UNBELIEVABLE.SU
Приведения/полтергейст

Войны

Загадочные и интересные места/открытия

Загадки прошлого

Сокровища и пираты

Загадки животного мира

Личности/народы

Катастрофы

Праздники и обычаи

Религия/Вера

Высокие технологии

НЛО/пришельцы

Загадки космоса

Истина

загрузка...

Реклама:
Поделиться с друзьями:

Искусственная биосфера

Искусственная биосфераТолько у великих народов рождаются мечтатели, идеи которых намного опережают свое время. В греческой легенде о Дедале и его сыне Икаре звучит стихийная мечта человека о полетах в небо, на Луну, к Солнцу. Существует немало мифов и сказок о невероятных способах для осуществления таких путешествий: люди летали на упряжке из четырех орлов и на коврах-самолетах, крылатых конях и коньках-горбунках.
Фантасты прошлого века уже «использовали» для этих целей различные технические средства, в том числе и пушки. С приближением мечты к реальности стало ясно, что единственный путь решения такой задачи - создание аппаратов с ракетным двигателем. В 1883 г. мечтатель из Калуги К. Э. Циолковский в работе «Свободное пространство» впервые описал космический корабль будущего. В «Грезах о Земле и небе» он высказал много замечательных идей, которые в значительной мере реализовались в современных космических программах. Одна из идей касалась проблемы обеспечения космического путника кислородом за счет растений. Он писал, что эта проблема почти не встречает затруднений, ибо в руках мирового путешественника будет безграничный запас лучистой энергии. Сегодня российские и американские ученые рассказывают об осуществлении двух полностью изолированных, замкнутых комплексов «БИОС» (Россия) и «Биосфера-2» (США). Научные исследования предстарляют исключительный интерес.
На основе идей К. Э. Циолковского была создана теоретическая космонавтика, которая получила блестящее развитие в XX веке благодаря практической деятельности другого мечтателя — С. П. Королева. Еще в пятидесятых годах он встретился с Л. В. Киренским, блестящим физиком из Красноярска, который в Институте физики развернул работы по созданию комплекса «Биос», где человек в замкнутом объеме мог длительное время жить и работать, получая извне только энергию.
Прообразом подобной системы является Земля. Ведь наша планета — по существу, замкнутая по массообмену экологическая система, у которой практически нет обмена веществ с остальной частью Вселенной.
Рассматривая биосферу Земли как оригинал для создания искусственной замкнутой экологической системы, красноярские ученые пришли к выводу, что она дает в лучшем случае лишь образец тех элементарных биологических и физико-химических процессов, которые позволяют только принципиально осуществить полностью замкнутую систему жизнеобеспечения человека. Реальное создание такой системы требует получения новых знаний, которые, основываясь на теоретических подходах, должны иметь экспериментальное решение.
Одним из таких решений был экспериментальный комплекс НЛК-наземный лабораторный или, как его еще называли под строгим секретом, Лунный комплекс, построенный в Москве на Хорошевском шоссе в Институте медико-биологических проблем. Там был проведен годовой медико-биологический эксперимент с тремя испытателями: Г. Маковцевым, Б. Улыбышевым и А. Божко. Эксперимент ставил многочисленные задачи медико-биологического обеспечения длительных космических полетов, в нем проходили испытания различные элементы систем жизнеобеспечения человека, длительное время оторванного от Земли. В состав комплекса входила оранжерея высших растений. Она помещалась в подстыкованном к обитаемому гермообъему блоке и имела посевную площадь, равную 7,5 м2, представленную 24 кюветами, расположенными двумя ярусами. Мощные 6-киловаттные ксеноновые лампы через иллюминаторы заливали посевную площадь светом, имитируя заатмосферное Солнце, которое светило непрерывно в течение 14 суток, после чего был 14-суточный темный период, как на Луне. Поэтому комплекс и носил секретное название Лунный.
Растения в длительном эксперименте выращивались на ионообменных смолах, предварительно насыщенных микроэлементами, необходимыми для нормального роста. Выращивались укроп, капуста хибинская, кресс-салат, огуречная трава. Если со всей этой площади в один день убрать урожай, то использовать его будет трудно: витамины долго не могут храниться, да и сами растения теряют привлекательность при хранении. Поэтому был предложен специальный конвейер. В каждую кювету высевались семена только одного из 4 видов растений, и начиная с 4 дня через день испытатели начинали снимать урожай каждый раз с четырех кювет. Таким образом, в каждые «лунные» сутки испытатели в течение 10 дней непрерывно получали свежие овощи с витаминами, а на 14-е сутки у них еще оставался запас на «ночь». Так за 10 лунных суток было собрано более центнера овощей.
Наиболее урожайной оказалась огуречная трава: на 14-й день ее урожай составлял свыше 4,0 кг/м2. Кресс-салат в этом возрасте давал 2—3 кг/м2, капуста хибинская — свыше 2,0 кг/м2, а укроп не более 2,0 кг/м2 Работая в режиме конвейера, такая оранжерея обеспечивала для каждого испытателя до 150 г свежей зелени.
В процессе эксперимента была установлена принципиальная возможность выращивания высших растений в среде замкнутого объема при пребывании в нем человека и многократном использовании воды.
Первоначальный запас воды составлял одну тонну. За время эксперимента через почву (испарение) и растения (транспирация) прошло более 7 тонн воды из конденсата атмосферной влаги. Эта оранжерея имела, помимо унитарного течения, большой психологический эффект, который был впоследствии подтвержден во время длительных полетов на научных орбитальных станциях. Орбитальная станция, находясь в космическом пространстве, имеет внутри микромир, в котором живут, трудятся, отдыхают космонавты: люди, которые оторваны от привычных условий, от своих близких, от земной среды. И все, что может хоть в какой-то мере воссоздать земные условия, вызвать земные ассоциации, в конечном счете положительно скажется на работоспособности человека, на улучшении переносимости им условий космического полета. Была создана концепция фитодизайна космического объекта, исходящая из необходимости улучшения психологического климата для экипажа за счет включения в интерьер станции декоративных растений, которые должны вызывать положительные эмоции, отличаться ярким цветением и гармоничным сочетанием цветов, быть динамичными в процессе своего роста за счет изменения окраски, образования новых побегов.
При первой попытке введения декоративных растений в интерьер станции остановились на тюльпанах. Ведь первый полет человека в Космос, осуществленный Ю. Гагариным, проходил тогда, когда степи Байконура пламенели от цветущих тюльпанов. Эти цветы, таким образом, ассоциировались с героической историей космонавтики.
В дальнейшем в устройствах «Вазон» и декоративной оранжерее «Малахит» выращивались тюльпаны, орхидеи, мирт. Своеобразный рекорд был поставлен маленьким древесным растением лимония кислая, которое росло на станции «Мир» в течение 2 лет. Шесть экипажей сменилось на станции, прежде чем дерево было возвращено на Землю. Такой рекорд может быть занесен в Книгу рекордов Гиннесса.
В исследовательских оранжереях «Фитон», «Светоблок», «Свет» были получены уникальные научные результаты, которые, с одной стороны, показали возможность прохождения растениями полного цикла онтогенеза в условиях космического полета, а с другой — были выявлены некоторые изменения в скорости и направленности некоторых сторон метаболизма, что вызвало создание новой отрасли знаний — космического растениеводства. Были решены задачи создания технических средств для роста растений, технологических режимов их выращивания в условиях невесомости.
Сегодня уже можно утверждать, что задача использования растений в системах жизнеобеспечения человека в Космосе принципиально решена, хотя и необходимо решить ряд проблем, над которыми и работают сейчас специалисты в России и в США.
Важные задачи были решены при проведении 180-суточного эксперимента в комплексе «Биос-3» с тремя испытателями. Этот комплекс заключен в стальной герметичный корпус в форме прямоугольного параллелепипеда, разделенного на равные герметичные отсеки. В двух из которых — высшие растения, в другом — одноклеточные водоросли, а в последнем — три комнаты, кухня-столовая, душ, туалет, входной шлюз и общее помещение, используемое как лаборатория, мастерская и комната отдыха.
Оранжерия искусственной биосферы
Одна из оранжерей замкнутой экосистемы.

В водорослевом отсеке — три культиватора по 10 м2 светоприемной поверхности. В каждом из двух фитотронов выращивались на площади 17,5 м2 пшеница и на площади 3,5 м2 — овощи. Каждый из фитотронов давал в сутки около 1000 литров кислорода.
В фитотронах выращивались короткостебельная пшеница, свекла столовая, морковь, репа, капуста листовая, редис, лук, огурцы, щавель. Наиболее продуктивными были пшеница, морковь и репа: их урожаи превышали уровни, рекордные для полевых условий. Ежесуточно в оранжереи синтезировалось около двух килограммов сухой биомассы. В среднем на каждого члена экипажа приходилось 200 г воздушно-сухого зерна и 388 г свежих овощей. В комплексе «Биос» была осуществлена полная регенерация атмосферы за счет высших и низших растений, в круговорот было возвращено до 95% воды.
Таким образом, реализация планомерной программы исследований растений в Космосе, серия крупномасштабных наземных экспериментов в Москве и Красноярске показали принципиальную возможность создания искусственной экологической системы для человека, которая может использоваться как в Космосе, так и на Земле или других планетах, например, на Луне.
Итак, наши разработки были пионерскими. Но по объективным обстоятельствам времени секретными. Теперь они открыты и получили международное признание. В первую очередь их оценили американцы.
В настоящее время в США проводится крупномасштабный опыт по созданию искусственной, замкнутой экологической системы, сравнимой с биосферой Земли. Он предпринят группой из 4 исследователей. Для осуществления своего проекта они учредили фирму «Спейс биосферес венчер» неподалеку от г. Ораил в штате Аризона. В состав группы входили Джон Аллен, философ-эколог и движущая сила всего проекта; Маргарет Огастин, архитектор по образованию; Марк Нельсон, эколог; Эдвард Басс, председатель Совета директоров фирмы и филантроп с большим интересом к проблемам экологии Земли. У членов группы не было особых академических или научных заслуг, однако все они обладали большим мужеством, уверенностью в себе и способностью к познанию нового. Еще в начале 80-х годов они стали размышлять о нашей планете и ее биомах, прикидывая, нельзя ли поместить большие образцы некоторых из этих биомов в герметичное стеклянное здание, которое ограничивало бы возможность обмена веществ и в то же время пропускало бы солнечный свет точно так же, как это происходит в биосфере Земли. Более того, они назвали свой проект «Биосфера-2», подразумевая под «Биосферой-1» все живые организмы планеты в обычной окружающей среде. В случае успешного создания замкнутой экологической системы они рассчитывали узнать много важного о биосфере Земли и, возможно, о том, как следует конструировать замкнутые экологические системы для будущих сверхдальних полетов астронавтов и космонавтов.
Во время пребывания в Ленинграде членам группы удалось познакомиться с трудами В. И. Вернадского, который еще в начале нынешнего столетия расширил наши познания о том, как действует биосфера Земли.
Члены группы ознакомились также с работами Института медико-биологических проблем и Института биофизики и установили тесные научные контакты с сотрудниками этих институтов. Конечно, это в значительной степени помогло в разработке проекта «Биосфера-2».
В начале 80-х годов начата подготовка к осуществлению проекта. Рассказывая о своей работе, американцы не исключали того, что создаваемое ими сооружение может послужить прототипом тех конструкций, которые когда-нибудь впоследствии предстояло возвести на Луне или на Марсе.
26 сентября 1991 года, когда 8 так называемых «биосферян» вошли внутрь герметичного сооружения, где им предстояло находиться в течение 2 лет, на осуществление проекта было уже израсходовано более 150 млн. долларов. В число этих 8 биосферян вошел и Марк Нельсон из инициативной группы. Перед обитателями «Биосферы-2» была поставлена одна цель — оставаться внутри в течение двух лет.
Биосферян посещает доктор
Врачебная проверка экспериментаторов

Итак, площадь покрытого стеклом сооружения составляет около 1,28 га, а его внутренний объем — 17 ООО куб.м. Особое внимание уделено герметичности всей конструкции, включавшей выполненные из нержавеющей стали сварной пол под почвой, систему водопровода и т. д. Внутри этого сооружения было размещено от 3 до 4 тыс. различных биологических видов, включая 8 биосферян (4 мужчины и 4 женщины), которые должны были помочь в воспроизведении 7 земных биомов: влажный тропический лес, саванна, пустыня, океан, болото, зона интенсивного ведения сельского хозяйства и местообитание человека. В предназначенной для людей части этого комплекса есть жилые помещения, аналитическая лаборатория, пункты медицинской и ветеринарной помощи, оборудование для обработки пищевых продуктов, мощная компьютерная система, хорошо оборудованная мастерская по техническому обслуживанию и текущему ремонту, помещение для занятий физкультурой, а также средства для видеосвязи, обеспечивающие прямой контакт с людьми за пределами комплекса и доступ к коммерческим телевизионным программам.
Предполагаемый срок службы построенного комплекса составляет 100 лет. К его техническому проектированию инициативная группа привлекла целый ряд известных ученых и конструкторов. Начальная цель предпринимавшихся усилий состояла в том, чтобы внутри созданной конструкции «естественным образом», так, как это происходит в земной природе, установилось равновесие. Именно по этой причине регенерация отходов производится не с помощью мусоросжигательной установки, а путем утилизации процессов гниения. При всем при этом построенный комплекс является чудом архитектуры и высоких технологий, нашедших здесь свое практическое воплощение. Так, например, без системы охлаждения температура внутри конструкции из стекла в аризонской пустыне быстро поднялась бы до немыслимого уровня.
Проект является коммерческим предприятием, ориентированным на получение прибыли. На начальном этапе устроители рассчитывали компенсировать крупные капиталовложения в проект путем продажи патентных прав на экологические технологии, разработанные в период проектирования и эксплуатации комплекса «Биосфера-2». В определенной степени эта цель достигнута. В настоящее время дополнительным источником дохода являются туристы, которые довольно активно посещают и осматривают комплекс — в прошлом году их число достигло 250 тыс. Каждый из них платит за посещение комплекса 10 долларов, что дает средствам массовой информации повод называть проект «вторым Диснейлендом».
Спальные места в биосфере
Отдых после работы

С момента, когда восемь биосферян остались в герметично изолированных отсеках «Биосферы-2», прошло уже больше года. Насколько успешно идет осуществление проекта? Ответ зависит от того, что понимать под словом успех. Если считать, что проект осуществляется успешно лишь в том случае, если все идет строго в соответствии с планами, то в данном случае мы видим явную неудачу. Однако осуществление проекта имеет на сегодняшний день полный успех — успех, в значительной степени благодаря имевшим место неудачам!
Ведь если бы все шло именно так, как было запланировано, это означало бы, что мы уже в совершенстве знаем биосферу Земли и нам уже нечего изучать, и это было бы для нас очень печальным обстоятельством! Неудачи же предполагают, что есть еще много неизученного и можно узнать много нового.
Пожалуй, наиболее неожиданным результатом стало падение концентрации кислорода внутри замкнутого комплекса с нормального уровня в 20% до примерно 15%. Это, однако, не явилось большим сюрпризом, так как известно, что дыхательный коэффициент у животных и коэффициент фотосинтеза у высших растений не совпадают по величине; по этой причине уровень содержания кислорода неизбежно должен был снизиться в данной замкнутой экосистеме. Включив в нее зеленые водоросли, можно было бы уменьшить величину происходящих изменений.
Биосферяне
Восемь биосферян

В биомах океана и болота «Биосферы-2» все же имеются зеленые водоросли, хотя, вероятно, не в таком количестве, чтобы их влияние могло быть заметным. С другой стороны, биомасса растений значительно превосходит биомассу животных в этом комплексе. Это и было показано в эксперименте. Более вероятной причиной этих изменений может быть окисление какого-то неорганического (а может быть, и органического) компонента системы «Биосфера-2», который скорее всего находится в почве. Обычно при окислении органического вещества выделяется углекислый газ, однако в этом случае не было зафиксировано сколько-нибудь значительного повышения уровня газа. Вот почему наблюдаемое падение уровня кислорода в «Биосфере-2» ставит интересные вопросы, на которые еще предстоит дать ответ в будущем. Пока, возможно, уже вскоре понадобится закачивать в комплекс чистый кислород, чтобы избежать нанесения вреда биосферянам и другим живым организмам.
Следует упомянуть о том, что еще до начала осуществления проекта многие специалисты выражали сомнение в том, что с началом эксплуатации комплекса будет выдерживаться обещанный в свое время конструкторами низкий уровень (1 % в год) просачивания воздуха через стенки. Зафиксированное падение концентрации кислорода свидетельствует о надежной герметизации стенок комплекса — значительно более надежной, чем можно было бы ожидать.
В течение всего времени здоровье биосферян находилась под тщательным медицинским наблюдением, и некоторые результаты представляют тут большой интерес. С одной стороны, количество эритроцитов в крови не увеличилось в той степени, в какой этого следовало бы ожидать при падении уровня кислорода внутри комплекса. Отсутствие подобной реакции в организме биосферян говорит о том, что атмосферное давление (которое в «Биосфере-2» не менялось), возможно, играет во всем этом более важную роль, чем считалось ранее.
Растения в биокомплексе
Г. Нечитаило в овощной оранжерее биокомплекса.

За время пребывания внутри комплекса биосферяне потеряли от 10 до 20% веса своего тела. Потери продолжались примерно до апреля 1992 года, после чего некоторые из биосферян даже несколько поправились. Главной причиной потерь в весе было уменьшение количества жира в организме, поскольку пищевой рацион биосферян содержал намного меньше жиров, чем они потребляли до начала эксперимента. Дело в том, что урожаи культур, содержащих большое количество жира (например, соевые бобы, земляные орехи), не были особенно обильными. При планировании эксперимента предполагалось, что биосферяне будут получать жир от потребления мяса животных, однако, с одной стороны, процесс воспроизводства некоторых мясных животных (например, свиней) проходил не столь активно, как ожидалось, а, с другой — забиваемые в пищу животные содержали столь же мало жира, что и сами биосферяне. Как говорится, таких тощих свиней свет не видывал!
Жители искусственой биосферы
Один из авторов проекта, Фрэнк Солсбери, у окна, за которым видны лица четырех похудевших биосферян.

И все же, несмотря на потери в весе, биосферяне отнюдь не выглядят больными. Напротив, уровень холестерина в крови упал у них до самых низких пределов, и они чувствуют себя достаточно энергичными, выполняя свои ежедневные обязанности по поддержанию в порядке своего большого хозяйства. Один из них, доктор Рой Уолфорд, долгие годы посвятил изучению реакции организма животных на малокалорийную и высокопитательную диету. Это именно та диета, которой придерживаются сегодня биосферяне — около 2000 калорий в сутки и потребление насыщенной витаминами пищи. Доктор Уолфорд чрезвычайно рад возможности наблюдать реакцию организма человека на тот рацион питания, который ранее испытывался лишь на лабораторных животных. На сегодняшний день подтвердилось большинство его научных предположений.
За время с начала эксперимента первоначальный состав плодовых и других растений значительно изменился, и уже было несколько случаев, когда погибали недозрелые плоды или урожай оказывался ниже ожидавшегося уровня. В частности, низкой урожайностью отличаются картофель, помидоры, пшеница, некоторые бобовые и масличные культуры. Имеется предположение, что низкие урожаи фруктов, семенных и клубневых культур объясняются слишком высоким уровнем азота в почве «Биосферы-2». В период подготовки была привезена земля, перенасыщенная органическим веществом, но, как теперь выясняется, в ней присутствует большое количество азота, который стимулирует вегетативный рост растений и сдерживает развитие их плодовых частей. В этих условиях тем не менее удается получать хорошие урожаи бананов и плодов папайи, которые занимают сегодня важное место в пищевом рационе биосферян. Хорошо чувствуют себя в условиях «Биосферы-2» также батат, свекла, некоторые виды тропических бобовых, например, гиацинтовые бобы.
«Биосфера-2» отличается чрезвычайным многообразием биологических видов — от 3 до 4 тыс. видов на площади всего в 1,28 га! Это своего рода эксперимент в области биологического разнообразия, который должен ответить на вопрос: какое количество видов можно содержать в одном месте и какова роль этого видового комплекса? Пока погибло лишь около 10% первоначально представленных биологических видов, причем есть такие виды, которые буквально процветают. В качестве примера можно назвать тараканов, которых можно встретить в «Биосфере-2» практически повсюду. Вероятно, это объясняется тем, что у них нет здесь естественных врагов, которые могли бы контролировать их распространение. Хорошо развиваются в «Биосфере-2» биомы влажного тропического леса, саванны и болота. В частности, возникла даже необходимость произвести основательную подрезку влажного тропического леса.
Осуществляемый проект является также экспериментом по выявлению генетической изменчивости видов. Ожидается, что кое-какие качества видов будут утрачены с течением времени.
Разумеется, все это представляется нам очень интересным. Мы уже узнали и узнаем еще немало нового. Но означает ли это, что в один прекрасный день мы сможем создать «Биосферу-3» или «Биосферу-4» (или даже «Биосферу-10») на Луне или на Марсе?
Сейчас очевидно, что конструкции, подобные «Биосфере-2», никогда не будут возведены ни на Луне, ни на Марсе. Наиболее очевидной причиной этого является внутреннее давление, которое необходимо поддерживать в подобной конструкции для жизнедеятельности растений и животных, включая биосферян. У Луны нет атмосферы, а атмосфера Марса настолько разрежена, что практически ее также можно считать отсутствующей. При большой разнице между внутренним и внешним давлением в системе «Биосферы-4» не только могло бы возрасти просачивание воздуха через ее стенки, но в некоторых местах могло бы даже начаться разрушение этой системы.
Создание огромной конструкции, способной выдерживать вакуум снаружи и внутреннее давление, близкое к атмосферному земному, требует чрезвычайно непростых инженерных решений. Кроме того, при сегодняшнем уровне развития техники почти невозможно будет вывезти в Космос все то, что необходимо для строительства подобного сооружения. Кроме того, из-за большого числа биологических видов и биомов «Биосфера-2» оказывается намного более сложной структурой, чем та, что предназначается специалистами НАСА или российскими учеными для размещения в замкнутых системах будущего в Космосе или на поверхности Луны. Однако благодаря «Биосфере-2» конструкторы смогут узнать много важных вещей, которые пригодятся им при создании замкнутых экологических систем жизнеобеспечения новых поколений.

Поделиться с друзьями:
загрузка...


Комментарии:
Нет комментариев :( Вы можете стать первым!
Правила: В комментариях запрещено использовать фразу 'http', из-за большого кол-ва спама
Добавить комментарий:
Имя или e-mail


загрузка...
Последние статьи:

Реклама:
загрузка...
Контакты администрации сайта :