Bilakah, akhirnya, jejak kita akan tetap berada di jalan berdebu dari planet yang jauh? Kemanusiaan terus menerus menyiapkan jawapan untuk persoalan ini dengan melakukan penyelidikan berskala besar dan mencipta teknologi untuk pengembangan dunia lain.
Kata-kata Konstantin Tsiolkovsky, mengatakan lebih dari satu abad yang lalu, "Kemanusiaan tidak akan kekal selama-lamanya di Bumi …" sebenarnya baru mulai menjadi kenyataan. Walaupun seseorang dapat menjauh dari planet asalnya hanya untuk jarak orbit bulan, tetapi walaupun di orbit bawah, teknologi moden tidak dapat memberikan penerbangan berawak sepenuhnya yang berlangsung lebih dari 3-4 bulan: selepas waktu ini, kru kapal angkasa pasti memerlukan barang keperluan yang dihantar dari Bumi.
Masih mustahil untuk mengatur pemakanan yang mencukupi, bekalan air, bekalan oksigen yang berterusan dan pembuangan produk buangan yang berkesan secara terpisah dari biosfer bumi.
Pada tahap ini, jawaban untuk pertanyaan "Bagaimana untuk bertahan di ruang dalam?" terdengar seperti ini: "bawa bersama anda" bahagian minimum minimum yang diperlukan dari biosfera ini, "memaksa" ia berfungsi dalam keadaan graviti rendah, ruang terbatas kecil dan lebihan radiasi tenaga tinggi.
Malangnya, semua percubaan untuk melaksanakan kitaran tertutup seperti itu, walaupun dalam keadaan "tanah" yang lebih ringan, tidak dapat disebut berjaya. Yang paling terkenal adalah projek Amerika "Biosphere-2", yang dijalankan oleh Space Biosphere Ventures (terutamanya dibiayai oleh jutawan Edward Bass).
Nasib "Biosfera"
Pada musim panas tahun 1991, di kawasan padang pasir dekat bandar Oracle (Arizona), pembinaan struktur berskala besar telah selesai, yang merangkumi struktur logam-kaca besar yang meliputi kawasan seluas 1.27 hektar.
Video promosi:
Bersama dengan bangunan tambahan, itu adalah sistem hermetik dengan volume 203,760 m3. Sejumlah bioma telah dimodelkan dalam volume ini: hutan hujan, savana, semak kaku Mediterania, gurun, air tawar dan rawa masin (bakau), dan bahkan lautan mini dengan terumbu karang yang hidup.
MARS-500
Sebagai persediaan untuk penerbangan berawak ke Mars, pakar Rusia melancarkan eksperimen berskala besar "Mars-500". Matlamat utama projek ini adalah untuk mengkaji ciri-ciri hidup berdampingan enam orang di sebuah bilik terpencil untuk waktu yang lama dalam keadaan komunikasi terhad dengan Bumi. Kompleks Mars-500 bukanlah sistem tertutup secara biologi, tugas untuk mengkaji kemungkinan kecukupan kru tidak ditimbulkan untuk waktu yang lama. Eksperimen ini berlangsung selama 519 hari - dari 3 Jun 2010 hingga 4 November 2011.
Benar, "perwakilan" relatif mereka sangat berbeza dengan yang sebenarnya - khususnya, lautan kurang dari sepertiga dari "Biosfer", sementara di permukaan air bumi menempati 71% permukaan. Semua keanekaragaman hayati ini telah "dihuni" dengan hampir empat ribu spesies haiwan, tumbuhan dan mikroorganisma.
Komposisi spesies mereka dipilih sedemikian rupa untuk mensimulasikan kitaran biosfera zat dengan sebaik-baiknya, termasuk pengeluaran dan penguraian bahan organik (termasuk penguraian semula jadi sisa manusia). Pemampat raksasa menyesuaikan tekanan dalaman agar sesuai dengan tekanan luaran, meminimumkan kebocoran udara.
Pada 26 September 1991, lapan orang - empat lelaki dan empat wanita - menjadi sebahagian daripada biosfer buatan. Mereka harus menghabiskan dua tahun sepenuhnya dalam pengasingan dari dunia luar (bagaimanapun, memiliki kesempatan untuk berkomunikasi dengannya di telefon). Mereka harus menggunakan penduduk lain dari "Biosphere-2" sebagai produk makanan - ikan, udang, kambing, ayam dan babi, serta sayur-sayuran dan buah-buahan yang ditanam di kawasan yang dikhaskan khas.
Diasumsikan bahawa kompleks tersebut akan berfungsi secara mandiri, karena memiliki semua syarat untuk peredaran zat normal. Cahaya matahari, menurut para saintis, semestinya cukup untuk pembiakan oksigen oleh tumbuhan sebagai hasil fotosintesis, cacing dan mikroorganisma yang disediakan sebagai pemprosesan sisa, serangga - pendebungaan tanaman, dll. Peredaran dan pemurnian air dilakukan berkat operasi tirai yang mengatur pencahayaan suria, yang menyebabkan arus perolakan udara hangat, yang menyumbang pada penyejatan dari permukaan "lautan".
Kelembapan kondensasi turun dalam bentuk hujan di atas "hutan tropika". Dari sana ia meresap ke dalam "rawa" dan kembali memasuki "lautan" melalui saringan tanah. Dalam proses fotosintesis, karbon dioksida yang dilepaskan semasa respirasi diserap dan, secara teori, kandungan oksigen yang diperlukan di udara seharusnya dipertahankan. Namun, kedua-dua peserta langsung dalam eksperimen dan para pemimpinnya "dari luar" dapat mengganggu tahap tertentu dalam pengoperasian sistem sokongan kehidupan.
Semua produk buangan diuraikan dengan kaedah biologi, memberi nutrien kepada tanaman, beberapa di antaranya berfungsi sebagai makanan untuk orang, ikan dan haiwan peliharaan. Penggunaan bahan kimia beracun (racun serangga dan racun perosak) dikecualikan sepenuhnya. Pengendalian perosak dilakukan dengan kaedah "semula jadi" - mereka dikumpulkan dan dihancurkan dengan tangan atau membiakkan musuh semula jadi mereka.
Penggunaan sumber tenaga yang mencemarkan alam sekitar, seperti api terbuka, juga dilarang. Panel solar memberikan tenaga untuk memasak, menyalakan dan menghidupkan peralatan.
Nampaknya semuanya diperhitungkan dan dunia ideal dibina … namun masalahnya tidak lama lagi. Biosfera-2 ternyata terlalu banyak penduduk. Orang tidak mempunyai cukup makanan berkalori tinggi - mereka harus menanam sebilangan pisang dan betik di "hutan", memadatkan penanaman bijirin tanpa menambah kawasan dan memperkenalkan pengedaran makanan.
Di atas "padang pasir" di bumbung kaca pada waktu pagi, air pekat dan hujan turun. Tidak mungkin untuk menghapuskannya, sehingga padang pasir secara bertahap "berubah" menjadi padang rumput. Beberapa bulan kemudian, mahkota banyak pokok mulai pecah dengan berat masing-masing: ternyata untuk pembentukan kayu yang normal, faktor yang kelihatan tidak penting seperti angin sangat diperlukan.
Kebun sayur Ukraine di orbit
Kosmonot pertama Ukraine bebas Leonid Kadenyuk terlibat dalam penyelidikan dalam bidang biologi angkasa semasa penerbangannya di pesawat ulang-alik Columbia. Mereka termasuk, khususnya, eksperimen pada pendebungaan buatan kedelai dan kecambah untuk mendapatkan biji dalam gravitasi sifar. Kajian-kajian ini mempunyai tujuan praktikal: kru kapal angkasa antarplanet yang terbang ke planet jauh pasti memerlukan "taman angkasa" yang akan menyediakan makanan dan oksigen kepada angkasawan.
Pembiakan serangga dan mikroorganisma yang tidak terkawal dengan cepat, menyerap oksigen secara aktif, bermula dengan cepat. Kandungannya di udara turun hingga 14% (pada norma 21%) - ini sesuai dengan tekanan separa pada ketinggian 4080 m di atas permukaan laut. Akibatnya, keadaan kesihatan penduduk "Biosphere-2" semakin buruk, dan kemampuan kerja mereka telah menurun. Salah seorang wanita memotong jarinya ketika mengusahakan peralatan pertanian. Kita tidak boleh menjahitnya sendiri, dan mangsa harus dipindahkan "ke dunia besar."
Kemudian, "kesucian eksperimen" dilanggar sepenuhnya: kerana fenomena iklim "El Niño" yang terlalu aktif, langit di atas Arizona ditutupi awan lebih kerap daripada yang dijangkakan, dan cahaya matahari tidak mencukupi untuk menghasilkan oksigen semasa fotosintesis.
Untuk mengelakkan akibat yang serius, Edward Base memutuskan untuk mula mengepam gas ini di bawah kubah dari luar. Secara keseluruhan, lebih daripada 20 tan terpaksa dipam. Sementara itu, "eksperimental", di samping pekerjaan utama mereka, dengan gigih membasmi kecoak dan semut yang banyak berkembang biak (terutama mereka hanya menekan - mereka tidak dapat menemui serangga ini di kalangan penduduk "Biosfera").
Dengan cepat, pasukan berpecah menjadi dua kumpulan lawan, salah satunya menuntut penghentian eksperimen segera, dan yang kedua menegaskan bahawa perlu untuk "bertahan sampai akhir." Oleh kerana hasrat untuk "bertahan" juga dikendalikan oleh pihak pengurusan proyek, kedua-dua kumpulan tersebut terpaksa hidup bersama di bawah satu bumbung hingga 26 September 1993, ketika tujuh penghuni "surgawi dunia" yang keletihan dan keletihan akhirnya meninggalkannya. Tetapi 20 tahun kemudian, perwakilan dari kumpulan yang berbeza dengan tekun menghindari perjumpaan dan komunikasi lain.
Para saintis tidak mahu meninggalkan kompleks yang unik, oleh itu, pada akhir tahun 1993, pemulihannya telah dimulakan: selama dua tahun percubaan, reka bentuk "Biosfera-2" dan banyak sistemnya sudah usang. Pada 6 Mac 1994, kubah itu menerima tujuh "penghuni" baru, termasuk seorang wanita. Dengan mengambil kira pengalaman pendahulunya, lima dari mereka dapat menghabiskan enam bulan dalam sistem tertutup - sehingga 6 September (walaupun percubaan sepuluh bulan pada awalnya diumumkan) - dan berjaya mengatur kemandirian makanan, tetapi masalah dengan pembiakan mikrob dan serangga yang tidak terkawal tidak dapat diselesaikan.
Pada 5 April 1994, Abigail Elling dan Mark Van Thillo, dua orang peserta dalam eksperimen pertama, berjaya membuka satu pintu udara dan tiga pintu keluar kecemasan, sehingga melanggar ketat sesebuah kompleks itu selama seperempat jam. Mereka juga menghancurkan lima panel bumbung kaca. Elling menjelaskan tindakannya dengan fakta bahawa dia ingin memberi orang di dalam pilihan antara kebebasan dan "penjara."
Pada 1 Jun 1994, Space Biospheres Ventures secara rasmi berhenti wujud, memindahkan semua perniagaan (termasuk eksperimen kedua) kepada pasukan pengurusan sementara yang disewa oleh Decisions Investment Co.
Pada pertengahan tahun 1996, setelah pengurusan "Biosfera" dipindahkan ke Columbia University (New York City), para saintis melancarkan eksperimen baru di dalamnya, kali ini tanpa penyertaan orang. Mereka akan mengetahui apakah hasilnya benar-benar meningkat dengan peningkatan peratusan karbon dioksida (dan ke had apa), apa yang terjadi pada karbon dioksida berlebihan dan di mana ia terkumpul, dan juga apakah proses pembalikan bencana mungkin dilakukan dengan peningkatan kandungan CO2 di atmosfera yang tidak terkawal. Tidak mustahil untuk mendapatkan jawapan yang jelas untuk setiap pertanyaan ini.
Untuk masa yang lama, kompleks ilmiah digunakan untuk latihan pelajar, dan pada tahun 2005 ia dijual. Seorang pembeli hanya ditemui pada musim panas tahun 2007. Ranching & Development, yang bertujuan untuk membina sebuah hotel dan kompleks pendidikan di dekatnya, dan Biosphere-2 itu sendiri menjadi tempat pelancongan yang dapat diakses oleh orang ramai. Pada 26 Julai 2007, makmal unik itu dipindahkan ke pelupusan Universiti Arizona.
… Di salah satu dinding dalaman "Biosfera" masih terdapat beberapa baris yang ditulis oleh salah seorang peserta misi pertama: "Hanya di sini kita merasakan betapa bergantung pada alam sekitarnya. Sekiranya tidak ada pokok, kita tidak akan bernafas; jika air tercemar, kita tidak akan minum. " Kebijaksanaan yang dimenangkan ini mungkin merupakan hasil terpenting dari percubaan yang bercita-cita tinggi.
Projek BIOS
Penyelidikan mengenai kemungkinan mewujudkan sistem biofizik biosintesis berterusan bermula sejurus selepas penerbangan angkasa berawak pertama. Salah satu karya yang paling menarik dan berjaya ke arah ini adalah projek BIOS, yang dilancarkan oleh pekerja Institut Biofizik Krasnoyarsk (USSR, sekarang Persekutuan Rusia). Di sana, sistem sokongan kehidupan dikembangkan untuk tinggal manusia di ruang angkasa, dalam keadaan melampau lintang kutub, padang pasir, dataran tinggi, di bawah air.
Pada tahun 1964, dalam sistem BIOS-1, sistem sokongan kehidupan manusia-klorella dua pautan, ditutup pada pertukaran gas, dilaksanakan. Alga menyerap karbon dioksida dan menghasilkan oksigen, tetapi mereka tidak dapat digunakan untuk makanan.
Di kompleks BIOS-2, yang mulai dibuat pada tahun 1965, selain alga, tanaman yang lebih tinggi terlibat - gandum, sayur-sayuran. Pada tahun 1968, eksperimen pertama dilakukan dalam sistem tiga pautan "man - microalgae - tumbuhan yang lebih tinggi". Mencapai 85% penggunaan semula air. Berdasarkan eksperimen ini, BIOS-3 dibuat - sistem sokongan kehidupan manusia ekologi tertutup dengan kawalan autonomi.
Skema pertukaran gas dan air di kompleks eksperimen "Bios-3". Laluan gas ditunjukkan dengan garis oren, air - hitam. Anak panah biru menunjukkan arah perjalanan. Huruf menunjukkan: B - penanam alga chlorella, peniup gas G, penapis arang U, C - pengumpul air buangan di dapur dan tandas, pengumpul kondensat Q - kelembapan dalam fitotron, tangki D untuk mendidih dan menyimpan air isi rumah, pengumpul M air kencing, F - unit penyucian penyerapan air minuman.
Pembinaan kompleks BIOS-3 disiapkan pada tahun 1972. Di ruang bawah tanah Institut Biofizik di Krasnoyarsk Academgorodok, sebuah bilik tertutup dibina dengan dimensi 14x9x2.5 m dan isipadu sekitar 315 m3. Ia dibahagikan kepada 4 petak yang sama, dua di antaranya ditempati oleh fitotron untuk menanam tanaman, satu oleh penanam mikroalga, dan yang terakhir adalah blok hidup dengan kabin kru, peralatan rumah tangga dan peralatan tambahan. Kompartemen dihubungkan dengan pintu tertutup.
Berdasarkan BIOS-Z, 10 eksperimen dilakukan dengan kru satu hingga tiga orang. Yang paling lama berlangsung selama 180 hari (1972-1973). Adalah mungkin untuk mencapai "penutupan" sistem sepenuhnya untuk gas dan air, keperluan kru untuk makanan dipenuhi sebanyak 80% dengan mengorbankan sumber dalaman. Jurutera Nikolai Bugreev tinggal di kompleks paling lama (keseluruhan 13 bulan).
Di rumah hijau di bawah pencahayaan buatan, varieti khas gandum, kacang kedelai, selada, chufa (tanaman biji minyak Asia Tengah), wortel, lobak, bit, kentang, timun, sorrel, kubis, dill dan bawang ditanam. Gandum kerdil, dibiakkan oleh Profesor G. M. Lisovsky, telah memendekkan batang, yang memungkinkan untuk mengurangkan jumlah sampah. Makanan dalam tin dengan produk haiwan juga digunakan untuk makanan.
Pada akhir tahun 80an, eksperimen di BIOS-Z dihentikan buat sementara waktu.
Pada tahun 1991, Pusat Antarabangsa untuk Sistem Ekologi Tertutup dibentuk di bawah kepimpinan Ahli Akademik I. I Gitelzon, yang menjadi subbahagian struktur Institut Biofizik Krasnoyarsk dari Cawangan Siberia Akademi Sains Rusia. Tujuan penyelidikannya adalah untuk membuat prototaip dan model kerja ekosistem tertutup untuk sokongan kehidupan manusia jangka panjang dalam keadaan terestrial dan ruang yang melampau berdasarkan kajian proses peredaran zat di biosfera Bumi.
Pembangunan model biosystem baru bermula di Krasnoyarsk pada tahun 2005 dengan sokongan Agensi Angkasa Eropah. Pada masa ini, dalam kerangka proyek ini, penelitian sedang dilakukan di bidang kitar semula sampah dan penanaman tanaman di ekosistem tertutup.
NASA merancang biosistem
Pakar NASA, tentu saja, tidak dapat menjauhkan diri dari pengembangan biosistem tertutup, yang kemudian dapat digunakan untuk mendukung kru stesen angkasa dan kapal antarplanet. Pencapaian mereka di kawasan ini jauh lebih kecil, tetapi mereka mempunyai kejayaan komersial yang nyata.
Ini adalah modul biologi yang disebut Ecosphere, yang merupakan akuarium bola kaca tertutup dengan diameter 10-20 cm, dipenuhi dengan air laut dengan gelembung udara kecil dan "dihuni" dengan beberapa udang rubra Halocaridina, potongan karang, alga hijau, dan bakteria yang memecah makanan fungsi penting udang. Di dasar akuarium, bukan untuk alasan estetik, beberapa pasir dan kerang dicurahkan.
Menurut jaminan pengeluar, seluruh dunia ini seharusnya benar-benar autonomi untuk waktu yang tidak terbatas - hanya memerlukan cahaya matahari dan mengekalkan suhu yang lebih kurang. Udang itu berlipat ganda dan mati, tanpa melampaui jumlah yang dapat "diberi makan" oleh sumber yang ada. Ekosfera menjadi sangat popular.
Benar, segera menjadi jelas bahawa "kekekalan" itu hanya 2-3 tahun, setelah itu keseimbangan biologi di dalam akuarium terganggu dan penghuninya mati. Walau bagaimanapun, akuarium hermetik masih popular - bagaimanapun, setiap peradaban mempunyai "jangka hayat" tersendiri, dan bahkan dua tahun mengikut standard udang tidak begitu buruk.
"Space anthill" di atas meja anda
Semut adalah makhluk yang luar biasa. Mereka dijumpai di hampir semua zon semula jadi (kecuali gurun Artik). Nenek moyang kuno mereka, sedikit berbeza dengan wakil moden keluarga ini, tinggal di Bumi lebih dari 100 juta tahun yang lalu, seperti yang dibuktikan oleh jenazah mereka yang terdapat di lumpur fosil. Kemungkinan besar ketika itu mereka mempunyai kemahiran "komuniti kolektif" dan dibahagikan kepada "kasta" - semut pekerja, pejuang, pemburu, dll.
Terdapat lebih daripada 12.5 ribu spesies semut yang diklasifikasikan sahaja. Jumlah serangga ini di Bumi boleh mencapai empat juta (satu juta bilion, atau 1015). Dengan jisim purata satu spesimen kira-kira 3 mg, jumlah biojisimnya hanya urutan besarnya lebih kecil daripada biojisim manusia, sementara terdapat sekitar ratusan ribu semut setiap orang. Jelas bahawa sekeluarga hidupan yang begitu besar adalah salah satu elemen terpenting dari biosfera. Oleh itu, ahli mikrologi (myrmecology adalah cabang entomologi yang mengkaji semut) secara aktif terlibat dalam sebahagian besar penyelidikan yang dikhaskan untuk penciptaan ekosistem tertutup.
Bahagian utama kehidupan semut berlaku di tempat perlindungan bawah tanah atau tempat perlindungan yang sukar dijangkau, di mana sangat sukar untuk memerhatikannya. Para saintis telah melakukan banyak usaha untuk menyelesaikan masalah ini. Versi paling mudah dari "observatorium semut" boleh dianggap sebagai sarang buatan dua panel kaca (plastik) lutsinar dan pengisi pasir di antara keduanya. Pemerhatian dilakukan dalam cahaya lemah atau sinar inframerah.
Oleh kerana pasirnya legap, di sarang semut anda hanya dapat melihat terowong yang bersebelahan dengan dinding kaca. Di samping itu, struktur ini sangat mudah dibawa - walaupun dengan sedikit goncangan, lorong-lorong yang dibarisi oleh semut runtuh dan runtuh. Oleh itu, untuk bereksperimen dengan mereka di kapal angkasa Space Shuttle, pekerja NASA harus merancang habitat di mana semut dapat hidup dan membina terowong yang dapat menahan kesan perubahan graviti secara tiba-tiba.
Konsep untuk projek Mars One
Untuk ini, pengisi khas seperti jeli telah dibangunkan, sesuai untuk semut tinggal di dalamnya dan membina terowong. Dia juga berfungsi sebagai sumber makanan bagi mereka. Teknologi ini digunakan untuk membangun "desktop anthill" Antquarium, yang memberi peluang kepada semua pencinta hidupan liar untuk mengamati kehidupan serangga ini yang menarik.
Antquarium bukanlah ekosistem tertutup, tetapi bekalan air dan nutrien (selain udara) di sana terhad. Kemungkinan bakteria patogen dan parasit semut masuk ke sana juga diminimumkan. Oleh itu, "lubang semut telus" dapat menampung kehidupan penghuninya dalam jangka masa yang lama - dengan syarat keadaan cahaya dan suhu yang dinyatakan dalam arahan diperhatikan.
Jurnal "Alam Semesta, Ruang, Masa", Mac 2014
