Kad će konačno naši tragovi ostati na prašnjavim stazama udaljenih planeta? Čovječanstvo uporno priprema odgovor na to pitanje, provodi opsežna istraživanja i stvarajući tehnologije za razvoj drugih svjetova.
Riječi Konstantina Ciolkovskog, izgovorene prije više od jednog stoljeća, "Čovječanstvo neće zauvijek ostati na Zemlji …" zapravo se tek počinju ostvarivati. Dok se osoba mogla odmaknuti od svog matičnog planeta samo na udaljenost lunarne orbite, ali čak i u nižim orbitama, suvremene tehnologije ne mogu osigurati potpuno autonomni let s pilota koji traje više od 3-4 mjeseca: nakon tog vremena, posadi svemirske letjelice sigurno će trebati isporučeni potrošni materijal sa Zemlje.
Još uvijek nije moguće organizirati odgovarajuću prehranu, opskrbu vodom, stalnu opskrbu kisikom i učinkovito odlaganje otpadnih proizvoda izolirano od zemljine biosfere.
U ovoj fazi, odgovor na pitanje "Kako preživjeti u dubokom svemiru?" zvuči ovako: „uzmi sa sobom“određeni minimalni potrebni dio ove biosfere, „prisilivši“je da djeluje u uvjetima niske gravitacije, u malim zatvorenim prostorima i prekomjernom zračenju visoke energije.
Nažalost, svi pokušaji provedbe tako zatvorenog ciklusa, čak i u blažim "prizemnim" uvjetima, ne mogu se nazvati uspješnim. Najpoznatiji od njih nesumnjivo je američki projekt "Biosfera-2", koji provodi Space Biosphere Ventures (kojeg uglavnom financira milijarder Edward Bass).
Sudbina "Biosfere"
U ljeto 1991. godine u pustinjskom području u blizini grada Oracle (Arizona) dovršena je izgradnja velike građevine koja je obuhvaćala ogromnu stakleno-metalnu strukturu koja je pokrivala površinu od 1,27 hektara.
Promotivni video:
Zajedno s pomoćnim zgradama bio je hermetički sustav s volumenom 203.760 m3. U ovoj je količini modeliran niz bioma: prašuma, savana, mediteranski krut grm, pustinja, slatkovodne i slane (mangrove) močvare, pa čak i mini ocean sa živim koraljnim grebenom.
Mars-500
U pripremi za let s Marsom na Mars, ruski su stručnjaci pokrenuli opsežni eksperiment "Mars-500". Glavni cilj projekta je proučavati značajke suživota šest ljudi u izoliranoj sobi duže vrijeme u uvjetima ograničene komunikacije sa Zemljom. Kompleks Mars-500 nije biološki zatvoreni sustav, zadatak proučavanja mogućnosti samozadovoljavanja posade dugo nije bio postavljen. Eksperiment je trajao 519 dana - od 3. lipnja 2010. do 4. studenog 2011.
Istina, njihova relativna "zastupljenost" bila je vrlo različita od stvarne - konkretno, ocean je bio manje od trećine "biosfere", dok na zemaljskim vodenim prostorima zauzimaju 71% površine. Sva ta biološka raznolikost "naseljena" je s gotovo četiri tisuće vrsta životinja, biljaka i mikroorganizama.
Njihov sastav vrsta izabran je na način da najbolje simulira biosfernu cirkulaciju tvari, uključujući proizvodnju i razgradnju organskih tvari (uključujući prirodnu razgradnju ljudskog otpada). Ogromni kompresori prilagodili su unutarnji tlak da bi odgovarao vanjskom tlaku, smanjujući istjecanje zraka.
26. rujna 1991. godine osam ljudi - četiri muškarca i četiri žene - postalo je dio umjetne biosfere. Provele su točno dvije godine u potpunoj izolaciji od vanjskog svijeta (imajući, međutim, priliku s njim komunicirati telefonom). Morali su koristiti druge stanovnike „Biosfere-2“kao prehrambene proizvode - ribu, škampe, koze, kokoši i svinje, kao i povrće i voće koje se uzgajaju na posebno određenim područjima.
Pretpostavljalo se da će kompleks funkcionirati autonomno, jer ima sve uvjete za normalnu cirkulaciju tvari. Sunčeva bi svjetlost, prema proračunima znanstvenika, trebala biti dovoljna za reprodukciju biljaka kisika kisikom kao posljedicom fotosinteze, crvi i mikroorganizmi koji osiguravaju obradu otpada, insekte - oprašivanje biljaka itd. Cirkulacija i pročišćavanje vode provedeni su zahvaljujući radu sjenila koja reguliraju solarnu rasvjetu, što je uzrokovalo konvekcijske struje toplog zraka, što je pridonijelo isparavanju s površine "oceana".
Kondenzacijska vlaga ispustila se u obliku kiše nad „tropskom šumom“. Odatle je prodirao u „močvare“i ponovo ušao u „ocean“kroz filtere tla. U procesu fotosinteze apsorbira se ugljični dioksid tijekom disanja i teoretski bi se trebao održavati potrebni sadržaj kisika u zraku. Međutim, i izravni sudionici eksperimenta i njegovi vođe "izvana" mogli bi se u određenoj mjeri miješati u rad sustava za održavanje života.
Svi otpadni proizvodi bili su razgrađeni biološkim metodama, osiguravajući prehranu biljkama, od kojih su neke zauzvrat služile kao hrana ljudima, ribama i domaćim životinjama. Upotreba otrovnih kemikalija (insekticidi i pesticidi) bila je potpuno isključena. Suzbijanje štetočina provodilo se "prirodnim" metodama - prikupljali su ih i uništavali ručno ili uzgajali njihove prirodne neprijatelje.
Također nije dopuštena upotreba izvora energije koji zagađuju okoliš, poput otvorenog plamena. Solarni paneli pružali su energiju za kuhanje, osvjetljenje i napajanje opreme.
Činilo se da je sve uzeto u obzir i izgrađen je idealan svijet … međutim, problemi nisu dugo dolazili. Pokazalo se da je biosfera-2 prenaseljena. Ljudi nisu imali dovoljno visokokaloričnu hranu - morali su posaditi neke banane i papaju u „džungli“, kompaktno saditi žitarice bez povećanja površina i uvesti distribuciju hrane.
Preko "pustinje" na staklenom krovu u jutarnjim satima kondenzirala se voda i padala kiša. Bilo ga je nemoguće eliminirati, pa se pustinja postupno "pretvorila" u stepe. Nekoliko mjeseci kasnije, krošnje mnogih stabala počele su se lomiti pod vlastitom težinom: ispostavilo se da je za normalno formiranje drva takav naizgled beznačajan čimbenik kao što je vjetar izuzetno potreban.
Ukrajinski povrtnjak u orbiti
Prvi kozmonaut neovisne Ukrajine Leonid Kadenyuk bio je angažiran na istraživanjima u području svemirske biologije tijekom svog leta na šatlu Columbia. Osobito su uključivali eksperimente na umjetnom oprašivanju soje i klice uljane repice kako bi se dobilo sjeme nulte gravitacije. Te su studije imale praktičnu svrhu: posadi međuplanetarnih svemirskih letjelica koje lete na udaljene planete definitivno će trebati „svemirski vrtovi“koji će astronautima osigurati hranu i kisik.
Vrlo brzo započela je nekontrolirana reprodukcija insekata i mikroorganizama, koji aktivno apsorbiraju kisik. Njegov je sadržaj u zraku pao na 14% (pri normi od 21%) - to odgovara parcijalnom tlaku na nadmorskoj visini od 4080 m. Kao rezultat toga, zdravstveno stanje stanovnika "Biosfere-2" pogoršalo se, a njihova radna sposobnost je vidljivo opala. Jedna je žena odrezala prst dok je radila na poljoprivrednoj opremi. Nismo ga mogli sami šivati, a žrtvu smo morali evakuirati "u veliki svijet".
Kasnije je "čistoća eksperimenta" potpuno narušena: zbog pretjerano aktiviranog klimatskog fenomena "El Niño", nebo nad Arizonom bilo je prekriveno oblacima mnogo češće nego što se očekivalo, a nije bilo dovoljno sunčeve svjetlosti za reprodukciju kisika tijekom fotosinteze.
Kako bi izbjegao ozbiljne posljedice, Edward Base je odlučio započeti crpljenje ovog plina ispod kupole izvana. Ukupno ga je trebalo ispumpati više od 20 tona. U međuvremenu, "eksperimentalni" su, pored svojih glavnih zanimanja, žestoko istrebili pretjerano razmnožavane žohare i mrave (uglavnom su ih jednostavno pritiskali - nisu mogli pronaći ove insekte među stanovnicima "biosfere").
Vrlo brzo tim se podijelio u dvije suprotstavljene skupine, od kojih je jedna zahtijevala hitan prekid eksperimenta, a druga je inzistirala na tome da je potrebno "izdržati do kraja". Budući da je želju za "izdržavanjem" podijelila i uprava projekata, obje su skupine bile prisiljene koegzistirati pod jednim krovom do 26. rujna 1993., kad ga je sedam iscrpljenih i iscrpljenih stanovnika "zemaljskog raja" napokon napustilo. Ali čak i 20 godina kasnije, predstavnici različitih skupina marljivo izbjegavaju sastanke i bilo kakvu drugu komunikaciju.
Znanstvenici nisu željeli napustiti jedinstveni kompleks, stoga je već krajem 1993. započeto njegovo obnavljanje: tijekom dvije godine pokusa, dizajn „Biosfere-2“i mnogih njegovih sustava bio je ozbiljno istrošen. 6. ožujka 1994. kupola je primila sedam novih "stanovnika", uključujući i jednu ženu. Uzimajući u obzir iskustvo svojih prethodnika, njih pet je moglo provesti šest mjeseci u zatvorenom sustavu - do 6. rujna (iako je prvobitno najavljen desetomjesečni eksperiment) - i uspjeli su organizirati samodostatnost u hrani, ali probleme s nekontroliranom reprodukcijom mikroba i insekata nisu mogli riješiti.
5. travnja 1994., Abigail Elling i Mark Van Thillo, dva sudionika u prvom eksperimentu, uspjeli su otvoriti jedno zračno zaporište i tri vrata za hitna izlaska, razbijajući nepropusnost kompleksa za četvrt sata. Razbili su i pet staklenih krovnih ploča. Elling je svoj postupak objasnila činjenicom da je ljudima unutar sebe htjela omogućiti izbor između slobode i "zatvora".
1. lipnja 1994. Space Biospheres Ventures službeno je prestao postojati, prebacujući sve poslove (uključujući i drugi eksperiment) na privremeni upravljački tim angažiran od strane Decisions Investment Co.
Sredinom 1996., nakon što je upravljanje „Biosferom“prebačeno na Sveučilište Columbia (New York City), znanstvenici su u njemu pokrenuli novi eksperiment, ovaj put bez sudjelovanja ljudi. Oni su htjeli saznati povećava li se iskorištenje s povećanjem postotka ugljičnog dioksida (i do koje granice), što se događa s viškom ugljičnog dioksida i gdje se on akumulira, kao i može li se dogoditi katastrofalan obrnuti proces s nekontroliranim povećanjem sadržaja CO2 u atmosferi. Ni na jedno od ovih pitanja nije bilo moguće dobiti jasne odgovore.
Dugo se znanstveni kompleks koristio za studentsku praksu, a 2005. godine stavljen je na prodaju. Kupca su pronašli tek u ljeto 2007. To je bio Ranching & Development, koji je imao namjeru izgraditi hotelski i obrazovni kompleks u blizini, a sam Biosphere-2 trebao je postati javno dostupna turistička atrakcija. Dana 26. srpnja 2007., jedinstveni laboratorij prebačen je na raspolaganje Sveučilištu u Arizoni.
… Na jednom od unutarnjih zidova „biosfere“još uvijek je nekoliko redaka napisao jedan od sudionika prve misije: „Tek smo ovdje osjećali koliko ovisimo o prirodi koja je okružuje. Ako nema drveća, nećemo imati što disati; ako je voda zagađena, nećemo imati što piti. Ova teško osvojena mudrost možda je najvažniji ishod ambicioznog eksperimenta.
Projekt BIOS
Istraživanje mogućnosti stvaranja stabilnih biofizičkih sustava kontinuirane biosinteze započelo je ubrzo nakon prvih letjelica u svemiru. Jedan od najzanimljivijih i najuspješnijih radova u tom smjeru bio je projekt BIOS, koji su pokrenuli zaposlenici Krasnojarskog instituta za biofiziku (SSSR, sada Ruska Federacija). Tamo su razvijeni sustavi za održavanje života za boravak ljudi u svemiru, u ekstremnim uvjetima polarnih širina, pustinja, visoravni, pod vodom.
Godine 1964. u sustavu BIOS-1 implementiran je dvosmjerni sustav za život čovjeka-klorela, zatvoren na razmjeni plina. Alge su apsorbirale ugljični dioksid i stvarale kisik, ali one se nisu mogle koristiti za hranu.
U kompleksu BIOS-2, koji je počeo stvarati 1965. godine, osim algi, sudjelovale su i više biljke - pšenica, povrće. 1968. godine izvedeni su prvi eksperimenti u trokanalnom sustavu "čovjek - mikroalge - više biljke". Dosegla je 85% ponovna upotreba vode. Na temelju ovih eksperimenata stvoren je BIOS-3 - zatvoreni ekološki sustav za održavanje ljudskog života s autonomnom kontrolom.
Shema razmjene plina i vode u eksperimentalnom kompleksu "Bios-3". Putovi plina prikazani su narančastim linijama, voda - crni. Plave strelice označavaju smjer vožnje. Pisma označavaju: B - kultivatore algi klorele, G - puhalo za plin, U - filter za drveni ugljen, C - sakupljače otpadnih voda u kuhinji i WC-u, Q - sakupljač vlage kondenzata u fitotronu, D - spremnik za vrenje i skladištenje vode u domaćinstvu, M - sakupljač urin, F - jedinica za sorpcijsko pročišćavanje pitke vode.
Izgradnja kompleksa BIOS-3 dovršena je 1972. U suterenu Instituta za biofiziku u Krasnojarskom Academgorodoku izgrađena je zatvorena prostorija dimenzija 14x9x2,5 m i zapremine oko 315 m3. Podijeljen je u 4 jednaka odjeljka, od kojih su dva bila zauzeta fitotronima za uzgoj biljaka, jedan mikrokultivatorima, a posljednji je bio živi blok s kabinama posade, kućanskom i pomoćnom opremom. Programi su bili spojeni zatvorenim vratima.
Na temelju BIOS-Z provedeno je 10 pokusa s posadama od jedne do tri osobe. Najduže od njih trajalo je 180 dana (1972-1973). Bilo je moguće postići potpuno „zatvaranje“sustava za plin i vodu, potrebe posade za hranom bile su zadovoljene za 80% na teret unutarnjih resursa. Inženjer Nikolaj Bugreev živio je u kompleksu najduže (ukupno 13 mjeseci).
U staklenicima pod umjetnom rasvjetom uzgajaju se posebne sorte pšenice, soje, zelene salate, chufa (usjev centralne Azije), mrkve, rotkvice, repe, krumpira, krastavaca, kislica, kupusa, kopra i luka. Patuljasta pšenica, koju je uzgajao profesor G. M. Lisovsky, ima skraćene stabljike, što je omogućilo smanjenje količine otpada. Konzervirana hrana sa životinjskim proizvodima također se koristila za hranu.
Krajem 80-ih eksperimenti u BIOS-Z-u privremeno su zaustavljeni.
1991. godine stvoren je Međunarodni centar zatvorenih ekoloških sustava pod vodstvom akademika I. I. Svrha njegovog istraživanja je stvoriti prototipove i radne modele zatvorenih ekosustava za dugoročnu podršku čovjekova života u ekstremnim zemaljskim i svemirskim uvjetima na temelju proučavanja procesa cirkulacije tvari u Zemljinoj biosferi.
Razvoj novog modela biosustava započeo je u Krasnojarsku 2005. godine uz potporu Europske svemirske agencije. Trenutno se u okviru ovog projekta provode istraživanja na području prerade otpada i uzgoja biljaka u zatvorenim ekosustavima.
NASA dizajnira biosustave
NASA-ini stručnjaci, naravno, nisu se mogli držati dalje od razvoja zatvorenih biosustava, koji bi se kasnije mogli koristiti za podršku posadi svemirskih stanica i međuplanetarnih brodova. Njihova dostignuća u ovom području mnogo su manja, ali imaju opipljiv komercijalni uspjeh.
Govorimo o biološkom modulu zvanom Ecosphere, koji je zapečaćena staklena kugla-akvarij promjera 10-20 cm, ispunjena morskom vodom s malim mjehurićima zraka i "naseljena" s nekoliko škampi Halocaridina rubra, komadima koralja, zelenim algama i bakterijama koje razgrađuju hranu vitalne funkcije kozica. Na dnu akvarija, umjesto iz estetskih razloga, izlije se malo pijeska i školjki.
Prema uvjerenjima proizvođača, cijeli ovaj svijet trebao je biti neovisan neograničeno vrijeme - trebalo mu je samo sunčevo svjetlo i održavanje više ili manje stalne temperature. Škampi su se množili i umirali, bez prekoračenja količine kojom bi se raspoloživi resursi mogli "nahraniti". Ekosfera je odmah postala nevjerojatno popularna.
Istina, ubrzo je postalo jasno da je njegova "vječnost" bila samo 2-3 godine, nakon čega je biološka ravnoteža unutar akvarija narušena, a stanovnici su umirali. Bez obzira na to, hermetički akvariji i danas su popularni - na kraju krajeva, svaka civilizacija ima svoj "rok trajanja", pa čak ni dvije godine po standardima škampi, zapravo i nije tako loše.
"Svemirski mravinjak" na vašem stolu
Mravi su nevjerojatna stvorenja. Nalaze se u gotovo svim prirodnim zonama (osim arktičkih pustinja). Njihovi drevni preci, malo drugačiji od modernih predstavnika ove obitelji, živjeli su na Zemlji prije više od 100 milijuna godina, o čemu svjedoče i njihovi ostaci pronađeni u fosiliziranom blatu. Vrlo je vjerojatno da su već tada imali vještine "kolektivne zajednice" i bili su podijeljeni na "kasta" - radnički mravi, ratnici, lovci itd.
Samo je klasificirano više od 12,5 tisuća vrsta mrava, a ukupan broj ovih insekata na Zemlji može doseći kvadranu (milijun milijardi ili 1015). S prosječnom masom jednog uzorka od oko 3 mg, ispada da je njihova ukupna biomasa samo redom manja od biomase čovječanstva, dok po osobi postoji oko stotine tisuća mrava. Očito je da je tako velika obitelj živih bića jedan od najvažnijih elemenata biosfere. Stoga su mirmekolozi (mirmekologija je grana entomologije koja proučava mrave) aktivno uključena u većinu studija posvećenih stvaranju zatvorenih ekosustava.
Glavni dio života mrava odvija se u podzemnim ili drugim teško dostupnim skloništima, gdje ih je izuzetno teško promatrati. Znanstvenici su potrošili mnogo napora kako bi riješili ovaj problem. Najjednostavnijom verzijom "mravinjak" može se smatrati umjetni mravinjak dvije prozirne staklene (plastične) ploče i pijeska punilo između njih. Promatranja se provode pri slabom svjetlu ili infracrvenim zrakama.
Budući da je pijesak neproziran, u takvom mravljištu možete vidjeti samo tunele neposredno uz stakleni zid. Pored toga, ova je struktura vrlo lako prenosiva - čak i uz lagano potresanje, prolazi poredani od mrava se drobe i urušavaju. Stoga su, kako bi eksperimentirali s njima na svemirskim brodovima Space Shuttle, zaposlenici NASA-e morali osmisliti stanište u kojem će mravi moći živjeti i graditi tunele koji mogu izdržati učinke naglih promjena gravitacije.
Koncept projekta Mars One
Za to je razvijeno posebno punilo nalik na žele, pogodno za mrave koji žive u njemu i grade tunele. On im služi i kao izvor hrane. Ova tehnologija korištena je za izradu Antquarium "desktop mravljišta", koji svim ljubiteljima divljih životinja pruža rijetku priliku da promatraju fascinantan život ovih insekata.
Antquarium nije zatvoreni ekosustav, ali opskrba vodom i hranjivim tvarima (osim zraka) tamo je ograničena. Vjerojatnost da u njega uđu patogene bakterije i mravlje paraziti također je smanjena. Stoga „prozirni mravinjak“može dugo podržavati život svojih stanovnika - pod uvjetom da se poštuju svjetlosni i temperaturni uvjeti navedeni u uputama.
Časopis "Svemir, svemir, vrijeme", ožujak 2014