسترویکا شروع به کار کرد. به دلیل کمبود کامل بودجه ، تحقیقات منحصر به فردی که در آن زمان مشابه آن در جهان وجود نداشت باید متوقف می شد و BIOS-3 خنثی می شد.
از چپ به راست-شرکت کنندگان در آزمایش 6 ماهه در BIOS-3: M. P. شیلنکو ، V. V. ترسکیخ ، N. I. پتروف ، عکس 1973. عکس: photo.kirensky.ru
کشتی بیابانی
تنها 15 سال بعد ، در سال 1985 ، تلاش برای انجام آزمایش مشابه در ایالات متحده انجام شد.
با پول اد باس چند میلیونر ، یک پایگاه غول پیکر "Biosphere-2" در آریزونا از گنبدهای محکم به مساحت 12 هزار متر مربع ساخته شد. متر در این قلمرو وسیع ، دانشمندان مناظر زمینی - بیابان ، جنگل های گرمسیری ، ساوانا ، حتی یک اقیانوس کوچک با صخره های مرجانی ، گیاهان کاشته و صدها گونه جانوری را به ارمغان آورده اند. تصور می شد که همه اینها به خودی خود رشد کرده و تکثیر می شود و همه چیز لازم برای زندگی را برای داوطلبان آزمایش فراهم می کند.
سرگئی اولنین ، عضو آکادمی علوم روسیه ، دکتر علوم بیولوژیکی ، می گوید: "با این حال ، خیلی زود مشخص شد که کمبود اکسیژن وجود دارد ، ما مجبور شدیم پنجره ها را باز کنیم تا هوا از خارج وارد شود." - سپس گیاهان شروع به آسیب و مرگ کردند ، برخی از گونه های حیوانات از بین رفتند. تعداد باورنکردنی سوسک و مورچه پرورش داده شده است. غذای کافی وجود نداشت ، باید آن را از بیرون آورد. دو سال بعد ، این آزمایش خاتمه یافت ، اگرچه سازندگان "Biosphere-2" امیدوار بودند که اکوسیستم مصنوعی بتواند حداقل 100 سال در حالت خودمختار وجود داشته باشد.
پس از اولین تلاش ناموفق ، محققان آمریکایی تغییراتی در دنیای مصنوعی ایجاد شده ایجاد کردند و آزمایش دوم را در سال 2007 آغاز کردند. با این حال ، آن را به دلیل دیگری خاتمه داد: یکی از اعضای تیم جدید داوطلبان هنگام مشاجره به دیگران حمله کرد. پس از آن ، سرمایه گذار علاقه خود را به این پروژه از دست داد و اکنون این "کشتی نوح" در وسط بیابان تنها توسط گردشگران بازدید می شود.
- سال گذشته ، آزمایش دیگری برای بقای خودگردان در چین انجام شد. سرگئی اولنین ادامه داد "قصر قمری -1" نامگذاری شد. - دانشمندان ، که در واقع به طور کامل مطالعات کراسنویارسک را تکرار کردند ، با توجه به این که نیاز پروتئین توسط کرمهایی که آنها پرورش داده بودند برآورده شد ، 75 درصد غذای لازم را به شرکت کنندگان ارائه کردند. بنابراین آنها موفق شدند به مدت سه ماه بصورت آفلاین زندگی کنند.
دنیایی برای آزمایش
اکنون آژانس فضایی اروپا علاقه خود را به تحقیقات کراسنویارسک آغاز کرده است. با دریافت پول در قالب کمک های بلاعوض ، آزمایشات کوچکی در موسسه بیوفیزیک SB RAS انجام می شود ، تجهیزات مدرن برای پناهگاه خریداری می شود ، که در اواخر دهه 1960 ساخته شده است. یک بستر شبیه خاک مصنوعی برای رشد گیاهان ایجاد می شود.آزمایشاتی در زمینه فناوری فیزیکوشیمیایی تجزیه مواد آلی به مواد معدنی در حال انجام است که می تواند به شکل نمک برای رشد گیاه به گردش در آید. استفاده از حلزون های خشکی برای تولید پروتئین مورد نیاز انسان در حال مطالعه است.
با این حال ، بودجه کافی برای تحقیقات در مقیاس کامل وجود ندارد - این امر به ده ها میلیون دلار نیاز دارد. همه می دانند که لازم است کار برای ایجاد سیستم های پشتیبانی از زندگی بسته از سر گرفته شود ، زیرا بدون آنها نمی توان در مورد اکتشافات جدی فضا بحث کرد ، اما همه چیز به مسائل مالی بستگی دارد. BIOS-3 خالی است. اگرچه این موفق ترین سیستم آزمایشی است ، اما نیازهای انسان را به آب ، هوا و غذای گیاهی از طریق یک چرخه بیولوژیکی بسته به طور کامل برآورده می کند. می توان از آن استفاده کرد ، هرچند هنوز در مریخ یا سایر سیارات نیست ، بلکه روی زمین است. در واقع ، با کمک آن ، می توان صدها بار آسیب های زیست محیطی را کاهش داد ، که ناگزیر توسط انسانها ایجاد می شود ، زیرا BIOS-3 به شما امکان می دهد حداقل منابع را مصرف کنید و تقریباً هیچ زباله تولید نکنید. خانه های حلقه بسته بار محیط زیست را به شدت کاهش می دهد و همچنین می تواند همه چیز مورد نیاز مردم را در جایی که دسترسی به آنها دشوار یا گران است برای مردم تأمین کند ، به عنوان مثال ، در مناطق دور افتاده قطبی ، بیابان ها یا ارتفاعات ، زیر آب.
- یکی دیگر از گزینه های استفاده از "BIOS" انجام آزمایشهایی است که هنوز هیچ کس در جهان انجام نمی دهد. همه فقط در مورد این صحبت می کنند که اگر برای مثال سطح متان در جو به حد بحرانی برسد چه اتفاقی می افتد. آیا فاجعه ای رخ می دهد یا نه؟ سرگئی اولنین می گوید و در کراسنویارسک ، آنها ممکن است در مورد آن صحبت نکنند ، اما بررسی کنند که در نتیجه یک اکوسیستم بسته کوچک چه اتفاقی می افتد. - و این تنها یکی از آزمایش های احتمالی است ، که ممکن است حتی برای همه بشریت اهمیت زیادی نداشته باشد ، اما عظیم باشد. می توان فرآیندهای گردش مواد را در زیست کره زمین مورد مطالعه قرار داد و نه تنها به مردم در زنده ماندن در سایر سیارات کمک کرد.
