كيف تم إنشاء أول تثبيت في العالم للبقاء المستقل في الفضاء في كراسنويارسك
في فيلم "المريخ" ، كان على البطل أن ينتظر الرحلة الاستكشافية التالية للوصول إلى الكوكب الأحمر مع كمية قليلة من الماء والطعام والهواء. حاولت السينما الأمريكية اكتشاف كيفية القيام بذلك ، وحل العلماء السوفييت مشكلة مماثلة حتى قبل أن يكتب آندي ويير كتابًا عن البقاء على سطح المريخ.
منذ نصف قرن ، تم إنشاء جهاز في معهد كراسنويارسك للفيزياء التابع لـ SB RAS من شأنه أن يساعد رائد الفضاء على البقاء على قيد الحياة على أي كوكب دون أي مشاكل خاصة ومساعدة خارجية. إن نظام الإمداد الثوري الذي لا مثيل له في العالم "BIOS-3" يوفر بشكل كامل تقريبًا للناس بداخله الماء والأكسجين والطعام. كان يكفي أن تأخذ معك كمية صغيرة جدًا ، ثم تم إنتاج كل شيء وتنظيفه بواسطة النظام نفسه.
اكتشف كوكب روسي كيف تمكن العلماء السيبيريون من البقاء متقدمين على وقتهم وزملائهم.
تنفس مع الطحالب
- بدأت التجارب الأولى على إنشاء أنظمة دعم الحياة المستقلة المغلقة في كراسنويارسك في أواخر الستينيات ، - الباحث الرائد ، والسكرتير العلمي لمعهد الفيزياء الحيوية التابع لفرع سيبيريا التابع لأكاديمية العلوم الروسية ، مرشح العلوم البيولوجية ييغور زاديريف يقول مراسل RP. - وجد العلماء أنه لكي يعيش شخصان في السنة ، يحتاجان إلى حوالي 300 كيلوجرام من الأكسجين و 2.5 طن من الماء و 400 كيلوجرام من الطعام. في نفس الوقت ، خلال نفس الفترة ، سوف ينبعثون 350 كجم من ثاني أكسيد الكربون وطنًا من النفايات ، والتي يجب إعادة تدويرها. بقي معرفة كيفية تزويدهم بكل هذا في بيئة معزولة عن العالم الخارجي.
أجرى الخبراء تجارب وأكدوا الفرضية القائلة بأن إمكانات نمو الكائن الحي أعلى من الإمكانات التي يمكن تحقيقها. عندما تم وضع الطحالب أحادية الخلية Chlorella في ظروف مثالية ، بدأت تنمو بشكل أسرع وتنتج أكسجين أكثر من بيئتها الطبيعية ، كما أنها تعيد تدوير ثاني أكسيد الكربون بشكل أكثر نشاطًا.
بدأت الطحالب في خزان صغير تكفي حتى يتمكن الإنسان من التنفس بشكل طبيعي طوال اليوم ، ووضع وجهه في حفرة خاصة لا تسمح بدخول الهواء من الخارج. لذلك في عام 1964 أنشأوا نظامًا بدورة مغلقة لتكاثر الأكسجين "BIOS-1" ، والذي يساعد الشخص على التنفس في الفضاء الخالي من الهواء ، على سبيل المثال ، في الفضاء. ثم تمكن العلماء من زيادة الوقت الذي يقضيه في غرفة مغلقة من 12 ساعة إلى 30 يومًا. في وقت لاحق ، تم إغلاق تبادل المياه أيضًا ، مما جعل من الممكن إجراء تجربة لمدة 45 يومًا.
ومع ذلك ، كانت الطحالب مفيدة فقط من أجل تزويد الإنسان بالأكسجين والتخلص من ثاني أكسيد الكربون. إذا لم تكن هناك نباتات أخرى في المكان المحصور ، فسيتعين عليك أيضًا تناول الطحالب. قد يكون هناك ما يكفي من العناصر الغذائية لجسم الإنسان ، ولكن الحفاظ على الصحة العقلية في مثل هذا النظام الغذائي سيكون مشكلة.
في عام 1966 ، أطلق العلماء تجارب على الخضار والحبوب ، ونتيجة لذلك ، قاموا ببناء نظام BIOS-2. اتضح أنه إذا تم إنشاء نفس القمح ظروفًا مثالية للنمو - دون تغيرات في درجات الحرارة ، وتغيرات الطقس ، والأعشاب ، فإنه سينتج ست مرات في السنة ، وعدة مرات أكثر من الظروف الطبيعية. على طول الطريق ، حدد الباحثون كمية القمح التي يجب أن تزرع لإطعام شخص واحد.
Bionauts في القبو
"عندما أصبح مؤسس رواد الفضاء الروسي ، سيرجي كوروليف ، على دراية بالتجارب التي أجريت في معهد الفيزياء التابع لـ SB RAS ، أصبح مهتمًا بها والتقى بمؤسس ومدير معهد كراسنويارسك ، الأكاديمي ليونيد كيرينسكي ،" يواصل ايجور زاديريف. - بأمر شخصي من كوروليوف ، الذي احتاج إلى نظام دعم الحياة المستقل للمحطة على القمر ، تم تخصيص الأموال لمواصلة البحث. لقد أتاحوا في وقت قياسي قصير ، في سبع سنوات فقط ، إنشاء نظام بيئي صناعي "BIOS-3".
تلقى علماء الفيزياء الحيوية في كراسنويارسك أموالًا ضخمة لتلك الأوقات - مليون روبل. وبهذه الأموال ، بحلول عام 1972 ، قاموا ببناء مخبأ خاص معزول عن العالم الخارجي بجدران من الفولاذ المقاوم للصدأ ، وكان حجمه الإجمالي 315 مترًا مكعبًا. م ، والمساحة 14 × 9 × 2 ، 5 م.
تم تصميم المخبأ لاستيعاب ثلاثة أشخاص وتم تقسيمه إلى أربعة أجزاء. في إحداها كانت هناك كبائن معيشة مع أسرة ، وغرفة مطبخ - طعام ، وحمام ومنطقة عمل - ورشة عمل - معمل مع معدات لمعالجة المحاصيل ، واستخدام الكتلة الحيوية غير الصالحة للأكل ، وكذلك أنظمة لتنقية إضافية للمياه والهواء. الأجزاء الثلاثة الأخرى كانت للنباتات. في مكان مغلق وتحت إضاءة اصطناعية ، نمت الطحالب ، وكذلك تربية أنواع مختلفة من فول الصويا ، والخس ، والخيار ، والفجل ، والجزر ، والبنجر ، والشبت ، والملفوف ، والبطاطس ، والبصل. قاموا بتجديد الماء والأكسجين ، كما زودوا "البيوناوت" بجميع العناصر الغذائية والفيتامينات والعناصر الدقيقة اللازمة لوجودهم. نما هناك أيضًا قمح قزم ذو ساق قصيرة جدًا ، تم تربيته خصيصًا من قبل مربي كراسنويارسك هنريك ليسوفسكي: كان الجزء غير الصالح للأكل من الأذن ضئيلًا في الحجم ، وكان هناك القليل من النفايات. أعطت محصولًا يتراوح بين 200 و 300 سنت لكل هكتار. وزودت عشبة آسيا الوسطى chufa الناس بالزيت النباتي.
حتى يتمكن الأشخاص الموجودون داخل "BIOS" من التواصل مع العالم الخارجي ، تم تزويد مخبأ محكم الغلق بجهاز تلفزيون وهاتف. تم تركيب نظام تبريد وإمداد طاقة.
يقول إيجور زاديريف: "في أوائل السبعينيات ، عاش ثلاثة متطوعين من بين الموظفين لأول مرة في القبو لمدة ستة أشهر - 180 يومًا ، من 24 ديسمبر 1972 إلى 22 يونيو 1973". كل الأكسجين الذي تنفسوه جاء من النباتات التي نماوها. قاموا أيضًا بمعالجة ثاني أكسيد الكربون. في البداية ، تمت معالجة إمدادات المياه المتوفرة وتنقيتها لاستخدامها عدة مرات.
هناك جلسة من الاتصال التالي مع المختبرين في تثبيت BIOS-3. اختبار V. V. الترسكيخ (في النافذة) صورة 1973. الصورة: photo.kirensky.ru
أكل المشاركون في التجربة الخضار التي زرعوها بأنفسهم ، وجمعوا وطحنوا القمح وخبزوا الخبز منه. لذلك حصلوا على 300 جرام من الخبز و 400 جرام من الخضار يوميًا. قدمت البروتينات الحيوانية "بيوناوتس" إمدادات من الأغذية المعلبة واللحوم المجففة بالتجميد. أظهرت الملاحظات الطبية المستمرة أن مثل هذا النظام الغذائي ، وكذلك الماء والهواء المعالجين والمنقّيين ، لا يؤثران سلبًا على صحة المتطوعين.
استمرت التجربة ستة أشهر فقط. أصبح من الواضح أنه لا جدوى من الاستمرار في ذلك: نظام دعم الحياة المغلق الذي تم إنشاؤه في BIOS يعمل بشكل لا تشوبه شائبة. لا يفشل السير الناقل المصطنع لإنتاج الماء والأكسجين والغذاء. بالطبع بشرط أن تأتي كمية كبيرة من الكهرباء من الخارج ، لكن هذه المشكلة في الفضاء أو على أي من الكواكب يمكن حلها بسهولة بمساعدة محطة للطاقة النووية أو الألواح الشمسية.
عام خلف باب مغلق
في محطة "BIOS-3" ، التي تحاكي مستوطنة خارج كوكب الأرض ، أجريت 10 تجارب على البقاء على قيد الحياة بشكل مستقل. طواقم من واحد إلى ثلاثة شاركوا فيها. عاش المهندس نيكولاي بوجريف لفترة أطول من بقية "البيونوت" في BIOS-3 - ما مجموعه 13 شهرًا.
في عام 1968 ، تم النظر في تطوير كراسنويارسك في المؤتمر التاسع عشر للاتحاد الدولي للملاحة الفضائية باعتباره أحد النماذج الأولية المحتملة لنظام بيولوجي لضمان حياة الناس في مرحلة جديدة من استكشاف الفضاء - خلال الرحلات الاستكشافية الطويلة. لقد أصبح هذا اعترافًا عالميًا بإنجازات علماء الفيزياء الحيوية السيبيريين.
كان على العلماء حل مشكلة أساسية أخرى - كيفية تزويد الناس في مكان مغلق ليس فقط بالأغذية النباتية ، ولكن أيضًا بالطعام البروتيني. أحد مبتكري BIOS-3 ، الأكاديمي Iosif Gitelzon ، طرح فكرة ثورية في ذلك الوقت - لاستخدام النباتات المعدلة وراثيًا لهذا الغرض ، والتي من شأنها إنتاج البروتين الحيواني المطلوب. كما ظلت مشاكل الاستخدام الطبيعي للكتلة الحيوية للنبات وعودة الملح الذي يفرز من جسم الإنسان إلى التبادل الجماعي داخل النظام دون حل.
قرر العلماء تكرار تجربة ناجحة على الأرض في الفضاء. بدأ معهد كراسنويارسك في إعداد الحاويات الأولى لزراعة النباتات في انعدام الجاذبية ، ولكن بعد ذلك اندلعت البيريسترويكا. بسبب النقص الكامل في التمويل ، تم إيقاف البحث الفريد الذي لم يكن له نظائر في العالم في ذلك الوقت ، وتم إيقاف BIOS-3.
من اليسار إلى اليمين - المشاركون في التجربة لمدة 6 أشهر في BIOS-3: M. P. شيلينكو ، في. Terskikh، N. I. بيتروف ، صورة 1973. الصورة: photo.kirensky.ru
سفينة الصحراء
بعد 15 عامًا فقط ، في عام 1985 ، جرت محاولة في الولايات المتحدة لإجراء تجربة مماثلة.
بأموال المليونير إد باس ، تم بناء قاعدة عملاقة "Biosphere-2" في ولاية أريزونا من قباب محكمة الغلق تغطي مساحة 12 ألف متر مربع. م على هذه الأرض الشاسعة ، قام العلماء بإعادة إنتاج المناظر الطبيعية الأرضية - الصحراء ، والغابات الاستوائية ، والسافانا ، وحتى المحيط الصغير مع الشعاب المرجانية ، والنباتات المزروعة وجلب مئات الأنواع الحيوانية. كان من المفترض أن كل هذا سينمو ويتكاثر من تلقاء نفسه ويزود المتطوعين بالتجربة بكل ما هو ضروري للحياة.
"ومع ذلك ، سرعان ما اتضح أن هناك نقصًا حادًا في الأكسجين ، واضطررنا إلى فتح النوافذ حتى يتمكن الهواء من الدخول من الخارج ،" كما يقول العضو المراسل في أكاديمية العلوم الروسية ، دكتور في العلوم البيولوجية سيرجي أولينين. - ثم بدأت النباتات تتأذى وتموت ، وماتت بعض أنواع الحيوانات. تمت تربية عدد لا يصدق من الصراصير والنمل. لم يكن هناك ما يكفي من الطعام ، وكان لابد من إحضاره من الخارج. بعد ذلك بعامين ، تم إنهاء التجربة ، على الرغم من أن مبتكري "Biosphere-2" كانوا يأملون في أن النظام البيئي الاصطناعي يمكن أن يوجد في وضع مستقل لمدة 100 عام على الأقل.
بعد المحاولة الأولى غير الناجحة ، أجرى الباحثون الأمريكيون تغييرات على العالم الاصطناعي الذي أنشأوه وأطلقوا تجربة ثانية في عام 2007. ومع ذلك ، فقد تم إنهاؤه لسبب آخر: هاجم أحد أعضاء الفريق الجديد من المتطوعين آخرين أثناء جدال. بعد ذلك ، فقد المستثمر اهتمامه بالمشروع ، والآن لا يزور "سفينة نوح" وسط الصحراء سوى السياح.
- في العام الماضي ، تم إجراء تجربة أخرى في البقاء على قيد الحياة في الصين. كان اسمه "Lunar Palace-1" - يتابع سيرجي أولينين. - تمكن العلماء ، الذين كرروا بالفعل دراسات كراسنويارسك تمامًا ، من تزويد المشاركين بكل الطعام اللازم بنسبة 75٪ نظرًا لحقيقة أن الديدان التي كانت تنمو لديهم كانت راضية عن حاجتهم إلى البروتين. لذلك تمكنوا من العيش دون اتصال بالإنترنت لمدة ثلاثة أشهر.
عالم للتجربة
الآن بدأت وكالة الفضاء الأوروبية في إظهار الاهتمام بأبحاث كراسنويارسك. من خلال الأموال المستلمة في شكل منح ، يتم إجراء تجارب صغيرة في معهد الفيزياء الحيوية التابع لـ SB RAS ، ويتم شراء المعدات الحديثة للمخبأ الذي تم بناؤه في أواخر الستينيات. يتم إنشاء ركيزة شبيهة بالتربة الاصطناعية لزراعة النباتات.التجارب جارية على التكنولوجيا الفيزيائية والكيميائية لتحلل المواد العضوية إلى مواد معدنية ، والتي يمكن إعادتها إلى الدورة الدموية في شكل أملاح لنمو النبات. تجري دراسة استخدام القواقع الأرضية لإنتاج البروتين الذي يحتاجه الإنسان.
ومع ذلك ، لا توجد أموال كافية لإجراء بحث شامل - وهذا يتطلب عدة عشرات من الملايين من الدولارات. يدرك الجميع أنه من الضروري استئناف العمل على إنشاء أنظمة دعم الحياة المغلقة ، لأنه بدونها لا يمكن أن تكون هناك مسألة استكشاف جاد للفضاء ، ولكن كل شيء يعتمد على الموارد المالية. BIOS-3 فارغ. على الرغم من أن هذا هو أنجح نظام تجريبي ، إلا أنه يلبي تمامًا احتياجات الإنسان من الماء والهواء وغذاء النبات من خلال دورة بيولوجية مغلقة. يمكن استخدامه بالفعل ، وإن لم يكن على المريخ أو الكواكب الأخرى ، ولكن على الأرض. في الواقع ، بمساعدتها ، من الممكن تقليل الضرر الذي يلحق بالبيئة مئات المرات ، والذي يسببه البشر حتمًا ، لأن BIOS-3 يسمح لك باستهلاك الحد الأدنى من الموارد وعدم إنتاج أي نفايات تقريبًا. ستقلل المنازل ذات الحلقة المغلقة بشكل كبير من العبء على البيئة ، ويمكن أن توفر أيضًا للناس كل ما يحتاجون إليه حيث يصعب أو يكون الوصول إليه مكلفًا ، على سبيل المثال ، في مناطق القطب الشمالي النائية أو الصحاري أو في المرتفعات تحت الماء.
- خيار آخر لاستخدام "BIOS" هو إجراء تجارب فيه ، والتي لم يقم أحد في العالم بإجراءها بعد. يتحدث الجميع فقط عما سيحدث ، على سبيل المثال ، إذا وصل مستوى الميثان في الغلاف الجوي إلى مستوى حرج. هل ستكون هناك كارثة أم لا؟ وفي كراسنويارسك ، قد لا يتحدثون عن ذلك ، لكن تحقق مما سيحدث نتيجة لنظام بيئي صغير مغلق ، كما يقول سيرجي أولينين. - وهذه مجرد واحدة من التجارب الممكنة ، والتي قد لا يكون لها حتى أهمية هائلة ، ولكن هائلة للبشرية جمعاء. من الممكن دراسة عمليات تداول المواد في المحيط الحيوي للأرض ، وليس فقط مساعدة الناس على البقاء على قيد الحياة على الكواكب الأخرى.
