Bagaimana instalasi pertama di dunia untuk kelangsungan hidup otonom di luar angkasa dibuat di Krasnoyarsk
Dalam film "The Martian" sang pahlawan harus menunggu ekspedisi berikutnya tiba di Planet Merah dengan sedikit persediaan air, makanan, dan udara. Sinema Amerika mencoba mencari cara untuk melakukan ini, dan ilmuwan Soviet memecahkan masalah serupa bahkan sebelum Andy Weyer menulis buku tentang bertahan hidup di Mars.
Setengah abad yang lalu, sebuah perangkat dibuat di Institut Fisika Krasnoyarsk dari SB RAS yang akan membantu seorang astronot bertahan hidup di planet mana pun tanpa masalah khusus dan bantuan dari luar. Sistem suplai loop tertutup BIOS-3 yang revolusioner, yang tidak memiliki analog di dunia, hampir sepenuhnya menyediakan air, oksigen, dan makanan bagi orang-orang di dalamnya. Itu cukup untuk membawa Anda persediaan yang sangat kecil, dan kemudian semuanya diproduksi dan dibersihkan oleh sistem itu sendiri.
Planet Rusia menemukan bagaimana para ilmuwan Siberia dapat tetap berada di depan waktu dan rekan-rekan mereka.
Bernapaslah dengan alga
- Eksperimen pertama tentang penciptaan sistem pendukung kehidupan otonom tertutup dimulai di Krasnoyarsk pada akhir 1960-an, - peneliti terkemuka, sekretaris ilmiah Institut Biofisika Cabang Siberia dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, Kandidat Ilmu Biologi Yegor Zadereev memberitahu koresponden RP. - Para ilmuwan telah menemukan bahwa untuk dua orang untuk hidup setahun, mereka membutuhkan sekitar 300 kg oksigen, 2,5 ton air, dan 400 kg makanan. Pada saat yang sama, selama periode yang sama, mereka akan mengeluarkan 350 kg karbon dioksida dan satu ton sampah, yang harus didaur ulang. Tetap mencari cara untuk memberi mereka semua ini di lingkungan yang terisolasi dari dunia luar.
Para ahli melakukan eksperimen dan mengkonfirmasi hipotesis bahwa potensi pengembangan organisme hidup lebih tinggi daripada kemungkinan yang dapat direalisasikan. Ketika ganggang uniseluler Chlorella ditempatkan dalam kondisi ideal, ia mulai tumbuh lebih cepat dan menghasilkan lebih banyak oksigen daripada di lingkungan alaminya, dan juga lebih aktif mendaur ulang karbon dioksida.
Ganggang dalam tangki kecil mulai mencukupi sehingga seseorang dapat bernapas dengan normal sepanjang hari, menempatkan wajahnya di lubang khusus yang tidak memungkinkan udara dari luar. Jadi pada tahun 1964 mereka menciptakan sistem dengan siklus tertutup reproduksi oksigen "BIOS-1", yang membantu seseorang untuk bernapas di ruang tanpa udara, misalnya, di luar angkasa. Kemudian para ilmuwan dapat meningkatkan waktu yang dihabiskan di ruangan tertutup dari 12 jam menjadi 30 hari. Kemudian, pertukaran air juga ditutup, yang memungkinkan untuk melakukan percobaan selama 45 hari.
Namun, ganggang hanya berguna untuk memberi seseorang oksigen dan menghilangkan karbon dioksida. Jika tidak ada tanaman lain di ruang terbatas, maka Anda juga harus memakan ganggang. Mungkin ada cukup nutrisi untuk tubuh manusia, tetapi menjaga kesehatan mental dengan diet seperti itu akan bermasalah.
Pada tahun 1966, para ilmuwan meluncurkan eksperimen dengan sayuran dan sereal dan, sebagai hasilnya, membangun instalasi BIOS-2. Ternyata jika kondisi ideal untuk pertumbuhan diciptakan untuk gandum yang sama - tanpa perubahan suhu, perubahan cuaca, gulma, maka itu akan menghasilkan enam kali setahun, dan beberapa kali lebih banyak daripada di kondisi alami. Sepanjang jalan, para peneliti menetapkan berapa banyak gandum yang harus ditaburkan untuk memberi makan satu orang.
Bionaut di bunker
“Ketika pendiri kosmonotika Rusia, Sergei Korolev, mengetahui eksperimen yang dilakukan di Institut Fisika SB RAS, ia menjadi tertarik pada mereka dan bertemu dengan pendiri dan direktur Institut Krasnoyarsk, Akademisi Leonid Kirensky,” lanjut Yegor Zadereev. - Atas perintah pribadi Korolev, yang membutuhkan sistem pendukung kehidupan otonom untuk stasiun di Bulan, dana dialokasikan untuk melanjutkan penelitian. Mereka memungkinkan dalam waktu singkat, hanya dalam tujuh tahun, untuk menciptakan ekosistem buatan "BIOS-3".
Ahli biofisika Krasnoyarsk menerima uang besar untuk saat itu - 1 juta rubel. Dengan dana tersebut, pada tahun 1972 mereka membangun bunker khusus yang terisolasi dari dunia luar dengan dinding baja tahan karat, yang total volumenya 315 meter kubik. m, dan luasnya adalah 14x9x2,5 m.
Bunker dirancang untuk menampung tiga orang dan dibagi menjadi empat bagian. Satu berisi kabin hidup dengan tempat tidur, ruang makan dapur, kamar mandi, dan area kerja - laboratorium bengkel dengan peralatan untuk memproses tanaman, memanfaatkan biomassa yang tidak dapat dimakan, serta dengan sistem pemurnian air dan udara. Tiga bagian lainnya untuk tanaman. Di ruang terbatas dan di bawah pencahayaan buatan, ganggang tumbuh, serta membiakkan varietas kedelai, selada, mentimun, lobak, wortel, bit, adas, kubis, kentang, dan bawang. Mereka meregenerasi air dan oksigen, dan juga menyediakan "bionaut" dengan semua nutrisi, vitamin, dan elemen mikro yang diperlukan untuk keberadaan mereka. Gandum kerdil dengan tangkai yang sangat pendek, yang dibiakkan secara khusus oleh peternak Krasnoyarsk Henrikh Lisovsky, juga tumbuh di sana: bagian telinga yang tidak dapat dimakan berukuran minimal, dan ada sedikit limbah. Dia memberi hasil panen 200-300 sen per hektar. Dan chufa ramuan Asia Tengah memberi orang minyak sayur.
Agar orang-orang di dalam "BIOS" dapat berkomunikasi dengan dunia luar, sebuah bunker tertutup dilengkapi dengan TV dan telepon. Sistem pendingin dan catu daya dipasang.
- Pada awal 1970-an, tiga sukarelawan dari antara karyawan untuk pertama kalinya tinggal di bunker selama enam bulan - 180 hari, dari 24 Desember 1972 hingga 22 Juni 1973, - kata Yegor Zadereev. “Semua oksigen yang mereka hirup berasal dari tanaman yang mereka tanam. Mereka juga memproses karbon dioksida. Awalnya, pasokan air yang tersedia diproses dan dimurnikan untuk digunakan berkali-kali.
Sesi komunikasi berikutnya dengan penguji dalam instalasi BIOS-3 sedang berlangsung. Penguji V. V. Terskikh (di jendela), foto 1973. Foto: photo.kirensky.ru
Peserta dalam percobaan makan sayuran yang mereka tanam sendiri, kumpulkan dan giling gandum dan roti panggang darinya. Jadi mereka menerima 300 gram roti dan 400 gram sayuran per hari. Protein hewani "bionaut" menyediakan persediaan makanan kaleng dan daging beku-kering. Pengamatan medis terus-menerus menunjukkan bahwa diet seperti itu, serta air dan udara yang diproses dan dimurnikan, tidak berdampak buruk bagi kesehatan para sukarelawan.
Eksperimen hanya berlangsung enam bulan. Menjadi jelas bahwa tidak ada gunanya melanjutkannya: sistem pendukung kehidupan tertutup yang dibuat di BIOS bekerja dengan sempurna. Konveyor yang dibuat secara artifisial untuk produksi air, oksigen, dan makanan tidak gagal. Tentu saja, asalkan sejumlah besar listrik berasal dari luar, tetapi masalah di luar angkasa atau di planet mana pun dengan mudah diselesaikan dengan bantuan pembangkit listrik tenaga nuklir atau panel surya.
Setahun di balik pintu tertutup
Di stasiun "BIOS-3", yang mensimulasikan pemukiman luar angkasa, 10 percobaan tentang kelangsungan hidup otonom terjadi. Awak yang terdiri dari satu hingga tiga orang ambil bagian di dalamnya. Insinyur Nikolai Bugreev tinggal di BIOS-3 lebih lama dari "bionaut" lainnya - total 13 bulan.
Pada tahun 1968, pengembangan Krasnoyarsk dianggap di Kongres XIX Federasi Astronautika Internasional sebagai salah satu kemungkinan prototipe sistem biologis untuk memastikan kehidupan orang-orang pada tahap baru dalam eksplorasi ruang angkasa - selama ekspedisi panjang. Ini telah menjadi pengakuan dunia atas pencapaian ahli biofisika Siberia.
Para ilmuwan harus memecahkan satu masalah mendasar lagi - bagaimana memberi orang-orang di ruang terbatas tidak hanya makanan nabati, tetapi juga makanan protein. Salah satu pencipta BIOS-3, Akademisi Iosif Gitelzon, mengajukan ide revolusioner pada waktu itu - untuk menggunakan tanaman yang dimodifikasi secara genetik untuk ini, yang akan menghasilkan protein hewani yang diinginkan. Masalah pemanfaatan alami biomassa tanaman dan kembalinya garam yang dikeluarkan dari tubuh manusia ke pertukaran massa intrasistemik juga masih belum terselesaikan.
Para ilmuwan memutuskan untuk mengulangi eksperimen yang sukses di Bumi di luar angkasa. Institut Krasnoyarsk mulai menyiapkan wadah pertama untuk menanam tanaman dalam gravitasi nol, tetapi kemudian perestroika pecah. Karena kurangnya dana, penelitian unik yang tidak memiliki analog di dunia pada waktu itu harus dihentikan, dan BIOS-3 dihentikan.
Dari kiri ke kanan - peserta eksperimen 6 bulan di BIOS-3: M. P. Shilenko, V. V. Terskikh, N. I. Petrov, foto 1973. Foto: photo.kirensky.ru
Bahtera gurun
Hanya 15 tahun kemudian, pada tahun 1985, sebuah upaya dilakukan di Amerika Serikat untuk melakukan percobaan serupa.
Dengan uang dari multijutawan Ed Bass, pangkalan raksasa "Biosphere-2" dibangun di Arizona dari kubah kedap udara seluas 12 ribu meter persegi. m Di wilayah yang luas ini, para ilmuwan telah mereproduksi lanskap terestrial - gurun, hutan tropis, sabana, bahkan lautan kecil dengan terumbu karang, menanam tanaman, dan membawa ratusan spesies hewan. Diasumsikan bahwa semua ini akan tumbuh dan berkembang biak dengan sendirinya dan memberi para sukarelawan percobaan segala sesuatu yang diperlukan untuk kehidupan.
"Namun, segera menjadi jelas bahwa ada kekurangan oksigen yang kritis, kami harus membuka jendela sehingga udara bisa masuk dari luar," kata Anggota Koresponden Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, Doktor Ilmu Biologi Sergei Olenin. - Kemudian tanaman mulai sakit dan mati, beberapa spesies hewan mati. Jumlah kecoak dan semut yang dibiakkan dalam jumlah yang luar biasa. Makanan tidak cukup, harus didatangkan dari luar. Dua tahun kemudian, percobaan dihentikan, meskipun pencipta "Biosphere-2" berharap ekosistem buatan dapat eksis dalam mode otonom setidaknya selama 100 tahun.
Setelah upaya pertama yang gagal, peneliti Amerika membuat perubahan pada dunia buatan yang mereka buat dan meluncurkan eksperimen kedua pada tahun 2007. Namun, itu dihentikan karena alasan lain: salah satu anggota tim sukarelawan baru menyerang yang lain selama pertengkaran. Setelah itu, investor kehilangan minat pada proyek tersebut, dan sekarang "Bahtera Nuh" di tengah gurun ini hanya dikunjungi oleh wisatawan.
- Tahun lalu, percobaan lain dalam kelangsungan hidup otonom dilakukan di Cina. Itu bernama "Istana Lunar-1", - lanjut Sergey Olenin. - Para ilmuwan, yang benar-benar mengulangi studi Krasnoyarsk, berhasil memberi para peserta semua makanan yang diperlukan sebesar 75% karena fakta bahwa kebutuhan protein dipenuhi oleh cacing yang mereka pelihara. Jadi mereka berhasil live offline selama tiga bulan.
Dunia untuk bereksperimen
Sekarang Badan Antariksa Eropa mulai menunjukkan minat pada penelitian Krasnoyarsk. Dengan uang yang diterima dalam bentuk hibah, eksperimen kecil dilakukan di Institut Biofisika SB RAS, peralatan modern dibeli untuk bunker, yang dibangun pada akhir 1960-an. Substrat seperti tanah buatan dibuat untuk menanam tanaman. Eksperimen sedang dilakukan pada teknologi fisikokimia penguraian zat organik menjadi zat mineral, yang dapat dikembalikan ke sirkulasi dalam bentuk garam untuk pertumbuhan tanaman. Pemanfaatan keong mas untuk produksi protein yang dibutuhkan manusia sedang dipelajari.
Namun, tidak ada cukup dana untuk penelitian skala penuh - ini membutuhkan beberapa puluh juta dolar. Semua orang mengerti bahwa perlu untuk melanjutkan pekerjaan pada penciptaan sistem pendukung kehidupan tertutup, karena tanpa mereka tidak ada pertanyaan tentang eksplorasi ruang angkasa yang serius, tetapi semuanya tergantung pada keuangan. BIOS-3 kosong. Meskipun ini adalah sistem eksperimental yang paling sukses, sistem ini sepenuhnya memenuhi kebutuhan manusia akan air, udara, dan makanan nabati melalui siklus biologis tertutup. Itu sudah bisa digunakan, meskipun belum di Mars atau planet lain, tetapi di Bumi. Memang, dengan bantuannya, dimungkinkan untuk mengurangi kerusakan lingkungan ratusan kali, yang pasti disebabkan oleh manusia, karena BIOS-3 memungkinkan Anda untuk mengkonsumsi sumber daya minimum dan hampir tidak menghasilkan limbah. Rumah loop tertutup akan secara drastis mengurangi beban lingkungan, dan juga dapat menyediakan semua yang mereka butuhkan di tempat yang sulit atau mahal untuk dijangkau, misalnya, di zona Arktik yang terpencil, gurun atau di dataran tinggi, di bawah air.
- Pilihan lain untuk menggunakan "BIOS" adalah melakukan eksperimen di dalamnya, yang belum pernah dilakukan oleh siapa pun di dunia. Semua orang hanya membicarakan apa yang akan terjadi jika, misalnya, tingkat metana di atmosfer mencapai tingkat kritis. Apakah akan ada bencana atau tidak? Dan di Krasnoyarsk, mereka mungkin tidak membicarakannya, tetapi periksa apa yang akan terjadi sebagai akibat dari ekosistem tertutup yang kecil, kata Sergei Olenin. - Dan ini hanyalah salah satu eksperimen yang mungkin, yang mungkin bahkan tidak memiliki makna yang sangat besar, tetapi kolosal bagi seluruh umat manusia. Dimungkinkan untuk mempelajari proses sirkulasi zat di biosfer Bumi, dan tidak hanya membantu orang bertahan hidup di planet lain.
