ЭНЦИКЛОПЕДИЯ

Как обеспечить жизнь в космическом полете?

Успешные полеты космонавтов вокруг Земли на космических кораблях и орбитальных станциях и высадка человека на Луну, запуски автоматических межпланетных станций к Луне, Венере и Марсу делают вполне реальными в будущем полеты человека к другим планетам. Чтобы осуществить в будущем такие полеты, которые будут длиться многие месяцы и, возможно, годы, необходимо решить очень сложные инженерно-технические и медико-биологические проблемы.

Одна из этих проблем — разработка и создание системы, которая неограниченно долгое время могла бы обеспечивать людей в космическом корабле и в случае высадки на другие планеты всем необходимым для нормальной жизни: кислородом, пищей, водой, очищать среду от углекислого газа и всевозможных отходов и продуктов жизнедеятельности. При нормальном функционировании организма человеку необходимо в сутки около 1000 г кислорода, 2200 г воды (для питья), около 500 г сухой пищи и примерно 1800 г воды для санитарных нужд — все вместе это составляет около 5,5 кг. Это значит, что годовой запас этих веществ для одного космонавта составит около 2 т! Вес системы жизнеобеспечения, основанной на запасах, растет пропорционально увеличению числа членов экипажа и длительности полета.

Схема замкнутого экологического комплекса: 1 — человек; 2 — животные; 3 — высшие растения; 4 — одноклеточные водоросли; 5 — кислород; 6 — вода; 7—пища; 8 — отходы; 9 — минерализация отходов; 10 — минеральные соли; 11 — питательная среда; 12 — углекислый газ; 13 — солнечный свет.

Например, для экипажа из 5 космонавтов при трехгодовом полете он составляет около 30 т. Ясно, что стартовый вес корабля будет слишком большим. Такие корабли пока невозможно поднять от Земли и вывести на межпланетную трассу. Кроме того, взятые с Земли запасы могут в конце концов истощиться и время полета и пребывания космонавтов на других планетах будет жестко ограничено.

Может ли быть создана система, которая неограниченно длительное время обеспечит жизнь людей в космическом полете? Ученые пришли к выводу, что такую систему можно создать, если на борту корабля и на планетных станциях разместить и рационально скомпоновать сообщества различных организмов, которые обеспечивали бы полный биологический круговорот веществ, подобный тому, который существует на Земле.

Действительно, на нашей планете в течение многих миллионов лет протекают процессы дыхания, горения и т. д. В результате этих и других окислительных процессов непрерывно тратятся органические вещества, потребляется кислород, рассеивается энергия. Казалось бы, что уже давно должны были бы окислиться все органические вещества, истощиться запасы пищевых продуктов, топлива, кислорода и прекратиться жизнь. Однако этого не происходит. Ведь на Земле помимо процессов, в ходе которых потребляются органические вещества, кислород и энергия, протекает другой, противоположно направленный грандиозный процесс. В результате его за счет энергии солнечного света из полностью окисленных веществ — углекислого газа, воды — и некоторых минеральных элементов создаются сложные и многообразные органические продукты и выделяется кислород. Этот процесс — фотосинтез — протекает в листьях зеленых растений. Благодаря ему ежегодно связывается около 175 млрд. т углерода, образуется примерно 400 млрд. т органических веществ, выделяется 460 млрд. т кислорода и накапливается столько энергии, сколько ее могли бы дать 200 тыс. таких гигантов энергетики, как Куйбышевская ГЭС.

Таким образом, листья зеленых растений именно та «лаборатория», благодаря работе которой осуществляется непрерывный круговорот веществ и поддерживается жизнь на нашей планете. Имея в виду именно эту функцию зеленых растений, выдающийся русский ученый К. А. Тимирязев около 70 лет назад писал о «космической роли растений». В наше время, когда человечество получает возможность путешествовать в космосе, фотосинтез приобретает космическую роль в прямом смысле — уже как средство, которое может обеспечить неограниченно долгое время жизнь людей в межпланетных полетах.

Зеленые растения на борту корабля при неограниченных количествах света от Солнца или источников ядерной энергии позволят создать такие замкнутые экологические системы, (часть их составит и экипаж космонавтов), в которых в непрерывном круговороте будет находиться одно и то же взятое с Земли количество веществ. Человек, поглощая кислород, будет выдыхать углекислый газ, растения же, поглощая его, а также усваивая воду и минеральные соли, будут вновь и вновь создавать пищевые вещества и выделять кислород. Движущей силой этого процесса явится световая энергия. Твердые и жидкие отходы жизнедеятельности человека (после их минерализации) будут использоваться в качестве минерального питания растений и для получения чистой воды. Таким образом, замкнутый экологический комплекс позволит непрерывно циклически воспроизводить на борту космического корабля все необходимые для жизни человека условия.

Это не значит, конечно, что на борту космических кораблей появятся привычные для нашего глаза посевы сельскохозяйственных растений. Здесь будут созданы такие инженерно-биологические системы, в которых культивированием растений займутся, по-видимому, автоматы. Какие же растения будут выращиваться в космосе? Особенный интерес представляют одноклеточные зеленые водоросли, например хлорелла. Она имеет микроскопические размеры, очень быстро размножается и отличается высокой активностью фотосинтеза. Эта водоросль может культивироваться в питательных средах, поглощая за короткий срок большое количество углекислого газа, выделяя кислород и накапливая значительные количества биомассы. Биомасса хлореллы содержит до 50% белков, до 20% жиров, углеводы, витамины и другие ценные вещества. Очень важно, что весь процесс выращивания водорослей автоматизирован.

Успехи, достигнутые на пути интенсификации роста и биосинтеза микроскопических водорослей, позволяют уже сейчас обеспечить с помощью 25 — 35 кг суспензии водорослей воспроизводство воздуха и пищи на одного человека. Найдены и пути управления качественной стороной фотобиосинтеза водорослей. Можно получать от них биомассу, которая по соотношению белков, жиров и углеводов практически полностью копирует соотношение этих веществ в пищевом рационе человека. Это не значит, конечно, что в составе замкнутого экологического комплекса будут только одноклеточные водоросли. В него, безусловно, должны быть включены привычные для человека высшие растения, а также животные и некоторые микроорганизмы.

Работа по созданию замкнутого экологического комплекса связана с большими трудностями, так как все звенья такого биологического сообщества должны быть в высшей степени строго согласованы друг с другом, в определенной зависимости соподчинены и взаимно обеспечивать друг друга веществами и энергией. Должны быть учтены воздействия космической радиации на различные организмы, действие перегрузок, невесомости и всех тех факторов, с которыми неизбежно столкнется живой организм в специфических условиях космического полета.