Come è stata creata a Krasnoyarsk. la prima installazione al mondo per la sopravvivenza autonoma nello spazio
Nel film "The Martian" l'eroe ha dovuto aspettare che la prossima spedizione arrivasse sul Pianeta Rosso con una piccola scorta di acqua, cibo e aria. Il cinema americano ha cercato di capire come farlo e gli scienziati sovietici hanno risolto un problema simile anche prima che Andy Weyer scrivesse un libro sulla sopravvivenza su Marte.
Mezzo secolo fa, presso l'Istituto di fisica di Krasnoyarsk dell'SB RAS è stato creato un dispositivo che avrebbe aiutato un astronauta a sopravvivere su qualsiasi pianeta senza problemi speciali e aiuto esterno. Il rivoluzionario sistema di alimentazione a circuito chiuso BIOS-3, che non ha analoghi al mondo, ha fornito quasi completamente alle persone al suo interno acqua, ossigeno e cibo. È bastato portare con sé una scorta molto piccola, e poi tutto è stato prodotto e pulito dal sistema stesso.
Russian Planet ha scoperto come gli scienziati siberiani sono stati in grado di anticipare i tempi e i colleghi.
Respira con le alghe
- I primi esperimenti sulla creazione di sistemi di supporto vitale autonomi chiusi iniziarono a Krasnoyarsk alla fine degli anni '60, - il ricercatore principale, segretario scientifico dell'Istituto di biofisica del ramo siberiano dell'Accademia delle scienze russa, candidato di scienze biologiche Yegor Zadereev dice al corrispondente RP. - Gli scienziati hanno scoperto che per vivere due persone all'anno hanno bisogno di circa 300 kg di ossigeno, 2,5 tonnellate di acqua e 400 kg di cibo. Allo stesso tempo, nello stesso periodo, emetteranno 350 kg di anidride carbonica e una tonnellata di rifiuti, che devono essere riciclati. Restava da capire come fornire loro tutto questo in un ambiente isolato dal mondo esterno.
Gli esperti hanno condotto esperimenti e confermato l'ipotesi che il potenziale di sviluppo di un organismo vivente sia superiore alle possibilità realizzabili. Quando l'alga unicellulare Chlorella è stata posta in condizioni ideali, ha iniziato a crescere molto più velocemente e a produrre più ossigeno che nel suo ambiente naturale, e anche a riciclare più attivamente l'anidride carbonica.
Le alghe in una piccola vasca iniziarono a bastare affinché una persona potesse respirare normalmente tutto il giorno, ponendo il viso in un foro speciale che non consente l'aria dall'esterno. Così nel 1964 crearono un sistema con un ciclo chiuso di riproduzione dell'ossigeno "BIOS-1", che aiutava una persona a respirare in uno spazio senz'aria, ad esempio nello spazio. Quindi gli scienziati sono stati in grado di aumentare il tempo trascorso in una stanza chiusa da 12 ore a 30 giorni. Successivamente è stato chiuso anche lo scambio idrico, il che ha permesso di effettuare un esperimento di 45 giorni.
Tuttavia, le alghe erano utili solo per fornire ossigeno a una persona e liberarsi dell'anidride carbonica. Se non ci sono altre piante in uno spazio ristretto, allora dovrai mangiare anche le alghe. Potrebbero esserci abbastanza nutrienti per il corpo umano, ma mantenere la salute mentale con una tale dieta sarà problematico.
Nel 1966, gli scienziati hanno avviato esperimenti con verdure e cereali e, di conseguenza, hanno costruito l'installazione BIOS-2. Si è scoperto che se vengono create le condizioni ideali per la crescita per lo stesso grano - senza sbalzi di temperatura, cambiamenti del tempo, erbacce, allora produrrà sei volte l'anno e molte volte di più rispetto alle condizioni naturali. Lungo la strada, i ricercatori hanno stabilito quanto grano deve essere seminato per nutrire una persona.
Bionauti nel bunker
"Quando il fondatore della cosmonautica russa, Sergei Korolev, venne a conoscenza degli esperimenti condotti presso l'Istituto di Fisica dell'SB RAS, si interessò ad essi e incontrò il fondatore e direttore dell'Istituto di Krasnoyarsk, l'accademico Leonid Kirensky", continua Egor Zadereev. - Per ordine personale di Korolyov, che aveva bisogno di un sistema di supporto vitale autonomo per la stazione sulla Luna, sono stati stanziati fondi per continuare la ricerca. Hanno permesso in un tempo record, in soli sette anni, di creare un ecosistema artificiale "BIOS-3".
I biofisici di Krasnoyarsk ricevettero enormi soldi per quei tempi: 1 milione di rubli. Con questi fondi, nel 1972 costruirono uno speciale bunker isolato dal mondo esterno con pareti in acciaio inossidabile, il cui volume totale era di 315 metri cubi. m, e l'area è 14x9x2, 5 m.
Il bunker è stato progettato per ospitare tre persone ed è stato diviso in quattro parti. In uno c'erano cabine abitative con letti, una cucina-sala da pranzo, un bagno e un'area di lavoro - un laboratorio-laboratorio con attrezzature per la lavorazione delle colture, utilizzando biomasse non commestibili, nonché sistemi per la purificazione aggiuntiva dell'acqua e dell'aria. Le altre tre parti erano per le piante. In uno spazio ristretto e sotto l'illuminazione artificiale, crescevano le alghe e si riproducevano varietà di soia, lattuga, cetrioli, ravanelli, carote, barbabietole, aneto, cavoli, patate e cipolle. Rigeneravano acqua e ossigeno, e fornivano anche ai "bionauti" tutti i nutrienti, le vitamine ei microelementi necessari alla loro esistenza. Anche il grano nano con un gambo molto corto, allevato appositamente dall'allevatore di Krasnoyarsk Henrikh Lisovsky, cresceva lì: la parte non commestibile dell'orecchio era di dimensioni minime e c'era poco spreco. Ha dato un raccolto di 200-300 centesimi per ettaro. E l'erba chufa dell'Asia centrale forniva alle persone olio vegetale.
Affinché le persone all'interno del "BIOS" potessero comunicare con il mondo esterno, è stato fornito un bunker sigillato con TV e telefono. È stato installato un sistema di raffreddamento e alimentazione.
"Nei primi anni '70, tre volontari tra i dipendenti per la prima volta hanno vissuto nel bunker per sei mesi - 180 giorni, dal 24 dicembre 1972 al 22 giugno 1973", afferma Yegor Zadereev. “Tutto l'ossigeno che hanno respirato proveniva dalle piante che coltivavano. Hanno anche lavorato l'anidride carbonica. Inizialmente, l'acqua disponibile era trattata e purificata per essere utilizzata più volte.
C'è una sessione della prossima comunicazione con i tester nell'installazione di BIOS-3. Tester V. V. Terskikh (nella finestra), foto 1973. Foto: photo.kirensky.ru
I partecipanti all'esperimento hanno mangiato verdure coltivate da loro stessi, raccolto e macinato grano e pane cotto da esso. Quindi ricevevano 300 grammi di pane e 400 grammi di verdura al giorno. I "bionauti" di proteine animali fornivano cibo in scatola e carne liofilizzata. Costanti osservazioni mediche hanno mostrato che una tale dieta, così come l'acqua e l'aria trattate e purificate, non influivano negativamente sulla salute dei volontari.
L'esperimento è durato solo sei mesi. È diventato chiaro che non aveva senso continuare: il sistema di supporto vitale chiuso creato nel BIOS funziona perfettamente. Un trasportatore creato artificialmente per la produzione di acqua, ossigeno e cibo non fallisce. Certo, a condizione che una grande quantità di elettricità provenga dall'esterno, ma questo problema nello spazio o su uno qualsiasi dei pianeti è facilmente risolvibile con l'aiuto di una centrale nucleare o di pannelli solari.
Un anno dietro una porta sigillata
Presso la stazione "BIOS-3", che simula un insediamento extraterrestre, si sono svolti 10 esperimenti di sopravvivenza autonoma. Vi hanno preso parte equipaggi da una a tre persone. L'ingegnere Nikolai Bugreev ha vissuto più a lungo del resto dei "bionauti" in BIOS-3, per un totale di 13 mesi.
Nel 1968, lo sviluppo di Krasnoyarsk fu considerato al XIX Congresso della Federazione Astronautica Internazionale come uno dei possibili prototipi di un sistema biologico per garantire la vita delle persone in una nuova fase dell'esplorazione spaziale - durante lunghe spedizioni. Questo è diventato un riconoscimento mondiale dei risultati dei biofisici siberiani.
Gli scienziati hanno dovuto risolvere un altro problema fondamentale: come fornire alle persone in uno spazio ristretto non solo cibo vegetale, ma anche cibo proteico. Uno dei creatori di BIOS-3, l'accademico Iosif Gitelzon, avanzò un'idea rivoluzionaria in quel momento: utilizzare piante geneticamente modificate per questo, che avrebbero prodotto la proteina animale desiderata. Rimangono irrisolti anche i problemi di utilizzazione naturale della biomassa vegetale e il ritorno del sale escreto dal corpo umano allo scambio di massa intrasistemico.
Gli scienziati hanno deciso di ripetere un esperimento riuscito sulla Terra nello spazio. L'Istituto di Krasnoyarsk iniziò a preparare i primi contenitori per la coltivazione di piante a gravità zero, ma poi scoppiò la perestrojka. A causa della completa mancanza di fondi, la ricerca unica che non aveva analoghi al mondo in quel momento dovette essere interrotta e BIOS-3 fu messo in naftalina.
Da sinistra a destra - partecipanti all'esperimento di 6 mesi in BIOS-3: M. P. Shilenko, V. V. Terskikh, N. I. Petrov, foto 1973. Foto: photo.kirensky.ru
Arca del deserto
Solo 15 anni dopo, nel 1985, negli Stati Uniti fu fatto un tentativo di condurre un esperimento simile.
Con i soldi del multimilionario Ed Bass, in Arizona è stata costruita una gigantesca base "Biosphere-2" da cupole ermetiche che coprono un'area di 12 mila metri quadrati. m. Su questo vasto territorio, gli scienziati hanno riprodotto paesaggi terrestri: deserto, foresta tropicale, savana, persino un piccolo oceano con una barriera corallina, piantato piante e portato centinaia di specie animali. Si presumeva che tutto questo sarebbe cresciuto e si sarebbe moltiplicato da solo e avrebbe fornito ai volontari dell'esperimento tutto il necessario per la vita.
"Tuttavia, molto presto è diventato chiaro che c'era una grave mancanza di ossigeno, abbiamo dovuto aprire le finestre in modo che l'aria potesse entrare dall'esterno", afferma il membro corrispondente dell'Accademia delle scienze russa, dottore in scienze biologiche Sergei Olenin. - Poi le piante hanno cominciato a ferire e morire, alcune specie di animali si sono estinte. Allevato un numero incredibile di scarafaggi e formiche. Non c'era abbastanza cibo, doveva essere portato dall'esterno. Due anni dopo, l'esperimento fu terminato, sebbene i creatori di "Biosphere-2" sperassero che l'ecosistema artificiale potesse esistere in modalità autonoma per almeno 100 anni.
Dopo un primo tentativo fallito, i ricercatori americani hanno apportato modifiche al mondo artificiale che hanno creato e hanno lanciato un secondo esperimento nel 2007. Tuttavia, è stato interrotto per un altro motivo: uno dei membri della nuova squadra di volontari ha attaccato gli altri durante una lite. Successivamente, l'investitore ha perso interesse per il progetto e ora questa "Arca di Noè" nel mezzo del deserto è visitata solo dai turisti.
- L'anno scorso in Cina è stato condotto un altro esperimento di sopravvivenza autonoma. È stato chiamato "Lunar Palace-1", - continua Sergey Olenin. - Gli scienziati, che in realtà hanno completamente ripetuto gli studi di Krasnoyarsk, sono riusciti a fornire ai partecipanti tutto il cibo necessario del 75% a causa del fatto che il fabbisogno di proteine era soddisfatto dai vermi che stavano crescendo. Così sono riusciti a vivere offline per tre mesi.
Un mondo da sperimentare
Ora l'Agenzia spaziale europea ha iniziato a mostrare interesse per la ricerca di Krasnoyarsk. Con i soldi ricevuti sotto forma di sovvenzioni, vengono effettuati piccoli esperimenti presso l'Istituto di Biofisica dell'SB RAS, vengono acquistate moderne attrezzature per il bunker, costruito alla fine degli anni '60. Viene creato un substrato artificiale simile al suolo per la crescita delle piante. Sono in corso sperimentazioni sulla tecnologia fisico-chimica di decomposizione delle sostanze organiche in sostanze minerali, che possono essere rimesse in circolo sotto forma di sali per la crescita delle piante. È allo studio l'utilizzo delle lumache di terra per la produzione delle proteine necessarie all'uomo.
Tuttavia, non ci sono fondi sufficienti per la ricerca su vasta scala: ciò richiede diverse decine di milioni di dollari. Tutti capiscono che è necessario riprendere il lavoro sulla creazione di sistemi di supporto vitale chiusi, poiché senza di essi non si può parlare di una seria esplorazione dello spazio, ma tutto dipende dalle finanze. BIOS-3 è vuoto. Sebbene questo sia il sistema sperimentale di maggior successo, soddisfa pienamente i bisogni umani di acqua, aria e cibo vegetale attraverso un ciclo biologico chiuso. Potrebbe già essere utilizzato, anche se non ancora su Marte o su altri pianeti, ma sulla Terra. In effetti, con il suo aiuto, è possibile ridurre centinaia di volte i danni all'ambiente, inevitabilmente causati dall'uomo, poiché BIOS-3 consente di consumare un minimo di risorse e di non produrre quasi nessun rifiuto. Le case a circuito chiuso ridurrebbero drasticamente il carico sull'ambiente e potrebbero anche fornire alle persone tutto ciò di cui hanno bisogno dove è difficile o costoso da raggiungere, ad esempio, nelle zone artiche remote, nei deserti o negli altopiani, sott'acqua.
- Un'altra opzione per utilizzare "BIOS" è condurre esperimenti in esso, che nessuno al mondo sta ancora conducendo. Tutti parlano solo di cosa accadrà se, ad esempio, il livello di metano nell'atmosfera raggiunge un livello critico. Ci sarà un disastro o no? E a Krasnoyarsk, potrebbero non parlarne, ma controlla cosa accadrà di conseguenza in un piccolo ecosistema chiuso, afferma Sergei Olenin. - E questo è solo uno dei possibili esperimenti, che forse non hanno nemmeno un significato enorme, ma colossale per tutta l'umanità. È possibile studiare i processi della circolazione delle sostanze nella biosfera della Terra e non solo aiutare le persone a sopravvivere su altri pianeti.
