№5 Історія штучних біосфер: навіщо потрібна космічна теплиця
Серйозні експерименти по організації автономних екосистем почалися в 70-х роках XX століття. Після висадки екіпажу Аполлон-11 на Місяць стало зрозуміло, що перспективи космічної колонізації реальні, а досвід створення живих замкнутих просторів став необхідний для потенційних тривалих перельотів і побудови інопланетних баз. Першим за проблему взявся СРСР. У 1972 році в підвалі красноярського Інституту біофізики на основі професор Борис Ковров побудував першу функціонуючу замкнуту екосистему БІОС-3. Комплекс складався з герметичного приміщення розміром 14 9 х 2,5 м і був розділений на чотири відсіки: житлову каюту для екіпажу, дві теплиці для вирощування їстівних рослин і генератор кисню, де знаходився бак з мікроводорослевимі культурами. Водорості і теплиці, де росли карликова пшениця, соя, чуфа, морква, редис, буряк, картопля, огірки, щавель, капуста, кріп і цибулю висвітлювалися УФ-лампами.
В БІОС-3 були проведені 10 експериментів з екіпажами від 1 до 3 чоловік, а найдовша експедиція проходила 180 днів. Комплекс виявився на 100% автономний по кисню і воді і на 80% по їжі. Крім продуктів власного городництва потенційним космонавтам була покладена стратегічна тушонка. Великим недоліком красноярської біосфери виявилася відсутність енергетичної автономності - вона використовувала 400 кВт зовнішньої електроенергії щодня. Це завдання планувалося вирішити, але під час перебудови фінансування експерименту припинилося і БІОС-3 залишили іржавіти в підвалі інституту.
Біосфера-2, зовнішній вигляд
Біосфера-2, джунглі
Наймасштабніший експеримент по організації замкнутої екосистеми було проведено в 90-х роках в США. Він фінансувався коштом Еда Басса, нью-ейдж мільйонера, який мріяв про створення щасливої комуни візіонерів-біологів. Біосфера-2розташовувалася в аризонской пустелі і представляла собою систему повітронепроникних скляних куполів. Всередині були встановлені п`ять ландшафтних модулів: джунглі, савана, болото, маленький океан з пляжем і пустеля. Географічне розмаїття доповнював сільськогосподарський блок, оснащений за останнім словом техніки, а також житловий будинок, побудований в авангардному стилі. Вісім біонавтов і близько 4 тисяч різноманітних представників фаун, включаючи кіз, свиней і курей, повинні були прожити під куполом 2 роки на повному самозабезпеченні, за винятком споживання електроенергії, яка використовувалася в основному для охолодження гігантського парника. Будівництво комплексу обійшлося в 150 мільйонів доларів. За запевненням проектувальників, Біосфера могла проіснувати в автономному режимі не менше 100 років.
26 вересня 1991 року за величезному скупченні журналістів четверо чоловіків і чотири жінки зайшли всередину купола і експеримент почався. Приблизно через тиждень з`ясувалося, що проектувальники «Біосфери» допустили фатальну прорахунок - кількість кисню в атмосфері екосистеми поступово, але невблаганно скорочувалася. Учасники експерименту чомусь вирішили приховати цей факт. Незабаром перед біонавтамі встала ще одна проблема: з`ясувалося, що їх сільськогосподарські угіддя здатні забезпечити близько 80% їх потреби в їжі. Цей прорахунок був навмисним. Cами того не підозрюючи, вони виявилися учасниками ще одного експерименту, який проводив в куполі «бортовий» доктор Валфорд, прихильник теорії лікувального голодування.
Біосфера-2, сільськогосподарський блок
Біосфера-2, вид з повітря
Літом 1992-го вибухнула криза. Через рекордно сильного ель-Ніньо небо над біосферою-2 майже всю зиму було затягнуте хмарами. Це призвело до того, що фотосинтез джунглів ослаб, вироблення дорогоцінного кисню зменшилася, так само як і без того мізерний органічний урожай. Несподівано величезні п`ятиметрові дерева в джунглях стали крихкими. Деякі впали, зламавши всі навколо. Згодом, досліджуючи цей феномен, вчені прийшли до висновку, що його причина крилася у відсутності вітру під куполом, який зміцнює стовбури дерев в природі. Ед Басс, який фінансував експеримент, продовжував приховувати катастрофічний стан Біосфери-2.
До осені вміст кисню в атмосфері купола знизилося до 14%, що порівнянно з розрідженістю повітря на 5000 метрів над рівнем моря. Ночами його жителі постійно прокидалися, так як активний фотосинтез рослин припинявся, рівень кисню різко падав і вони починали задихатися. До цього моменту всі хребетні тварини «Біосфери» загинули. Виснажені мізерним раціоном і кисневим голодуванням біонавти розділилися на два табори - половина хотіла, щоб їх негайно випустили назовні, а інші наполягали, що потрібно висидіти 2 роки, чого б це не коштувало. В результаті Басс прийняв рішення разгерметизировать капсулу і закачати туди кисень. Також він дозволив біонавтам використовувати недоторканні запаси зерна і овочів з насіннєвого сховища. Таким чином, експеримент вдалося довести до кінця, але після виходу колоністів Біосферу-2 визнали провалом.
Ecosphere
Ecosphere
В цей же час в NASA розробило менш екстравагантний, але більш успішний проект. Космічне агентство придумало екосистему, яка, на відміну від усіх попередніх, принесла своїм творцям цілком значний комерційний доход. Це булаEcosphere - герметичний скляну кулю-акваріум, діаметром 10-20 сантиметрів, де знаходилося кілька креветок Halocaridina rubra, шматочок корала, трохи зелених водоростей, бактерії, що розщеплюють продукти життєдіяльності креветок, пісок, морська вода і прошарок повітря. За запевненнями виробників весь цей світ був абсолютно автономним: він потребував тільки в сонячному світлі і підтримці регулярного температури - і тоді міг проіснувати «вічність». Креветки розмножувалися і вмирали, не виходячи, проте, за рамки розумного числа, яке могли забезпечити існуючі ресурси. Ecosphere відразу придбала неймовірну популярність. Однак незабаром з`ясувалося, що вічність є 2-3 роки, після чого біологічний баланс усередині акваріума невідворотно порушувався і його мешканці гинули. Проте герметичні акваріуми досі користуються популярністю - в кінці кінців, кожна цивілізація має свій термін придатності і 2-3 роки по креветочним мірками не так вже й погано.
Успішними прикладами створення замкнутих систем також можна вважати МКС, медико-технічний комплекс «Марс-500» РАН і кілька інших подібних проектів. Однак їх складно назвати «біосферою». Вся їжа космонавтів доставляється з Землі, а в головних системах життєзабезпечення ніяк не беруть участь рослини. Регенерація кисню на МКС відбувається з використанням постійно поповнюються з Землі запасів води. «Марс-500» також забирає воду і частково повітря ззовні. Втім для регенерації кисню і відновлення запасів води можна використовувати реакцію Сабатьє. Буде потрібно тільки невелика кількість водню ззовні, а цей газ є найбільш поширеним не тільки на Землі, але і в космосі. Так що, наприклад, дерева на гіпотетичних інопланетних станціях зовсім не потрібні.
Міжнародна космічна станція
Марс-500
Але якби для успішного функціонування нам вистачало щоденного надходження чіткої суми поживних речовин і кисню все було б занадто просто. Усередині стала музеєм Біофсфери-2 досі зберігся напис на стіні одного з учасників експерименту: «Тільки тут ми відчули, наскільки залежимо від навколишньої природи. Якщо не буде дерев - нам нічим буде дихати, якщо вода забрудниться - нам нічого буде пити ». Ця придбана мудрість ставить перед Mars One кілька важливих завдань, які належить вирішити для комфортного життя колоністів в 2023 році. З нашої генетичної пам`яті не так легко стерти мільйон років проживання всередині біосфери, недарма третім пунктом людських життєвих планів після біологічного розмноження і вдома значиться «посадити дерево».
матеріал з theoryandpractice.ru
