المريخ السوفياتي
كيف تم إنشاء أول تثبيت في العالم للبقاء المستقل في الفضاء في كراسنويارسك
في فيلم The Martian ، كان على البطل أن ينتظر الرحلة الاستكشافية التالية للوصول إلى الكوكب الأحمر مع كمية صغيرة من الماء والطعام والهواء. حاولت السينما الأمريكية اكتشاف كيفية القيام بذلك ، وحل العلماء السوفييت مشكلة مماثلة حتى قبل تأليف كتاب عن البقاء على سطح المريخ من تأليف آندي ويير.
قبل نصف قرن ، أنشأ معهد كراسنويارسك للفيزياء التابع لفرع سيبيريا التابع للأكاديمية الروسية للعلوم تركيبًا من شأنه أن يساعد رائد الفضاء على البقاء على قيد الحياة على أي كوكب دون أي مشاكل أو مساعدة خارجية. نظام الإمداد بالحلقة المغلقة BIOS-3 الثوري ، والذي لا يوجد له نظائر في العالم ، قد زود الأشخاص بداخله بالماء والأكسجين والغذاء بشكل كامل تقريبًا. كان يكفي أن تأخذ معك كمية صغيرة جدًا ، ثم يتم إنتاج كل شيء وتنظيفه بواسطة النظام نفسه.
اكتشف "الكوكب الروسي" كيف تمكن العلماء السيبيريون من التقدم على وقتهم وزملائهم.
تنفس مع الطحالب
قال إيجور زاديريف ، الباحث الرائد والسكرتير العلمي لمعهد الفيزياء الحيوية التابع لفرع سيبيريا التابع للأكاديمية الروسية للعلوم ، لـ RP: "بدأت التجارب الأولى على إنشاء أنظمة دعم الحياة المستقلة في كراسنويارسك في أواخر الستينيات" مراسل. - وجد العلماء أنه لكي يعيش شخصان لمدة عام ، يحتاجان إلى حوالي 1960 كيلوجرام من الأكسجين و 300 طن من الماء و 2,5 كيلوجرام من الطعام. في نفس الوقت ، خلال نفس الفترة ، سوف ينبعثون 400 كجم من ثاني أكسيد الكربون وطنًا من النفايات التي يجب معالجتها. 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 البيئة الطبيعية ، بالإضافة إلى معالجة ثاني أكسيد الكربون بشكل أكثر نشاطًا.
كان هناك ما يكفي من الطحالب في خزان صغير حتى يتمكن الشخص 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 من تكاثر الأكسجين "BIOS-1" ، والذي يساعد الشخص على التنفس في مساحة خالية 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 لتزويد البشر بالأكسجين والتخلص من ثاني أكسيد الكربون. إذا لم تكن هناك نباتات أخرى في المساحة المغلقة ، فسيتعين عليك أيضًا تناول الطحالب. ربما 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 علم سيرجي كوروليف ، مؤسس رواد الفضاء الروس ، بالتجارب التي أجريت في معهد الفيزياء التابع لـ SB RAS ، أصبح مهتمًا بها والتقى بالأكاديمي ليونيد كيرينسكي ، مؤسس ومدير معهد كراسنويارسك ،" ايجور زاديريف. - بأمر شخصي من كوروليف ، الذي احتاج إلى نظام دعم الحياة المستقل للمحطة على القمر ، تم تخصيص الأموال لمواصلة البحث. لقد جعلوا من الممكن 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 1 ، قاموا ببناء مخبأ خاص معزول عن العالم الخارجي بجدران من الفولاذ المقاوم للصدأ ، وكان حجمه الإجمالي 1972 مترًا مكعبًا. م ، والمساحة - 315x14x9 م.
تم تصميم المخبأ لاستيعاب ثلاثة أشخاص وتم تقسيمه إلى أربعة أجزاء. احتوت إحداها على 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 للمعالجة اللاحقة للمياه والهواء. الأجزاء الثلاثة الأخرى كانت للنباتات. نمت الطحالب وكذلك تربية أصناف من فول الصويا والخس والخيار والفجل والجزر والبنجر والشبت والملفوف والبطاطس والبصل في مكان مغلق وتحت إضاءة اصطناعية. قاموا بتجديد الماء والأكسجين ، كما زودوا "البيوناوت" بجميع العناصر الغذائية والفيتامينات والعناصر الدقيقة الضرورية للوجود. نما هناك أيضًا قمح قزم تمت تربيته خصيصًا من قبل مربي كراسنويارسك جينريك ليسوفسكي بجذع قصير جدًا: كان الجزء غير الصالح للأكل من الأذن من الحجم الأدنى ، وكان هناك القليل من النفايات. أعطت محصولًا يتراوح بين 200 و 300 سنت لكل هكتار. وزود عشب الشوفا في آسيا الوسطى الناس بالزيت النباتي.
حتى يتمكن الأشخاص 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 موظفين متطوعين في مخبأ لأول مرة لمدة ستة أشهر - 1970 يومًا ، من 180 ديسمبر 24 إلى 1972 يونيو 22". كل الأكسجين الذي تنفسوه جاء من النباتات التي نماها. قاموا أيضًا بمعالجة ثاني أكسيد الكربون. تم إعادة تدوير إمدادات المياه الأصلية وتنقيتها لإعادة استخدامها.
هناك جلسة من الاتصال التالي مع المختبرين في تثبيت "BIOS-3". في اللمس ، اختبار V.V. ترسيخ (في النافذة) صورة 1973. الصورة: photo.kirensky.ru
أكل المشاركون في التجربة الخضار الخاصة بهم ، والقمح المحصود والمطحون ، والخبز المخبوز منه. لذلك حصلوا على 300 جرام من الخبز و 400 جرام من الخضار يوميًا. وفرت البروتينات الحيوانية "البيوناوتات" مخزونات من الأغذية المعلبة واللحوم المجففة بالتجميد. أظهرت الملاحظات الطبية المستمرة أن مثل هذا النظام الغذائي ، وكذلك الماء والهواء المعالجين والمنقّىين ، لا يؤثران سلبًا على صحة المتطوعين.
استمرت التجربة ستة أشهر فقط. أصبح من الواضح أنه لا جدوى من استمراره: نظام دعم الحياة المغلق الذي تم إنشاؤه في BIOS يعمل بشكل لا تشوبه شائبة. لا يفشل الناقل المصطنع لإنتاج الماء والأكسجين والغذاء. بالطبع تخضع لاستلام كمية كبيرة من الكهرباء من الخارج ولكن هذه المشكلة في الفضاء أو على أي من الكواكب يتم حلها بسهولة بمساعدة محطة للطاقة النووية أو الألواح الشمسية.
عام خلف باب مغلق
في محطة BIOS-3 ، التي تحاكي مستوطنة خارج الأرض ، أجريت 10 تجارب على البقاء المستقل. وحضرهم أطقم مكونة من شخص إلى ثلاثة أشخاص. عاش أطول من بقية "bionauts" في "BIOS-3" المهندس نيكولاي بوغريف - ما مجموعه 13 شهرا.
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 طويلة المدى. أصبح هذا اعترافًا عالميًا بإنجازات علماء الفيزياء الحيوية السيبيريين.
كان على العلماء حل مشكلة أساسية أخرى - كيفية تزويد الناس في مكان مغلق ليس فقط بالخضروات ، 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 النباتية وعودة الملح الذي يفرز من جسم الإنسان إلى التبادل الجماعي داخل النظام دون حل.
قرر العلماء تكرار التجربة الناجحة على الأرض في الفضاء. بدأ معهد كراسنويارسك في إعداد الحاويات الأولى لزراعة النباتات في ظروف انعدام الوزن ، 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
تابوت الصحراء
بعد 15 عامًا فقط ، في عام 1985 ، جرت محاولة في الولايات المتحدة لإجراء تجربة مماثلة.
بأموال المليونير Ed Bass ، تم بناء قاعدة Biosphere-2 العملاقة في ولاية أريزونا من قباب محكمة الإغلاق تغطي مساحة 12 متر مربع. م.على هذه الأرض الشاسعة ، أعاد العلماء إنتاج مناظر طبيعية أرضية - صحراء ، غابة مطيرة ، سافانا ، حتى محيط صغير به شعاب مرجانية ، نباتات مزروعة وجلبوا مئات الأنواع من الحيوانات. كان من المفترض أن كل هذا سينمو ويتكاثر من تلقاء نفسه ويزود المشاركين المتطوعين في التجربة بكل ما هو ضروري للحياة.
"ومع ذلك ، سرعان ما أصبح واضحًا أن هناك نقصًا حادًا في الأكسجين ، لذلك اضطررنا إلى فتح النوافذ حتى يدخل الهواء من الخارج" ، كما يقول العضو المراسل في الأكاديمية الروسية للعلوم ، دكتور في علم الأحياء سيرجي أولينين. ثم بدأت النباتات تمرض وتموت ، وماتت بعض الأنواع الحيوانية. لقد ولدت عدد لا يصدق من الصراصير والنمل. أصبح الطعام نادرًا وكان لا بد من إحضاره من الخارج. بعد ذلك بعامين ، تم إنهاء التجربة ، على الرغم من أن مبتكري Biosphere-2 توقعوا أن النظام البيئي الاصطناعي يمكن أن يكون موجودًا في وضع عدم الاتصال 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 ، تم إنهاؤه لسبب مختلف: قام أحد أعضاء الفريق التطوعي الجديد بمهاجمة الآخرين أثناء مشاجرة. بعد ذلك ، فقد المستثمر اهتمامه بالمشروع ، والآن يزور السياح فقط "سفينة نوح" هذه في وسط الصحراء.
في العام الماضي ، تم إجراء تجربة بقاء مستقلة أخرى 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 نمت لديهم كانت تشبع حاجتهم إلى البروتين. لذلك تمكنوا من العيش دون اتصال بالإنترنت لمدة ثلاثة أشهر.
عالم للتجارب
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 لفرع سيبيريا التابع لأكاديمية العلوم الروسية ، ويتم شراء المعدات الحديثة للمخبأ الذي تم بناؤه في أواخر الستينيات. يتم إنشاء ركيزة شبيهة بالتربة الاصطناعية لزراعة النباتات. تجرى التجارب على التكنولوجيا الفيزيائية والكيميائية لتحلل المواد العضوية إلى مواد معدنية ، والتي يمكن إعادتها مرة أخرى 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 - هناك حاجة إلى عدة عشرات من الملايين من الدولارات لهذا الغرض. 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 يلبي تمامًا احتياجات الإنسان من الماء والهواء والغذاء النباتي بسبب دورة بيولوجية مغلقة. يمكن استخدامه بالفعل ، وإن لم يكن على المريخ أو الكواكب الأخرى ، ولكن على الأرض. في الواقع ، بمساعدتها ، من الممكن تقليل الضرر البيئي الذي يسببه الشخص حتمًا مئات المرات ، 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 الجبال العالية تحت الماء.
- خيار آخر لاستخدام BIOS هو إجراء تجارب فيه ، والتي لم يقم بها أحد في العالم حتى الآن. 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 ، لا يمكنهم التحدث عن ذلك ، لكن تحقق مما سيحدث نتيجة لنظام بيئي صغير مغلق ، كما يقول سيرجي أولينين. - وهذه مجرد واحدة من التجارب المحتملة التي قد لا تكون حتى كبيرة ، ولكنها ذات أهمية كبيرة للبشرية جمعاء. يمكنك دراسة عمليات تداول المواد في المحيط الحيوي للأرض ، وليس فقط مساعدة الناس على البقاء على قيد الحياة على الكواكب الأخرى.
معلومات