Cách cài đặt đầu tiên trên thế giới cho sự sống còn tự động trong không gian được tạo ra ở Krasnoyarsk
Trong bộ phim "The Martian", người anh hùng phải chờ chuyến thám hiểm tiếp theo đến Hành tinh Đỏ với nguồn cung cấp nước, thực phẩm và không khí nhỏ. Điện ảnh Mỹ đã cố gắng tìm ra cách thực hiện điều này, và các nhà khoa học Liên Xô đã giải quyết một vấn đề tương tự ngay cả trước khi Andy Weyer viết một cuốn sách về sự tồn tại trên sao Hỏa.
Nửa thế kỷ trước, một thiết bị được tạo ra tại Viện Vật lý Krasnoyarsk thuộc SB RAS có thể giúp một phi hành gia sống sót trên bất kỳ hành tinh nào mà không gặp bất kỳ vấn đề đặc biệt nào và sự trợ giúp từ bên ngoài. Hệ thống cung cấp vòng kín BIOS-3 mang tính cách mạng, không có hệ thống tương tự nào trên thế giới, hầu như cung cấp hoàn toàn cho những người bên trong nó nước, oxy và thức ăn. Nó đủ để mang theo cho bạn một nguồn cung cấp rất nhỏ, và sau đó mọi thứ được sản xuất và làm sạch bởi chính hệ thống.
Hành tinh Nga đã tìm ra cách các nhà khoa học Siberia có thể đi trước thời đại của họ và các đồng nghiệp.
Hít thở với tảo
- Các thí nghiệm đầu tiên về việc tạo ra các hệ thống hỗ trợ sự sống tự trị khép kín bắt đầu ở Krasnoyarsk vào cuối những năm 1960, - nhà nghiên cứu hàng đầu, thư ký khoa học của Viện Vật lý sinh học Chi nhánh Siberia của Viện Hàn lâm Khoa học Nga, Ứng cử viên Khoa học Sinh học Yegor Zadereev nói với phóng viên RP. - Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng để hai người sống được một năm, họ cần khoảng 300 kg oxy, 2,5 tấn nước và 400 kg thức ăn. Đồng thời, trong cùng khoảng thời gian đó, chúng sẽ thải ra 350 kg carbon dioxide và một tấn chất thải, phải được tái chế. Nó vẫn còn để tìm ra cách cung cấp cho họ tất cả những điều này trong một môi trường cách biệt với thế giới bên ngoài.
Các chuyên gia đã tiến hành thí nghiệm và khẳng định giả thuyết rằng tiềm năng phát triển của một cơ thể sống cao hơn những khả năng có thể thực hiện được. Khi tảo đơn bào Chlorella được đặt trong điều kiện lý tưởng, nó bắt đầu phát triển nhanh hơn và tạo ra nhiều oxy hơn so với trong môi trường tự nhiên, đồng thời tái chế carbon dioxide tích cực hơn.
Tảo trong một bể nhỏ bắt đầu đủ để một người có thể thở bình thường cả ngày, đặt mặt vào một cái lỗ đặc biệt không cho không khí từ bên ngoài vào. Vì vậy, vào năm 1964, họ đã tạo ra một hệ thống có chu trình tái tạo oxy khép kín "BIOS-1", giúp một người có thể hít thở trong một không gian không có không khí, chẳng hạn như trong không gian. Sau đó, các nhà khoa học đã có thể tăng thời gian ở trong phòng kín từ 12 giờ lên 30 ngày. Sau đó, việc trao đổi nước cũng được đóng lại, điều này giúp nó có thể thực hiện một thí nghiệm kéo dài 45 ngày.
Tuy nhiên, tảo chỉ hữu ích để cung cấp oxy và loại bỏ carbon dioxide cho con người. Nếu không có cây nào khác trong một không gian hạn chế, thì bạn cũng sẽ phải ăn tảo. Có thể có đủ chất dinh dưỡng cho cơ thể con người, nhưng duy trì sức khỏe tinh thần bằng một chế độ ăn uống như vậy sẽ có vấn đề.
Năm 1966, các nhà khoa học đã tiến hành các thí nghiệm với rau và ngũ cốc và kết quả là đã xây dựng được bản cài đặt BIOS-2. Hóa ra là nếu tạo ra những điều kiện lý tưởng cho sự phát triển cho cùng một loại lúa mì - không bị thay đổi nhiệt độ, thay đổi thời tiết, cỏ dại, thì nó sẽ cho năng suất gấp sáu lần một năm và gấp nhiều lần so với điều kiện tự nhiên. Trên đường đi, các nhà nghiên cứu đã xác định lượng lúa mì phải được gieo để nuôi một người.
Bionauts trong boongke
“Khi người sáng lập ngành du hành vũ trụ người Nga, Sergei Korolev, biết đến các thí nghiệm được thực hiện tại Viện Vật lý của SB RAS, ông ấy bắt đầu quan tâm đến chúng và gặp gỡ người sáng lập kiêm giám đốc Viện Krasnoyarsk, Viện sĩ Leonid Kirensky,” tiếp tục Yegor Zadereev. - Theo lệnh cá nhân của Korolev, người cần một hệ thống hỗ trợ sự sống tự trị cho trạm trên Mặt trăng, kinh phí đã được phân bổ để tiếp tục nghiên cứu. Họ đã có thể tạo ra một hệ sinh thái nhân tạo "BIOS-3" trong một thời gian ngắn kỷ lục, chỉ trong bảy năm.
Các nhà lý sinh Krasnoyarsk đã nhận được số tiền khổng lồ cho thời gian đó - 1 triệu rúp. Với số kinh phí này, đến năm 1972, họ đã xây dựng một boongke đặc biệt cách biệt với thế giới bên ngoài bằng những bức tường thép không gỉ, tổng thể tích của nó là 315 mét khối. m, và diện tích là 14x9x2, 5 m.
Hầm được thiết kế để chứa ba người và được chia thành bốn phần. Một gồm các cabin sinh hoạt với giường, phòng bếp-ăn, phòng tắm và khu vực làm việc - xưởng-phòng thí nghiệm với thiết bị chế biến cây trồng, tận dụng sinh khối không ăn được, cũng như hệ thống lọc nước và không khí. Ba phần còn lại dành cho thực vật. Trong một không gian hạn chế và dưới ánh sáng nhân tạo, tảo phát triển, cũng như sinh sản các loại đậu nành, rau diếp, dưa chuột, củ cải, cà rốt, củ cải đường, thì là, bắp cải, khoai tây và hành tây. Chúng tái tạo nước và oxy, đồng thời cung cấp cho các "bionauts" tất cả các chất dinh dưỡng, vitamin và nguyên tố vi lượng cần thiết cho sự tồn tại của chúng. Lúa mì lùn có thân rất ngắn, được nhà lai tạo Henrikh Lisovsky của Krasnoyarsk lai tạo đặc biệt, cũng phát triển ở đó: phần tai không ăn được có kích thước tối thiểu, và có rất ít chất thải. Cô ấy đã cho một vụ mùa 200-300 cent / ha. Và chufa thảo mộc Trung Á đã cung cấp cho mọi người dầu thực vật.
Để những người bên trong "BIOS" có thể giao tiếp với thế giới bên ngoài, một boongke kín được cung cấp TV và điện thoại. Hệ thống làm mát và cung cấp điện đã được lắp đặt.
- Vào đầu những năm 1970, ba tình nguyện viên trong số các nhân viên lần đầu tiên sống trong boongke trong sáu tháng - 180 ngày, từ 24 tháng 12 năm 1972 đến 22 tháng 6 năm 1973, - Yegor Zadereev nói. “Tất cả lượng oxy mà họ hít thở đều đến từ cây cối mà họ sinh trưởng. Họ cũng xử lý carbon dioxide. Ban đầu, nguồn nước có sẵn đã được xử lý và lọc sạch để sử dụng nhiều lần.
Phiên giao tiếp tiếp theo với người kiểm tra trong quá trình cài đặt BIOS-3 đang diễn ra. Người kiểm tra V. V. Terskikh (trong cửa sổ), ảnh 1973. Ảnh: photo.kirensky.ru
Những người tham gia thí nghiệm ăn rau do họ tự trồng, thu thập và xay lúa mì và nướng bánh mì từ đó. Vì vậy, họ nhận được 300 gram bánh mì và 400 gram rau mỗi ngày. Protein động vật "sinh học" cung cấp nguồn cung cấp thực phẩm đóng hộp và thịt đông khô. Các quan sát y tế liên tục cho thấy chế độ ăn uống như vậy, cũng như nước và không khí đã qua xử lý và tinh khiết, không ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của các tình nguyện viên.
Thí nghiệm chỉ kéo dài sáu tháng. Rõ ràng là không có ích gì khi tiếp tục nó: hệ thống hỗ trợ vòng đời khép kín được tạo ra trong BIOS hoạt động hoàn hảo. Một băng tải nhân tạo được tạo ra để sản xuất nước, oxy và thực phẩm không bị lỗi. Tất nhiên, với điều kiện là một lượng lớn điện đến từ bên ngoài, nhưng vấn đề này trong không gian hoặc trên bất kỳ hành tinh nào đều có thể dễ dàng giải quyết với sự trợ giúp của nhà máy điện hạt nhân hoặc các tấm pin mặt trời.
Một năm đằng sau cánh cửa đóng kín
Tại trạm "BIOS-3", nơi mô phỏng một khu định cư ngoài Trái đất, 10 thí nghiệm về sự tồn tại của người tự hành đã diễn ra. Phi hành đoàn từ một đến ba người đã tham gia vào chúng. Kỹ sư Nikolai Bugreev sống trong BIOS-3 lâu hơn phần còn lại của "bionauts" - tổng cộng là 13 tháng.
Năm 1968, sự phát triển Krasnoyarsk đã được Đại hội XIX của Liên đoàn Du hành vũ trụ Quốc tế coi là một trong những nguyên mẫu có thể có của một hệ thống sinh học để đảm bảo sự sống của con người ở một giai đoạn mới trong khám phá không gian - trong những chuyến thám hiểm dài ngày. Điều này đã trở thành sự công nhận trên toàn thế giới đối với thành tựu của các nhà lý sinh Siberia.
Các nhà khoa học đã phải giải quyết một vấn đề cơ bản hơn - làm thế nào để cung cấp cho những người trong một không gian hạn chế không chỉ thức ăn thực vật, mà còn cả thức ăn protein. Một trong những người tạo ra BIOS-3, Viện sĩ Iosif Gitelzon, đã đưa ra một ý tưởng mang tính cách mạng vào thời điểm đó - sử dụng thực vật biến đổi gen để tạo ra protein động vật mong muốn. Các vấn đề về sử dụng tự nhiên sinh khối thực vật và sự trở lại của muối được bài tiết từ cơ thể con người để trao đổi khối lượng trong hệ thống cũng vẫn chưa được giải quyết.
Các nhà khoa học quyết định lặp lại một thí nghiệm thành công trên Trái đất trong không gian. Viện Krasnoyarsk bắt đầu chuẩn bị những thùng chứa đầu tiên để trồng cây trong điều kiện không trọng lực, nhưng sau đó perestroika bùng phát. Do hoàn toàn thiếu kinh phí, nghiên cứu độc đáo không có chất tương tự nào trên thế giới vào thời điểm đó đã phải dừng lại, và BIOS-3 đã bị hủy diệt.
Từ trái sang phải - những người tham gia thử nghiệm 6 tháng trong BIOS-3: M. P. Shilenko, V. V. Terskikh, N. I. Petrov, ảnh 1973. Ảnh: photo.kirensky.ru
Hòm sa mạc
Chỉ 15 năm sau, vào năm 1985, một nỗ lực đã được thực hiện ở Hoa Kỳ để thực hiện một thí nghiệm tương tự.
Với số tiền của triệu phú Ed Bass, một căn cứ khổng lồ "Biosphere-2" đã được xây dựng ở Arizona từ những mái vòm kín gió có diện tích 12 nghìn mét vuông. Trên lãnh thổ rộng lớn này, các nhà khoa học đã tái tạo cảnh quan trên cạn - sa mạc, rừng nhiệt đới, thảo nguyên, thậm chí cả một đại dương nhỏ với rạn san hô, thực vật được trồng và hàng trăm loài động vật. Người ta cho rằng tất cả những thứ này sẽ tự phát triển và nhân lên và cung cấp cho các tình nguyện viên của cuộc thử nghiệm mọi thứ cần thiết cho cuộc sống.
Tiến sĩ Khoa học Sinh học Sergei Olenin, thành viên tương ứng của Viện Hàn lâm Khoa học Nga, cho biết: “Tuy nhiên, rất nhanh chóng nhận ra rằng tình trạng thiếu oxy nghiêm trọng, chúng tôi phải mở cửa sổ để không khí có thể xâm nhập từ bên ngoài. - Sau đó cây cối bắt đầu bị tổn thương và chết, một số loài động vật chết dần. Một số lượng gián và kiến được sinh sản đáng kinh ngạc. Không có đủ thức ăn, phải mang từ bên ngoài vào. Hai năm sau, thử nghiệm bị chấm dứt, mặc dù những người tạo ra "Biosphere-2" hy vọng rằng hệ sinh thái nhân tạo có thể tồn tại ở chế độ tự trị trong ít nhất 100 năm.
Sau lần thử đầu tiên thất bại, các nhà nghiên cứu Mỹ đã thay đổi thế giới nhân tạo mà họ tạo ra và tiến hành thử nghiệm thứ hai vào năm 2007. Tuy nhiên, nó đã bị chấm dứt vì một lý do khác: một trong những thành viên của đội tình nguyện viên mới đã tấn công những người khác trong một cuộc tranh cãi. Sau đó, chủ đầu tư mất hứng thú với dự án và giờ đây, “Con tàu của Noah” nằm giữa sa mạc này chỉ có khách du lịch ghé thăm.
- Năm ngoái, một thí nghiệm khác về sự sống còn tự chủ đã được thực hiện ở Trung Quốc. Nó được đặt tên là "Cung điện Mặt Trăng-1", - Sergey Olenin tiếp tục. - Các nhà khoa học, những người thực sự lặp lại hoàn toàn các nghiên cứu của Krasnoyarsk, đã quản lý để cung cấp 75% lượng thức ăn cần thiết cho những người tham gia do thực tế rằng nhu cầu về protein đã được đáp ứng bởi những con giun mà họ nuôi. Vì vậy, họ đã cố gắng sống ngoại tuyến trong ba tháng.
Một thế giới để thử nghiệm
Hiện Cơ quan Vũ trụ Châu Âu đã bắt đầu tỏ ra quan tâm đến nghiên cứu Krasnoyarsk. Với số tiền nhận được dưới dạng tài trợ, các thí nghiệm nhỏ được thực hiện tại Viện Vật lý Sinh học của SB RAS, các thiết bị hiện đại được mua cho boongke, được xây dựng vào cuối những năm 1960. Một chất nền giống như đất nhân tạo được tạo ra để trồng cây. Các thí nghiệm đang được tiến hành về công nghệ hóa lý phân hủy các chất hữu cơ thành các chất khoáng, có thể quay trở lại tuần hoàn dưới dạng muối để cây phát triển. Việc sử dụng ốc sên đất để sản xuất protein cần thiết cho con người đang được nghiên cứu.
Tuy nhiên, không có đủ kinh phí để nghiên cứu toàn diện - việc này đòi hỏi hàng chục triệu đô la. Mọi người đều hiểu rằng cần phải tiếp tục công việc tạo ra các hệ thống hỗ trợ sự sống khép kín, vì nếu không có chúng thì không có vấn đề gì về việc khám phá không gian nghiêm túc, nhưng mọi thứ phụ thuộc vào tài chính. BIOS-3 trống. Mặc dù đây là hệ thống thí nghiệm thành công nhất, nó đáp ứng đầy đủ nhu cầu của con người về nước, không khí và thức ăn thực vật thông qua một chu trình sinh học khép kín. Nó đã có thể được sử dụng, mặc dù chưa có trên sao Hỏa hoặc các hành tinh khác, nhưng trên Trái đất. Thật vậy, với sự trợ giúp của nó, có thể giảm thiệt hại đối với môi trường hàng trăm lần mà con người không thể tránh khỏi, vì BIOS-3 cho phép bạn tiêu thụ tối thiểu tài nguyên và hầu như không tạo ra chất thải. Những ngôi nhà khép kín sẽ giảm đáng kể gánh nặng cho môi trường và cũng có thể cung cấp cho mọi người mọi thứ họ cần ở những nơi khó tiếp cận hoặc đắt đỏ, chẳng hạn như ở các vùng Bắc Cực hẻo lánh, sa mạc hoặc ở vùng cao, dưới nước.
- Một lựa chọn khác để sử dụng "BIOS" là thực hiện các thí nghiệm trong đó mà chưa có ai trên thế giới tiến hành. Mọi người chỉ đang nói về điều gì sẽ xảy ra, chẳng hạn như mức khí mêtan trong khí quyển đạt đến mức tới hạn. Sẽ có một thảm họa hay không? Và ở Krasnoyarsk, họ có thể không nói về nó, nhưng hãy kiểm tra xem điều gì sẽ xảy ra do kết quả của một hệ sinh thái khép kín nhỏ, Sergei Olenin nói. - Và đây chỉ là một trong những thí nghiệm khả thi, thậm chí có thể không có ý nghĩa to lớn, nhưng khổng lồ đối với toàn thể nhân loại. Có thể nghiên cứu các quá trình tuần hoàn của các chất trong sinh quyển của Trái đất, và không chỉ giúp con người tồn tại trên các hành tinh khác.
