Как да оцелеем от Земята

Съдържание:

Видео: Как да оцелеем от Земята

Видео: Как да оцелеем от Земята
Видео: National Geographic - Земята: Създаването на една планета / Earth: Making of a Planet 2024, Март
Как да оцелеем от Земята
Как да оцелеем от Земята
Anonim
Как да оцелеем извън Земята - биосфера, колонизация
Как да оцелеем извън Земята - биосфера, колонизация

Кога най -накрая следите ни ще останат по прашните пътеки на далечни планети? Човечеството упорито подготвя отговор на този въпрос, провежда мащабни изследвания и създава технологии за развитието на други светове.

Думите на Константин Циолковски, казани преди повече от век, „Човечеството няма да остане вечно на Земята …“всъщност едва сега започват да се сбъдват. Досега човек е успявал да се отдалечи от родната си планета само на разстоянието на лунната орбита, но дори и на по-ниски орбити съвременните технологии не могат да осигурят напълно автономен пилотиран полет с продължителност повече от 3-4 месеца: след това време, екипажът на космическия кораб определено ще се нуждае от консумативи, доставени от Земята.

Все още не е възможно да се организира адекватно хранене, водоснабдяване, постоянно снабдяване с кислород и ефективно оползотворяване на отпадъчните продукти, изолирано от земната биосфера.

На този етап отговорът на въпроса "Как да оцелеем в дълбокия космос?" звучи така: „вземете със себе си“определена минимално необходима част от тази биосфера, „принуждавайки“я да функционира в условия на ниска гравитация, малки затворени пространства и излишък от високоенергийна радиация.

За съжаление, всички опити за прилагане на такъв затворен цикъл, дори и при по -меки "наземни" условия, не могат да се нарекат успешни. Най-известният от тях несъмнено е американският проект "Биосфера-2", осъществен от Space Biosphere Ventures (финансиран главно от милиардера Едуард Бас).

Съдбата на "Биосфера"

През лятото на 1991 г. в пустинен район близо до град Оракул (Аризона) е завършено изграждането на мащабна структура, която включва огромна стъклено-метална конструкция, която обхваща площ от 1,27 хектара.

Изображение
Изображение

Заедно с помощни сгради, тя представляваше запечатана система с обем 203 760 м3. В този том са моделирани редица биоми: тропическа гора, савана, средиземноморски твърд храст, пустиня, сладководно и солено (мангрово) блато и дори мини-океан с живи коралови рифове.

MARS-500

При подготовката за пилотиран полет до Марс руски специалисти стартираха мащабен експеримент "Марс-500". Основната цел на проекта е да се проучат особеностите на съвместното съществуване на шест души в изолирана стая за дълго време в условия на ограничена комуникация със Земята. Комплексът Марс-500 не е биологично затворена система; задачата за изследване на възможността за самодостатъчност на екипажа не е била поставена дълго време. Експериментът продължи 519 дни - от 3 юни 2010 г. до 4 ноември 2011 г.

Вярно е, че тяхното относително „представяне“е много различно от реалното - по -специално океанът съставлява по -малко от една трета от „биосферата“, докато на Земята водните пространства заемат 71% от повърхността. Цялото това биоразнообразие е „населено“с почти четири хиляди вида животни, растения и микроорганизми.

Техният видов състав е подбран по такъв начин, че да симулира най -добре биосферната циркулация на веществата, включително производството и разлагането на органични вещества (включително естественото разлагане на човешки отпадъци). Гигантските компресори регулират вътрешното налягане, за да съответстват на външното налягане, свеждайки до минимум изтичането на въздух.

На 26 септември 1991 г. осем души - четирима мъже и четири жени - стават част от изкуствената биосфера. Те трябваше да прекарат точно две години в пълна изолация от външния свят (като имат възможност да общуват с него по телефона). Като храна те трябваше да използват други обитатели на „Биосфера -2“- риба, скариди, кози, пилета и прасета, както и зеленчуци и плодове, отглеждани в специално определени зони.

Предполага се, че комплексът ще функционира автономно, тъй като има всички условия за нормална циркулация на веществата. Слънчевата светлина според учените е трябвало да е достатъчна за възпроизвеждането на кислород от растенията в резултат на фотосинтеза, червеи и микроорганизми, осигурени преработка на отпадъци, насекоми - опрашване на растения и т.н. Циркулацията и пречистването на водата се осъществява благодарение на работата на щорите, които регулират слънчевото осветление, което причинява конвекционни потоци от топъл въздух, което допринася за изпарението от повърхността на „океана“.

Кондензирайки се, влагата изпадна под формата на дъжд над „тропическата гора“. Оттам тя проникна в „блатата“и отново влезе в „океана“през почвени филтри. В процеса на фотосинтеза отделеният по време на дишането въглероден диоксид се абсорбира и на теория трябваше да се поддържа необходимото съдържание на кислород във въздуха. Въпреки това, както преките участници в експеримента, така и неговите ръководители „отвън“биха могли да се намесят до известна степен в работата на системите за поддържане на живота.

Изображение
Изображение

Всички отпадъчни продукти се разлагат по биологични методи, осигурявайки подхранване на растенията, някои от които от своя страна служат за храна на хора, риби и домашни животни. Използването на токсични химикали (инсектициди и пестициди) беше напълно изключено. Борбата с вредителите се осъществява по „естествени“методи - те се събират и унищожават ръчно или отглеждат естествените си врагове.

Използването на енергийни източници, замърсяващи околната среда, като открит пламък, също не беше разрешено. Слънчевите панели осигуряват енергия за готвене, осветление и захранване на оборудването.

Изглежда, че всичко се взема предвид и се изгражда идеален свят … обаче проблемите не закъсняха. Биосфера-2 се оказа пренаселена. Хората нямаха достатъчно висококалорична храна - трябваше да засадят малко банани и папая в „джунглата“, да уплътнят засаждането на зърнени култури, без да увеличават площта и да въведат разпределение на храната.

Над „пустинята“на стъкления покрив сутринта се кондензира вода и падна дъжд. Невъзможно беше да се елиминира, така че пустинята постепенно се "превърна" в степ. Няколко месеца по -късно короните на много дървета започнаха да се чупят под собствената си тежест: оказа се, че за нормалното образуване на дървесина такъв на пръв поглед незначителен фактор като вятъра е изключително необходим.

Украинска зеленчукова градина в орбита

Първият космонавт на независима Украйна Леонид Каденюк се занимава с изследвания в областта на космическата биология по време на полета си на совалката „Колумбия“. Те включват, по -специално, експерименти с изкуствено опрашване на кълнове от соя и рапица, за да се получат семена при нулева гравитация. Тези проучвания имаха практическа цел: екипажите на междупланетни космически кораби, летящи към далечни планети, определено ще се нуждаят от „космически градини“, които ще снабдяват астронавтите с храна и кислород.

Бързо, неконтролирано размножаване на насекоми и микроорганизми, активно абсорбиращи кислород, започна много бързо. Съдържанието му във въздуха спадна до 14% (при норма от 21%) - това съответства на парциалното налягане на височина 4080 м над морското равнище. В резултат на това здравословното състояние на жителите на "Биосфера-2" се е влошило, а работоспособността им е значително спаднала. Една от жените отряза пръста си, докато работеше върху селскостопанска техника. Не беше възможно да го ушием сами и жертвата трябваше да бъде евакуирана „в големия свят“.

По -късно „чистотата на експеримента“беше напълно нарушена: поради прекалено активирания климатичен феномен „Ел Ниньо“, небето над Аризона беше покрито с облаци много по -често от очакваното и нямаше достатъчно слънчева светлина за възпроизвеждане на кислород по време на фотосинтезата.

За да избегне сериозни последици, Едуард База реши да започне да изпомпва този газ под купола отвън. Общо повече от 20 тона от него трябваше да се изпомпват. Междувременно „експерименталните“, в допълнение към основните си занимания, усилено изтребваха прекомерно развъжданите хлебарки и мравки (главно те просто се притискаха - те не можаха да намерят тези насекоми сред обитателите на „Биосферата“).

Доста бързо екипът се раздели на две противоположни групи, едната от които настояваше за незабавно прекратяване на експеримента, а втората настояваше, че е необходимо „да се задържи до края“. Тъй като желанието за „издържане“се споделяше от ръководството на проекта, и двете групи бяха принудени да съжителстват под един покрив до 26 септември 1993 г., когато седем изтощени и изтощени жители на „земния рай“накрая го напуснаха. Но дори 20 години по -късно представители на различни групи старателно избягват срещи и всякаква друга комуникация.

Учените не искаха да изоставят уникалния комплекс, затова вече в края на 1993 г. започна възстановяването му: за две години експеримент дизайнът на „Биосфера-2“и много от неговите системи бяха сериозно износени. На 6 март 1994 г. куполът получава седем нови „жители“, включително една жена. Като се вземе предвид опитът на техните предшественици, петима от тях успяха да прекарат шест месеца в затворена система - до 6 септември (въпреки че първоначално беше обявен десетмесечен експеримент) - и успяха да организират самодостатъчност в храната, но проблеми с неконтролираното размножаване на микроби и насекоми не могат да бъдат решени.

5 април 1994 г. Абигейл Елинг и Марк Ван Тило (Abigail Ailing, Mark Van Thillo) - двама участници в първия експеримент - успяха да отворят една въздушна шлюза и три аварийни изходни врати, нарушавайки херметичността на комплекса за четвърт час. Те също така разбиха пет стъклени панела на покрива. Елинг обясни постъпката си с факта, че иска да даде на хората вътре в избора между свобода и „затвор“.

На 1 юни 1994 г. Space Biospheres Ventures официално престава да съществува, като прехвърля целия бизнес (включително втория експеримент) на временен мениджърски екип, нает от Decisions Investment Co.

В средата на 1996 г., след като управлението на „Биосферата“бе прехвърлено в Колумбийския университет (Ню Йорк), учените стартираха нов експеримент в него, този път без участието на хора. Те щяха да разберат дали добивът наистина се увеличава с увеличаване на процента въглероден диоксид (и до каква степен), какво се случва с излишния въглероден диоксид и къде се натрупва, както и дали е възможен катастрофален обратен процес с неконтролиран увеличаване на съдържанието на CO2 в атмосферата. Не беше възможно да се получат ясни отговори на нито един от тези въпроси.

Дълго време научният комплекс се използва за студентска практика, а през 2005 г. е пуснат за продажба. Купувачът беше намерен едва през лятото на 2007 г. Това беше Ranching & Development, което имаше за цел да построи хотелски и образователен комплекс наблизо, а самата Biosphere-2 трябваше да се превърне в обществено достъпна туристическа атракция. На 26 юли 2007 г. уникалната лаборатория е предадена на разположение на Университета в Аризона.

… На една от вътрешните стени на „Биосферата“все още има няколко реда, написани от един от участниците в първата мисия: „Само тук почувствахме колко зависим от заобикалящата ни природа. Ако няма дървета, няма да имаме какво да дишаме; ако водата е замърсена, няма да имаме какво да пием. Тази трудно спечелена мъдрост е може би най-важният резултат от амбициозен експеримент.

BIOS проект

Изследванията на възможността за създаване на стабилни биофизични системи за непрекъсната биосинтеза започнаха малко след първите космически полети с хора. Една от най -интересните и успешни работи в тази посока беше проектът BIOS, който беше стартиран от служители на Красноярския институт по биофизика (СССР, сега Руска федерация). Там са разработени системи за поддържане на живота за престой на човека в космоса, в екстремни условия на полярни ширини, пустини, планини, под вода.

През 1964 г. в системата BIOS-1 е внедрена двувръзка система за поддържане на живота човек-хлорела, затворена по отношение на газообмена. Водораслите абсорбират въглероден диоксид и произвеждат кислород, но те не могат да се използват за храна.

В комплекса BIOS -2, който започва да се създава през 1965 г., освен водорасли, са замесени и висши растения - пшеница, зеленчуци. През 1968 г. са проведени първите експерименти в системата с три връзки "човек - микроводорасли - висши растения". Достигна 85% повторна употреба на вода. Въз основа на тези експерименти е създаден BIOS -3 - затворена екологична система за поддържане на човешкия живот с автономно управление.

Схема на обмен на газ и вода в експерименталния комплекс "Bios-3". Газовите пътища са показани с оранжеви линии, водата - черна. Сините стрелки показват посоката на движение. Буквите означават: B - култиватори за хлорела водорасли, G - вентилатор за газ, U - филтър за въглища, C - колектори за отпадни води в кухнята и тоалетната, Q - колектор за събиране на кондензат на влага във фитотрона, D - резервоар за кипене и съхранение на битова вода, М - колекторна урина, F - единица за сорбционно третично третиране на питейна вода.

Изображение
Изображение

Строителството на комплекса BIOS-3 е завършено през 1972 г. В мазето на Института по биофизика в Красноярския Академгородок е построено запечатано помещение с размери 14х9х2,5 м и обем около 315 м3. Той беше разделен на 4 равни отделения, две от които бяха заети от фитотрони за отглеждане на растения, едно от култиватори за микроводорасли, а последното беше жив блок с кабини за екипаж, домакинско и спомагателно оборудване. Отделенията бяха свързани чрез запечатани врати.

Въз основа на BIOS-Z бяха проведени 10 експеримента с екипажи от един до трима души. Най-дългият от тях е продължил 180 дни (1972-1973 г.). Възможно беше да се постигне пълно „затваряне“на системата за газ и вода, нуждите на екипажа от храна бяха задоволени с 80% за сметка на вътрешните ресурси. Инженерът Николай Бугреев е живял в комплекса най -дълго време (общо 13 месеца).

В оранжерии при изкуствено осветление се отглеждат специални сортове пшеница, соя, маруля, чуфа (централноазиатска маслена култура), моркови, репички, цвекло, картофи, краставици, киселец, зеле, копър и лук. Пшеницата джудже, отгледана от професор Г. М. Лисовски, има скъсени стъбла, което направи възможно намаляването на количеството отпадъци. Консерви с животински продукти също се използват за храна.

В края на 80-те години експериментите в BIOS-Z бяха временно спрени.

През 1991 г. е създаден Международен център за затворени екологични системи под ръководството на академик И. И. Гителзон, който се превръща в структурно подразделение на Красноярския институт по биофизика на Сибирския клон на РАН. Целта на неговото изследване е да създаде прототипи и работещи модели на затворени екосистеми за дългосрочно поддържане на човешкия живот в екстремни наземни и космически условия въз основа на изучаване на процесите на циркулация на вещества в биосферата на Земята.

Разработването на нов модел на биосистемата започна в Красноярск през 2005 г. с подкрепата на Европейската космическа агенция. В момента в рамките на този проект се извършват изследвания в областта на рециклирането на отпадъци и отглеждането на растения в затворени екосистеми.

НАСА проектира биосистеми

Специалистите на НАСА, разбира се, не можеха да стоят настрана от разработването на затворени биосистеми, които по -късно могат да бъдат използвани за подпомагане на екипажите на космически станции и междупланетни космически кораби. Техните постижения в тази област са много по -малки, но те имат осезаем търговски успех.

Говорим за биологичен модул, наречен Екосфера, който представлява запечатана стъклена топка-аквариум с диаметър 10-20 см, напълнена с морска вода с малък въздушен мехур и „населена“с няколко скариди от халокаридина рубра, парчета корали, зелени водорасли и бактерии, които разграждат жизнените функции на скаридите в храната. В дъното на аквариума, по -скоро по естетически причини, се изсипва малко пясък и черупки.

Според уверенията на производителите, целият този свят е трябвало да бъде напълно автономен за неограничено време - трябвало му е само слънчева светлина и поддържане на горе -долу постоянна температура. Скаридите се размножават и умират, без да надхвърлят количеството, което наличните ресурси могат да „изхранват“. Екосферата веднага стана невероятно популярна.

Изображение
Изображение

Вярно, скоро стана ясно, че неговата „вечност“е само 2-3 години, след което биологичният баланс вътре в аквариума е нарушен и обитателите му загиват. Независимо от това, херметичните аквариуми са все още популярни - в края на краищата всяка цивилизация има свой собствен "срок на годност" и дори две години според стандартите на скаридите всъщност не са толкова лоши.

"Космически мравуняк" на масата ви

Мравките са невероятни същества. Те се срещат в почти всички природни зони (с изключение на арктическите пустини). Техните древни предци, малко по -различни от съвременните представители на това семейство, са живели на Земята преди повече от 100 милиона години, за което свидетелстват техните останки, намерени в вкаменена тиня. Много е вероятно дори тогава те да притежават уменията на „колективна общност“и да са разделени на „касти“- работни мравки, воини, ловци и т.н.

Изображение
Изображение

Само над 12,5 хиляди са класифицираните видове мравки. Общият брой на тези насекоми на Земята може да достигне квадрилион (един милион милиард или 1015). При средна маса на един екземпляр от около 3 mg, общата им биомаса се оказва само с порядък по -малка от биомасата на човечеството, докато на човек има около стотици хиляди мравки. Очевидно е, че такова голямо семейство от живи същества е един от най -важните елементи на биосферата. Следователно, мирмеколозите (мирмекологията е клон на ентомологията, която изучава мравките) активно участват в повечето изследвания за създаването на затворени екосистеми.

Основната част от живота на мравките се провежда в подземни или други труднодостъпни приюти, където е изключително трудно да се наблюдават. Учените са полагали много усилия за решаването на този проблем. Най -простата версия на "обсерваторията на мравките" може да се счита за изкуствен мравуняк от два прозрачни стъклени (пластмасови) панели и пясъчен пълнител между тях. Наблюденията се извършват при слаба светлина или инфрачервени лъчи.

Тъй като пясъкът е непрозрачен, в такъв мравуняк можете да видите само тунелите в непосредствена близост до стъклената стена. В допълнение, този дизайн е много лошо транспортируем - дори и с леко разклащане, проходите, подредени от мравки, се рушат и се срутват. Следователно, за да експериментират с тях на космическите кораби на космическата совалка, служителите на НАСА трябваше да проектират местообитание, в което мравките да могат да живеят, и да изграждат тунели, които да издържат на ефектите от внезапни промени в гравитацията.

Концепция за проекта Mars One

Изображение
Изображение

За това е разработен специален желеобразен пълнител, подходящ за живеене на мравки в него и изграждане на тунели. Той също така им служи като източник на храна. Тази технология е използвана за изграждането на „Антвариум“„настолен мравуняк“, който предоставя на всички любители на дивата природа рядка възможност да наблюдават очарователния живот на тези насекоми.

Антвариумът не е затворена екосистема, но снабдяването с вода и хранителни вещества (различни от въздуха) там е ограничено. Вероятността от навлизане на патогенни бактерии и паразити от мравки също е сведена до минимум. Следователно, "прозрачен мравуняк" може да поддържа живота на своите обитатели за доста дълго време - при условие че се спазват посочените в инструкциите светлинни и температурни условия.

Препоръчано: