2023 Outeur: Adelina Croftoon | [email protected]. Laas verander: 2023-05-24 12:05
Wanneer sal ons spore uiteindelik op die stowwerige paaie van verre planete bly? Die mensdom berei voortdurend 'n antwoord op hierdie vraag voor, doen grootskaalse navorsing en skep tegnologieë vir die ontwikkeling van ander wêrelde.
Die woorde van Konstantin Tsiolkovsky, wat meer as 'n eeu gelede gesê is: 'Die mensdom sal nie vir ewig op aarde bly nie …' begin eintlik waar word. Tot dusver kon 'n persoon net van sy tuisplaneet af wegbeweeg na die afstand van die maanbaan, maar selfs in laer wentelbane kan moderne tegnologie nie 'n volledig outonome bemande vlug bied wat langer as 3-4 maande duur nie: na hierdie tyd, sal die bemanning van die ruimtetuig beslis verbruiksgoedere van die aarde af benodig.
Dit is nog steeds nie moontlik om voldoende voeding, watertoevoer, 'n konstante toevoer van suurstof en effektiewe benutting van afvalprodukte in isolasie van die aarde se biosfeer te organiseer nie.
Op hierdie stadium is die antwoord op die vraag "Hoe om in die diep ruimte te oorleef?" klink so: 'neem' 'n sekere minimum noodsaaklike deel van hierdie biosfeer saam ',' dwing 'dit om te funksioneer in toestande van lae swaartekrag, klein beperkte ruimtes en 'n oormaat straling met hoë energie.
Ongelukkig kan alle pogings om so 'n geslote siklus te implementeer, selfs in ligter "grond" toestande, nie suksesvol genoem word nie. Die bekendste hiervan is ongetwyfeld die Amerikaanse projek "Biosphere-2", uitgevoer deur Space Biosphere Ventures (hoofsaaklik gefinansier deur miljardêr Edward Bass).
Die lot van "Biosfeer"
In die somer van 1991, in 'n woestyngebied naby die stad Oracle (Arizona), is die bou van 'n grootskaalse struktuur voltooi, wat 'n groot glasmetaalstruktuur insluit wat 'n oppervlakte van 1,27 hektaar beslaan.
Saam met hulpgeboue was dit 'n geslote stelsel met 'n volume van 203.760 m3. 'N Verskeidenheid biome is in hierdie volume gemodelleer: reënwoud, savanne, Middellandse See-struik, woestyn, varswater en sout (mangrove) moeras, en selfs 'n mini-oseaan met lewende koraalriwwe.
MARS-500
Ter voorbereiding van 'n bemande vlug na Mars, het Russiese spesialiste 'n grootskaalse eksperiment "Mars-500" geloods. Die hoofdoel van die projek is om die eienaardighede van die naasbestaan van ses mense in 'n afgesonderde kamer vir 'n lang tyd te bestudeer in toestande van beperkte kommunikasie met die aarde. Die Mars-500-kompleks was nie 'n biologies geslote stelsel nie; die taak om die moontlikheid van selfonderhoudendheid van die bemanning te ondersoek, is lanklaas gestel. Die eksperiment het 519 dae geduur - van 3 Junie 2010 tot 4 November 2011.
Hulle relatiewe "voorstelling" was weliswaar baie anders as die werklike - veral die oseaan het minder as 'n derde van die 'biosfeer' beslaan, terwyl waterruimtes op aarde 71% van die oppervlak beslaan. Al hierdie biodiversiteit is 'bevolk' met byna vier duisend spesies diere, plante en mikroörganismes.
Hulle spesiesamestelling is so gekies dat dit die biosferiese sirkulasie van stowwe, insluitend die produksie en ontbinding van organiese materiaal (insluitend die natuurlike ontbinding van menslike afval), die beste simuleer. Die reuse kompressors het die interne druk aangepas om by die eksterne druk aan te pas, wat luglekkasies tot die minimum beperk het.
Op 26 September 1991 het agt mense - vier mans en vier vroue - deel geword van die kunsmatige biosfeer. Hulle sou presies twee jaar in volledige isolasie van die buitewêreld deurbring (maar het egter die geleentheid gehad om telefonies met hom te kommunikeer). As voedsel moes hulle ander inwoners van "Biosphere -2" gebruik - vis, garnale, bokke, hoenders en varke, sowel as groente en vrugte wat in spesiaal aangewese gebiede verbou is.
Daar word aanvaar dat die kompleks outonoom sou funksioneer, aangesien dit alle voorwaardes het vir die normale sirkulasie van stowwe. Volgens wetenskaplikes moes sonlig genoeg gewees het vir die voortplanting van suurstof deur plante as gevolg van fotosintese, wurms en mikroörganismes wat afval verwerk, insekte - bestuiwing van plante, ens. Die sirkulasie en suiwering van water is uitgevoer danksy die werking van blindings wat die sonbeligting reguleer, wat konveksiestrome van warm lug veroorsaak het, wat bygedra het tot verdamping van die oppervlak van die "oseaan".
Kondenserend, vog het in die vorm van reën oor die "tropiese woud" uitgesak. Van daar af het dit in die "moerasse" gesypel en weer deur die grondfilters die "oseaan" binnegegaan. In die proses van fotosintese is koolstofdioksied wat tydens respirasie vrygestel word, geabsorbeer en in teorie sou die vereiste suurstofinhoud in die lug gehandhaaf moes word. Beide die direkte deelnemers aan die eksperiment en die leiers "van buite" kan egter tot 'n sekere mate inmeng in die werking van lewensondersteunende stelsels.
Alle afvalprodukte is ontbind deur biologiese metodes, wat voeding vir plante verskaf, waarvan sommige op hul beurt as voedsel vir mense, visse en mak diere gedien het. Die gebruik van giftige chemikalieë (insekdoders en plaagdoders) is heeltemal uitgesluit. Ongedierte word deur 'natuurlike' metodes uitgevoer - dit is met die hand versamel en vernietig of hul natuurlike vyande geteel.
Die gebruik van energiebronne wat die omgewing besoedel, soos oop vlamme, is ook nie toegelaat nie. Sonpanele verskaf energie vir die kook, beligting en aandrywing van die toerusting.
Dit het gelyk asof alles in ag geneem is en 'n ideale wêreld gebou is … die probleme wag egter nie lank nie. Biosfeer-2 was blykbaar oorbevolk. Mense het nie genoeg kos met 'n hoë kalorie -inhoud nie - hulle moes piesangs en papaja in die 'oerwoud' plant, die aanplant van graan verdun sonder om die oppervlakte te vergroot en voedselverspreiding in te stel.
Oor die 'woestyn' op die glasdak in die oggend het water verdik en reën geval. Dit was onmoontlik om dit uit te skakel, sodat die woestyn geleidelik in 'n steppe verander het. 'N Paar maande later het die krone van baie bome onder hul eie gewig begin breek: dit blyk dat vir die normale vorming van hout so 'n skynbaar onbeduidende faktor soos wind uiters noodsaaklik is.
Oekraïense groentetuin in 'n wentelbaan
Die eerste kosmonaut van die onafhanklike Oekraïne, Leonid Kadenyuk, was besig met navorsing op die gebied van ruimtebiologie tydens sy vlug op die Columbia -pendeltuig. Dit het veral eksperimente met kunsmatige bestuiwing van sojaboon- en koolzaadspruite ingesluit om sade in swaartekrag te verkry. Hierdie studies het 'n praktiese doel gehad: die spanne van interplanetêre ruimtetuie wat na verre planete vlieg, sal beslis 'ruimtetuine' nodig hê wat ruimtevaarders van voedsel en suurstof sal voorsien.
'N Vinnige, onbeheerde voortplanting van insekte en mikroörganismes, wat aktief suurstof absorbeer, het baie vinnig begin. Die inhoud daarvan in die lug het tot 14% gedaal (teen die norm van 21%) - dit stem ooreen met die gedeeltelike druk op 'n hoogte van 4080 m bo seespieël. As gevolg hiervan het die gesondheidstoestand van die inwoners van "Biosphere-2" versleg en het hul werksvermoë merkbaar afgeneem. Een van die vroue sny haar vinger af terwyl sy aan landboutoerusting werk. Dit was nie moontlik om dit op ons eie aan te werk nie, en die slagoffer moes "na die groot wêreld" ontruim word.
Later is die "suiwerheid van die eksperiment" heeltemal geskend: as gevolg van die oormatig geaktiveerde klimaatverskynsel "El Niño", was die lug oor Arizona veel meer gereeld as verwag bedek, en was daar nie genoeg sonlig om suurstof voort te bring tydens fotosintese nie.
Om ernstige gevolge te vermy, het Edward Base besluit om hierdie gas van buite af onder die koepel te pomp. In totaal moes meer as 20 ton daarvan gepomp word. Intussen het die "eksperimentele", benewens hul hoofberoepe, buitensporig geteelde kakkerlakke en miere uitroei (hoofsaaklik het hulle eenvoudig gedruk - hulle kon hierdie insekte nie onder die inwoners van die "Biosfeer" vind nie).
Die span het baie vinnig in twee opponerende groepe verdeel, waarvan een die eksperiment onmiddellik moes beëindig, en die tweede het daarop aangedring dat dit nodig was om 'tot die einde toe te hou'. Aangesien die projekbestuur die begeerte om 'uit te hou' gedeel het, was beide groepe genoodsaak om onder een dak saam te bestaan tot 26 September 1993, toe sewe uitgeteerde en uitgeputte inwoners van die 'aardse paradys' dit uiteindelik verlaat het. Maar selfs 20 jaar later vermy verteenwoordigers van verskillende groepe ywerig vergaderings en ander kommunikasie.
Wetenskaplikes wou nie die unieke kompleks laat vaar nie, daarom is daar reeds aan die einde van 1993 begin met die herstel daarvan: vir twee jaar se eksperiment was die ontwerp van "Biosphere-2" en baie van sy stelsels ernstig verslete. Op 6 Maart 1994 het die koepel sewe nuwe "inwoners" ontvang, waaronder een vrou. Met inagneming van die ervaring van hul voorgangers, kon vyf van hulle ses maande in 'n geslote stelsel deurbring - tot 6 September (hoewel 'n eksperiment van tien maande oorspronklik aangekondig is) - en het hulle daarin geslaag om selfvoorsiening in voedsel te organiseer, maar die probleme met die onbeheerde voortplanting van mikrobes en insekte kon nie opgelos word nie.
5 April 1994 Abigail Elling en Mark Van Thillo (Abigail Ailing, Mark Van Thillo) - twee deelnemers aan die eerste eksperiment - het daarin geslaag om een lugslot en drie nooduitgangsdeure oop te maak en die kompleks vir 'n kwartier te breek. Hulle het ook vyf glas dakpanele stukkend geslaan. Elling het haar daad verduidelik deurdat sy die mense in die keuse tussen vryheid en "gevangenisstraf" wou gee.
Op 1 Junie 1994 het Space Biospheres Ventures amptelik opgehou om alle sake (insluitend die tweede eksperiment) oor te dra na 'n tydelike bestuurspan wat deur Decisions Investment Co.
In die middel van 1996, nadat die bestuur van die "Biosfeer" na die Columbia Universiteit (New York City) oorgeplaas is, het wetenskaplikes 'n nuwe eksperiment daarin geloods, hierdie keer sonder die deelname van mense. Hulle gaan uitvind of die opbrengs werklik toeneem met 'n toename in die persentasie koolstofdioksied (en in watter mate), wat gebeur met oortollige koolstofdioksied en waar dit ophoop, en ook of 'n katastrofiese omgekeerde proses moontlik is met 'n onbeheerde toename in die inhoud van CO2 in die atmosfeer. Dit was nie moontlik om duidelike antwoorde op enige van hierdie vrae te kry nie.
Die wetenskaplike kompleks is lank gebruik vir die praktyk van studente, en in 2005 is dit te koop aangebied. Die koper is eers in die somer van 2007 gevind. Dit was Ranching & Development, wat 'n hotel en opvoedkundige kompleks in die omgewing wou bou, en Biosphere-2 self sou 'n toeriste-aantreklikheid vir die publiek word. Op 26 Julie 2007 is die unieke laboratorium aan die Universiteit van Arizona oorgedra.
… Op een van die binnemure van die "Biosfeer" is daar nog verskeie reëls wat deur een van die deelnemers aan die eerste missie geskryf is: "Net hier het ons gevoel hoe afhanklik die omliggende natuur was. As daar geen bome is nie, het ons niks om asem te haal nie; as die water besoedel is, sal ons niks hê om te drink nie. " Hierdie oorwonne wysheid is miskien die belangrikste uitkoms van 'n ambisieuse eksperiment.
BIOS -projek
Navorsing oor die moontlikheid om stabiele biofisiese stelsels van deurlopende biosintese te skep, het kort na die eerste bemande ruimtevlugte begin. Een van die interessantste en suksesvolste werke in hierdie rigting was die BIOS -projek, wat van stapel gestuur is deur werknemers van die Krasnoyarsk Institute of Biophysics (USSR, nou die Russiese Federasie). Daar is lewensondersteunende stelsels ontwikkel vir menslike verblyf in die ruimte, in uiterste toestande van poolbreedtegrade, woestyne, hooglande, onder water.
In 1964, in die BIOS-1-stelsel, is 'n tweeskakel-menslike-chlorella-lewensondersteuningstelsel geïmplementeer, wat gesluit is ten opsigte van gaswisseling. Alge het koolstofdioksied opgeneem en suurstof geproduseer, maar dit kon nie as voedsel gebruik word nie.
In die BIOS -2 -kompleks, wat in 1965 begin word, was daar bykomend tot alge ook hoër plante betrokke - koring, groente. In 1968 is die eerste eksperimente uitgevoer in die drie -skakel stelsel "mens - mikroalge - hoër plante". 85% hergebruik van water bereik. Op grond van hierdie eksperimente is BIOS -3 geskep - 'n geslote ekologiese ondersteuningstelsel vir menslike lewens met outonome beheer.
Skema vir gas- en wateruitruiling in die eksperimentele kompleks "Bios-3". Gaspaaie word met oranje lyne getoon, water - swart. Die blou pyle wys die rigting van die reis. Briewe dui aan: B - chlorella alge kultivators, G - gasblaser, U - koolfilter, C - afvalwaterversamelaars in die kombuis en toilet, Q - versamelaar van vogkondensaat in die fitotron, D - tenk vir kook en berging van huishoudelike water, M - kollektor urine, F - eenheid vir sorpsie tersiêre behandeling van drinkwater.
Die bou van die BIOS-3-kompleks is voltooi in 1972. In die kelder van die Institute of Biophysics in die Krasnoyarsk Academgorodok is 'n geseëlde kamer met afmetings van 14x9x2,5 m en 'n volume van ongeveer 315 m3 gebou. Dit was verdeel in 4 gelyke kompartemente, waarvan twee bewoon is deur fitotrone vir die kweek van plante, een deur mikroalgal -kultivators, en die laaste een was 'n woonblok met bemanningshutte, huishoudelike en hulpapparatuur. Die kompartemente is met verseëlde deure verbind.
Op grond van BIOS-Z is 10 eksperimente uitgevoer met spanne van een tot drie mense. Die langste van hulle het 180 dae geduur (1972-1973). Dit was moontlik om 'n volledige "sluiting" van die stelsel vir gas en water te bewerkstellig, die behoeftes van die bemanning vir voedsel is met 80% bevredig ten koste van interne hulpbronne. Die ingenieur Nikolai Bugreev het die langste tyd in die kompleks gewoon (in totaal 13 maande).
In kweekhuise onder kunsmatige beligting word spesiale variëteite koring, sojabone, blaarslaai, chufa (oessaad van Sentraal -Asië), wortels, radyse, beet, aartappels, komkommers, suring, kool, dille en uie verbou. Dwergkoring, geteel deur professor G. M. Lisovsky, het stingels verkort, wat dit moontlik gemaak het om die hoeveelheid afval te verminder. Blikkieskos met diereprodukte is ook vir voedsel gebruik.
Aan die einde van die 80's is eksperimente in BIOS-Z tydelik gestaak.
In 1991 is die Internasionale Sentrum vir Geslote Ekologiese Stelsels gestig onder leiding van die akademikus I. I. Gitelzon, wat 'n strukturele onderafdeling van die Krasnoyarsk Instituut vir Biofisika van die Siberiese tak van die Russiese Akademie vir Wetenskappe geword het. Die doel van sy navorsing is om prototipes en werkmodelle van geslote ekosisteme te skep vir langtermyn ondersteuning van menslike lewens in uiterste aardse en ruimtetoestande op grond van die bestudering van die prosesse van die sirkulasie van stowwe in die biosfeer van die aarde.
Die ontwikkeling van 'n nuwe model vir biostelsels het in 2005 in Krasnoyarsk begin met die ondersteuning van die Europese Ruimte -agentskap. Op die oomblik word binne die raamwerk van hierdie projek navorsing gedoen op die gebied van afvalherwinning en plantverbouing in geslote ekosisteme.
NASA ontwerp biostelsels
Spesialiste van NASA kon natuurlik nie wegbly van die ontwikkeling van geslote biostelsels wat later gebruik kan word om die bemanning van ruimtestasies en interplanetêre ruimtetuie te ondersteun nie. Hulle prestasies op hierdie gebied is baie kleiner, maar hulle het tasbare kommersiële sukses.
Ons praat van 'n biologiese module genaamd Ecosphere, 'n verseëlde glasbal-akwarium met 'n deursnee van 10-20 cm, gevul met seewater met 'n klein lugborrel en 'bevolk' met verskeie Halocaridina rubra garnale, stukke koraal, groen alge en bakterieë wat voedsel se belangrike funksies van garnale afbreek. Aan die onderkant van die akwarium, eerder om estetiese redes, word sand en skulpe gegooi.
Volgens die versekering van die vervaardigers moes hierdie hele wêreld vir 'n onbeperkte tyd heeltemal outonoom wees - dit het net sonlig nodig en 'n min of meer konstante temperatuur. Garnale het vermenigvuldig en gevrek, maar sonder om verder te gaan as die hoeveelheid wat die beskikbare hulpbronne kan "voed". Ekosfeer het onmiddellik ongelooflik gewild geword.
Dit het wel duidelik geword dat die 'ewigheid' daarvan slegs 2-3 jaar was, waarna die biologiese balans in die akwarium versteur is en die inwoners dood is. Hermetiese akwariums is nietemin steeds gewild - elke beskawing het immers sy eie "rakleeftyd", en selfs twee jaar volgens die standaarde van 'n garnale is eintlik nie so erg nie.
"Ruimte miernes" op jou tafel
Miere is wonderlike wesens. Hulle kom in byna alle natuurlike gebiede voor (behalwe in die arktiese woestyne). Hulle ou voorouers, wat nie veel verskil van die moderne verteenwoordigers van hierdie familie nie, het meer as 100 miljoen jaar gelede op die aarde gewoon, soos blyk uit hul oorskot in versteende slik. Dit is baie waarskynlik dat hulle selfs toe die vaardighede van 'n 'kollektiewe gemeenskap' gehad het en onderverdeel is in 'kaste' - arbeidersmiere, krygers, jagters, ens.
Daar is meer as 12,5 duisend geklassifiseerde mierspesies alleen, die totale aantal insekte op aarde kan 'n kwadriljoen bereik (een miljoen biljoen, oftewel 1015). Met 'n gemiddelde massa van een monster van ongeveer 3 mg, blyk dit dat hul totale biomassa slegs 'n grootte van minder is as die biomassa van die mensdom, terwyl daar ongeveer honderdduisende miere per persoon is. Dit is duidelik dat so 'n groot gesin van lewende dinge een van die belangrikste elemente van die biosfeer is. Daarom is mirmekoloë (mirmekologie 'n tak van entomologie wat miere bestudeer) aktief betrokke by die meeste studies oor die skepping van geslote ekosisteme.
Die grootste deel van die lewe van miere vind plaas in ondergrondse of ander moeilik bereikbare skuilings, waar dit uiters moeilik is om dit waar te neem. Wetenskaplikes het baie moeite gedoen om hierdie probleem op te los. Die eenvoudigste weergawe van die "mier -sterrewag" kan beskou word as 'n kunsmatige miershoop van twee deursigtige glas (plastiek) panele en sandvuller tussen hulle. Waarnemings word uitgevoer in lae lig of infrarooi strale.
Aangesien die sand ondeursigtig is, kan u in so 'n miershoop slegs die tonnels direk langs die glaswand sien. Boonop is hierdie ontwerp baie swak vervoerbaar - selfs met 'n effense skommeling, verkrummel die gange wat deur miere opgestel word. Daarom, om met hulle te eksperimenteer op ruimtetuie met ruimtetuie, moes NASA -werknemers 'n habitat ontwerp waarin miere kan leef en tonnels bou wat die gevolge van skielike swaartekragveranderinge kan weerstaan.
Konsep vir die Mars One -projek
Hiervoor is 'n spesiale jellie-agtige vulstof ontwikkel, geskik vir miere om daarin te woon en tonnels te bou. Hy dien ook as voedselbron vir hulle. Hierdie tegnologie is gebruik om die "desktop anthill" van die Antquarium te bou, wat alle liefhebbers van wild 'n seldsame geleentheid bied om die fassinerende lewe van hierdie insekte te sien.
Die Antquarium is nie 'n geslote ekosisteem nie, maar die toevoer van water en voedingstowwe (behalwe lug) is beperk. Die waarskynlikheid dat patogene bakterieë en mierparasiete daar inkom, word ook geminimaliseer. Daarom kan 'n "deursigtige miershoop" die lewe van sy inwoners lank ondersteun, mits die lig- en temperatuuromstandighede wat in die instruksies gespesifiseer word, nagekom word.
