Советский марсианин
Фитотронный зал. Фото: photo.kirensky.ru

Фитотронный зал. Фото: photo.kirensky.ru

Как в Красноярске создали первую в мире установку для автономного выживания в космосе

В фильме «Марсианин» герою нужно было дождаться прилета на Красную планету следующей экспедиции при небольшом запасе воды, еды и воздуха. Американский кинематограф попытался придумать, как это сделать, а советские ученые решили подобную задачу еще до создания книги о выживании на Марсе Энди Вейером.

Полвека назад в красноярском Институте физики СО РАН была создана установка, которая помогла бы космонавту выжить на любой планете без особых проблем и помощи извне. Революционная, не имеющая аналогов в мире система замкнутого обеспечения «БИОС-3» практически полностью обеспечивала людей внутри нее и водой, и кислородом, и едой. Достаточно было взять с собой совсем небольшой запас, и дальше все производилось и очищалось самой системой.

«Русская планета» выяснила, как сибирские ученые сумели опередить время и коллег.

Дышать вместе с водорослями

— Первые эксперименты по созданию замкнутых автономных систем жизнеобеспечения начались в Красноярске в конце 1960-х, — рассказывает корреспонденту РП ведущий научный сотрудник, ученый секретарь Института биофизики Сибирского отделения РАН, кандидат биологических наук Егор Задереев. — Ученые установили: чтобы два человека могли прожить год, им нужно около 300 кг кислорода, 2,5 тонны воды и 400 кг пищи. При этом за тот же период они выделят 350 кг углекислого газа и тонну отходов, которую необходимо переработать. Оставалось понять, как обеспечить их всем этим в изолированной от внешнего мира среде.

Специалисты провели эксперименты и подтвердили гипотезу, что потенциал развития живого организма выше, чем реализуемые возможности. Когда одноклеточную водоросль хлореллу поместили в идеальные условия, она стала расти значительно быстрее и производить больше кислорода, чем в естественной среде, а также активнее перерабатывать углекислый газ.

Водорослей в небольшом баке стало хватать для того, чтобы человек мог нормально дышать весь день, поместив лицо в специальное отверстие, не позволяющее поступать воздуху снаружи. Так в 1964 году создали систему с замкнутым циклом воспроизводства кислорода «БИОС-1», которая помогала человеку дышать в безвоздушном пространстве, например, в космосе. Затем ученые смогли увеличить время пребывания в замкнутом помещении с 12 часов до 30 суток. Позднее был замкнут и водообмен, что позволило провести 45-суточный опыт.

Однако водоросли пригодились лишь для того, чтобы обеспечивать человека кислородом и избавлять от углекислого газа. Если в замкнутом пространстве не будет других растений, то и питаться придется тоже водорослями. Может, питательных веществ человеческому организму и хватит, но сохранить психическое здоровье на такой диете будет проблематично.

В 1966 году ученые запустили эксперименты с овощами и злаками и в результате построили установку «БИОС-2». Оказалось, что если той же пшенице создать идеальные условия для роста — без перепадов температуры, смены погоды, сорняков, то она будет давать урожай шесть раз в год, причем в несколько раз больший, чем в естественных условиях. Попутно исследователи установили, какое количество пшеницы необходимо посеять, чтобы прокормить одного человека.

Бионавты в бункере

— Когда об экспериментах, проводившихся в Институте физики СО РАН, стало известно основоположнику отечественной космонавтики Сергею Королеву, он заинтересовался ими и встретился с создателем и директором красноярского института академиком Леонидом Киренским, — продолжает Егор Задереев. — По личному распоряжению Королева, которому требовалась автономная система жизнеобеспечения для станции на Луне, были выделены средства на продолжение исследований. Они позволили в рекордно короткий срок, всего за семь лет создать искусственную экосистему «БИОС-3».

Красноярские биофизики получили огромные по тем временам деньги — 1 млн рублей. На эти средства к 1972 году они построили специальный изолированный от внешнего мира бункер со стенами из нержавеющей стали, общий объем которого составлял 315 куб. м, а площадь — 14х9х2,5 м.

Бункер был рассчитан на пребывание в нем трех человек и разделен на четыре части. В одной располагались жилые каюты с кроватями, кухня-столовая, санузел и рабочая зона — мастерская-лаборатория с оборудованием для переработки урожая, утилизации несъедобной биомассы, а также с системами доочистки воды и воздуха. Другие три части предназначались для растений. В замкнутом пространстве и при искусственном освещении росли водоросли, а также селекционные сорта сои, салата, огурцов, редиса, моркови, свеклы, укропа, капусты, картофеля, лука. Они регенерировали воду и кислород, а также обеспечивали «бионавтов» всеми необходимыми для существования питательными веществами, витаминами и микроэлементами. Там же росла и специально выведенная красноярским селекционером Генрихом Лисовским карликовая пшеница с очень коротким стеблем: несъедобная часть колоса была минимального размера, и отходов было мало. Она давала урожай в 200–300 центнеров с гектара. А среднеазиатская трава чуфа обеспечивала людей растительным маслом.

Чтобы люди внутри «БИОСа» могли общаться с внешним миром, герметичный бункер обеспечили телевизором и телефоном. Была смонтирована система охлаждения и подачи энергии.

— В начале 1970-х три добровольца из числа сотрудников впервые прожили в бункере полгода — 180 дней, с 24 декабря 1972 года по 22 июня 1973 года, — говорит Егор Задереев. — Весь кислород, которым они дышали, обеспечивали выращиваемые ими растения. Они же перерабатывали углекислый газ. Первоначально имевшийся запас воды перерабатывался и очищался, чтобы использоваться многократно.

Идет сеанс очередной связи с испытателями в установке «БИОС-3». На связи испытатель В.В. Терских (в иллюминаторе), фото 1973 года

Идет сеанс очередной связи с испытателями в установке «БИОС-3». На связи испытатель В.В. Терских (в иллюминаторе), фото 1973 года. Фото: photo.kirensky.ru

Участники эксперимента ели овощи, выращенные ими самими, собирали и мололи пшеницу и пекли из нее хлеб. Так они получали по 300 граммов хлеба и 400 граммов овощей в день. Животным белком «бионавтов» обеспечивали запасы консервов и сублимированного мяса. Постоянно проводившиеся медицинские наблюдения показали, что такой рацион, а также переработанные и очищенные вода и воздух не сказались отрицательно на здоровье добровольцев.

Эксперимент длился всего полгода. Стало ясно, что продолжать его нет смысла: созданная в «БИОСе» замкнутая система жизнеобеспечения работает безукоризненно. Искусственно созданный конвейер по производству воды, кислорода и пищи сбоев не дает. Разумеется, при условии поступления большого количества электроэнергии снаружи, но эта проблема в космосе или на любой из планет легко решается с помощью атомной электростанции или солнечных батарей.

Год за герметичной дверью

На станции «БИОС-3», имитирующей внеземное поселение, состоялось 10 экспериментов по автономному выживанию. В них принимали участие экипажи составом от одного до трех человек. Дольше остальных «бионавтов» в «БИОС-3» прожил инженер Николай Бугреев — в общей сложности 13 месяцев.

В 1968 году красноярская разработка рассматривалась на XIX конгрессе Международной астронавтической федерации как один из возможных прототипов биологической системы обеспечения жизнедеятельности людей на новом этапе освоения космоса — во время длительных экспедиций. Это стало мировым признанием достижений сибирских биофизиков.

Ученым оставалось решить еще одну принципиальную задачу — как обеспечить людей в замкнутом пространстве не только растительной, но и белковой пищей. Один из создателей «БИОСа-3» академик Иосиф Гительзон выдвинул революционную по тем временам идею — использовать для этого генетически модифицированные растения, которые будут производить нужный животный белок. Не решенными также оставались проблемы естественной утилизации биомассы растений и возвращения во внутрисистемный массообмен выводимой из организма человека соли.

Ученые решили повторить успешный на Земле эксперимент в условиях космоса. Красноярский институт начал готовить первые емкости для выращивания растений в условиях невесомости, но тут грянула перестройка. Из-за полного отсутствия финансирования уникальные, не имевшие на тот момент аналогов в мире исследования пришлось прекратить, а «БИОС-3» — законсервировать.

Слева направо — участники 6-месячного эксперимента в «БИОС-3»: М.П. Шиленко, В.В. Терских, Н.И. Петров, фото 1973 года

Слева направо — участники 6-месячного эксперимента в «БИОС-3»: М.П. Шиленко, В.В. Терских, Н.И. Петров, фото 1973 года. Фото: photo.kirensky.ru

Ковчег в пустыне

Лишь 15 лет спустя, в 1985 году в США была осуществлена попытка провести аналогичный эксперимент.

На деньги мультимиллионера Эда Басса в Аризоне построили гигантскую базу «Биосфера-2» из воздухонепроницаемых куполов, занимавших площадь в 12 тысяч кв. м. На этой огромной территории ученые воспроизвели земные ландшафты — пустыню, тропический лес, саванну, даже небольшой океан с коралловым рифом, высадили растения и завезли сотни видов животных. Предполагалось, что все это будет расти и размножаться само по себе и обеспечивать добровольных участников эксперимента всем необходимым для жизни.

— Однако очень скоро выяснилось, что кислорода критически не хватает, пришлось открывать окна, чтобы воздух поступал снаружи, — рассказывает член-корреспондент РАН, доктор биологических наук Сергей Оленин. — Потом начали болеть и погибать растения, вымерли некоторые виды животных. Расплодилось невероятное количество тараканов и муравьев. Еды стало не хватать, ее пришлось завозить извне. Через два года эксперимент был прекращен, хотя создатели «Биосферы-2» рассчитывали, что искусственная экосистема сможет просуществовать в автономном режиме не менее 100 лет.

После неудачной первой попытки американские исследователи внесли изменения в созданный ими искусственный мир и запустили второй эксперимент в 2007 году. Однако он был прекращен по другой причине: один из участников новой команды добровольцев во время ссоры напал на других. После этого инвестор утратил интерес к проекту, и сейчас этот «Ноев ковчег» посреди пустыни посещают только туристы.

— В прошлом году еще один эксперимент по автономному выживанию был проведен в Китае. Он получил название «Лунный дворец-1», — продолжает Сергей Оленин. — Ученым, которые фактически полностью повторили красноярские исследования, удалось обеспечить участников всей необходимой пищей на 75% за счет того, что потребность в белке удовлетворялась червями, которых они выращивали. Так они сумели прожить в автономном режиме три месяца.

Мир для экспериментов

Сейчас Европейское космическое агентство начало проявлять интерес к красноярским исследованиям. На получаемые в виде грантов деньги в Институте биофизики СО РАН проводятся небольшие эксперименты, закупается современное оборудование для бункера, построенного еще в конце 1960-х. Создается искусственный почвоподобный субстрат для выращивания растений. Ведутся эксперименты по физико-химической технологии разложения органических веществ до минеральных, которые могут вновь возвращаться в оборот в виде солей для роста растений. Изучается использование наземных улиток для производства необходимого людям белка.

Однако на полномасштабные исследования средств недостаточно — для этого необходимо несколько десятков миллионов долларов. Все понимают, что нужно возобновить работу по созданию замкнутых систем жизнеобеспечения, поскольку без них не может быть и речи о серьезном освоении космоса, но все упирается в финансы. «БИОС-3» пустует. Хотя это самая успешная экспериментальная система, полностью обеспечивающая потребности человека в воде, воздухе и растительной пище за счет замкнутого биологического цикла. Она могла бы уже использоваться, пусть пока и не на Марсе или других планетах, а на Земле. Ведь с ее помощью можно в сотни раз уменьшить ущерб экологии, который неизбежно наносит человек, поскольку «БИОС-3» позволяет потреблять минимум ресурсов и почти не производить отходов. Дома с замкнутым циклом резко бы уменьшили нагрузку на окружающую среду, а также могли бы обеспечивать людей всем необходимым там, куда сложно или дорого добираться, например, в отдаленных арктических зонах, пустынях или на высокогорье, под водой.

— Еще один вариант использования «БИОСа» — это проводить в нем эксперименты, которых пока не ведет никто в мире. Все только рассуждают о том, что будет, если, к примеру, уровень метана в атмосфере достигнет критического. Произойдет катастрофа или нет? А в Красноярске могут об этом не рассуждать, а проверить, что в результате случится в маленькой замкнутой экосистеме, — рассуждает Сергей Оленин. — И это лишь один из возможных экспериментов, которые могут иметь даже не огромное, а колоссальное значение для всего человечества. Можно изучить процессы круговорота веществ в биосфере Земли, а не только помочь людям выживать на других планетах.

Охотник на очень крупную дичь: двуствольная самоходная гаубица «Коалиция-СВ» Далее в рубрике Охотник на очень крупную дичь: двуствольная самоходная гаубица «Коалиция-СВ»Российским конструкторам-оружейникам удалось создать самоходку, которая вдвое эффективнее всех остальных современных САУ

Комментарии

18 октября 2015, 22:30
Молодцы краснярские ученые, пока весь мир думают возможна ли автономная жизнь в замкнутом пространстве например другой планеты, они доказали еще 45 лет назад, что возможно, и что самое важное - экспериментальным путём. Сильна была советская власть
19 октября 2015, 16:07
Ну и где эта установка, почему не используют её. Может потому что для её работы нужно очень много энергии или всё-таки там есть и другие изьяны.
22 октября 2015, 10:57
Скорее всего нужно очень много денег, которых нашей власти как всегда очень жаль вкладывать в научные изыскания. Лучше дворец построить на Лазурном берегу. Или яхту стометровую на крайняк приобрести. Зачем им эти бункеры?
Согласен с Алмазом, наша сибирская наука тянет эту страну со сталинских времен!!
19 октября 2015, 15:11
Молодцы советские ученые, предвосхитили проблемы, которые возникнут перед покорителями Марса
21 октября 2015, 17:04
ДА все эти НАСА и Европейское косм агентства, я уже молчу про Китай, выросли из советских научных космических программ!!!
19 октября 2015, 15:18
Ребята совершенно сумасшедшей идеей занимались. По меркам того времени на такой шаг решиться могли единицы. Все эти люди занимались проектом своего будущего и нашего настоящего.
19 октября 2015, 23:45
Замечательная статья! И она говорит о том, что все громкие пиар программы НАСА давно уже были реализованы советскими инженерами!!!
20 октября 2015, 15:00
И по традиции советского наследия весь этот эксперимент завершился свадьбой подопытного и той девушки, не другом конце трубки, которая была в лаборатории.
22 октября 2015, 10:58
В конце концов проект перекупят американцы или европейцы и останемся мы только с одними воспоминаниями
22 октября 2015, 21:55
Никто у нас его не купит. Уже купили бы, вместо того, чтобы начинать собственные с нуля. А этот проект еще сослужит службу отечественной космонавтике.
23 октября 2015, 20:39
Почему бы нам не начать внедрять технологии "БИОСа" в повседневную жизнь? Ведь это могло бы стать серьёзным фактором избежания продовольственного кризиса, и безо всяких там гибридных ГМО (которые создают угрозу потери фертильности растений, а об их негативном воздействии на организм животных и человека можно только догадываться...)
А технологии "Биома", если их адаптировать под земные условия и существенно удешевить, могли бы стать отличной заменой западным гидропонным технологиям с их хвалеными "гроу-боксами"....!
26 октября 2015, 09:20
Поройтесь в инете.
Есть много всяких приложений и применений.
Например было проведен исследование по которому 30 соток вполне хватает для полной автономности одного дома с семьей из 4 человек.
И для отопления, энергоснабжения и пропитания в течение года в наших обычных условиях рискового земледелия.
И вполне применимо. Особого хайтека (разве что солнечные батареи, аккумуляторы, газогенератор для ДВС-генератора) там нет.
25 октября 2015, 23:49
Я тут наконец "марсианина" посмотрел в кино, все бы хорошо если бы не это демонстративное отсутствия российского космоса в ближайшем будущем, одни американцы и китайцы )
26 октября 2015, 15:01
Фильм неплохой, но этот навязчивый пиар НАСА просто вымораживает!!!
14 ноября 2015, 23:00
После таких статей думается, что в мире все самое стоящее на самом желе придумали русские...
Авторизуйтесь чтобы оставлять комментарии.
Интересное в интернете
История, политика и наука с её дронами-убийцами
Читайте ежедневные материалы на гуманитарные темы. Подпишитесь на «Русскую планету» в соцсетях
Каждую пятницу мы будем присылать вам сборник самых важных
и интересных материалов за неделю. Это того стоит.
Закрыть окно Вы успешно подписались на еженедельную рассылку лучших статей. Спасибо!
Станьте нашим читателем,
сделайте жизнь интереснее!
Помимо актуальной повестки дня, мы также публикуем:
аналитику, обзоры, интервью, исторические исследования.
личный кабинет
Спасибо, я уже читаю «Русскую Планету»