На Марс. Биология
Автор: Владимир ЛещенкоПоговорим не о строго техническом а о биологическом аспекте возможной марсианской экспедиции. А именно в двух моментах -первый - выдержит ли человек путешествие в дальний космос к Марсу? Второе - как решить вопросы с кислородом и едой?
Опыты в космосе
В 1966–1969 годах американское NASA начало запускать Biosatellite (космические биологические лаборатории), а в начале 1970-х подоспел и наш ответ — в СССР была запущена аналогичная, но более масштабная программа "Бион". 29 сентября 1987 года, в космос был запущен спутник "Бион-8", который доставил на орбиту самый богатый в истории космонавтики набор видов живых организмов. Обезьяны, крысы, тритоны, рыбки гуппи и другая живность участвовали в уникальном эксперименте, результаты которого помогли глубже изучить влияние невесомости и радиации на организм человека.
Для полетов в рамках "Биона" были отобраны обычные белые лабораторные крысы, которые путешествовали по орбите в специальных клетках. По сигналу из ЦУПа в кормушки подавались пища и вода, а вся работа хвостатых космонавтов заключалась в том, чтобы плавать в невесомости в окружении электронных датчиков и под наблюдением телеметрического оборудования (используется для передачи данных из космоса на Землю).
Благодаря крысам удалось пролить свет и на воздействие на организм искусственной гравитации. Для ее создания грызунов во время полета вращали в небольших центрифугах. В итоге, по словам одного из активных разработчиков программы - Евгения Ильина, крысы из этого эксперимента чувствовали себя гораздо лучше, чем те, что постоянно находились в невесомости. Единственным минусом ученый называет большие скорости и маленький радиус крысиной центрифуги, что ухудшило вестибулярную функцию грызунов.
Всего в рамках программы "Бион" было запущено 12 биоспутников. Последний — "Бион-М1" стартовал с Байконура в апреле 2013 года.
"БИОС-3" - Советская "Биосфера
Американский неудачный эксперимент "Биосфера-2" представлял собой комплекс из 7 биомов-оранжерей (тропический лес, саванна, пустыня и т.д.), изолированных от окружающей среды, общей площадью 1,5 гектаров. Эти изолированные биомы были заселены 3000 видами организмов, не считая Homo sapiens и многочисленных видов бактерий, обитающих в почве. Создатели этой амбициозной "копии биосферы", по-видимому, плохо изучили биологию и физиологию всех организмов, помещённых в Биосферу-2, так как люди, живущие в этой замкнутой среде, стали ощущать нехватку кислорода. В результате чего кислород пришлось подкачивать. Но задолго до американцев в красноярском Академгородке был создан аналог "Биосферы-2" - комплекс (БИОС-3), моделирующий замкнутую экосистему, который оказался более успешным. Конечно по масштабам он был значительно меньше, чем американский аналог. В Советской "биосфере" БИОС-3 удалось более полно достигнуть замкнутости круговорота веществ по воде и газам.
Возведение БИОС-3 было завершено в далёком 1972 году. Площадь герметичного помещения составила 315 м2. Оно состояло из 4 отсеков.
1 отсек - бытовой. В нём прошивал экипаж из трёх человек.
2 отсек - водорослевый. В нём находились культиваторы хлореллы, основная функция которых была переработка CO2 в O2.
3 отсек - фитотрон с сортом карликовой пшеницы, имеющим укороченные стебли (для уменьшения количества отходов). Пшеница выращивалась конвейерным способом (единовременно в фитотроне присутствовало 14 возрастов пшеницы). Из пшеницы выпекался хлеб, который и подавался на стол "подопытным". На долю каждого "колониста" приходилось около 200 грамм зерна.
4 отсек - фитотрон с овощами (конвейер 6 возрастов). В этом фитотроне выращивались морковь, редис, свёкла, картофель, капуста, огурцы, щавель, салат, укроп, лук и чуфа (для получения растительного масла). В результате на каждого "подопытного колониста" приходилось около 400 грамм свежих овощей в день. Продукты жизнедеятельности человека подвергались минерализации и частично поступали в культиваторы с хлореллой. Бытовые стоки, образующиеся в результате мытья и стирки, шли на полив пшеницы и овощей. В качестве питьевой воды использовался конденсат, образующийся в фитотронах и культиваторах. В таких условиях одному из "подопытных" - инженеру Николаю Бугрееву удалось прожить 13 месяцев.
В результате применённых технологий создателям БИОС-3 удалось замкнуть круговорот газов и воды почти на 100%. С пищей обстояли дела хуже. Около 40% продовольствия (в первую очередь продукты животного происхождения) "подопытные" получали из запасённых ранее консервов.
Советский Союз распался и работа проекта БИОС-3 была приостановлена.
Сейчас в Красноярском научном центре на базе БИОС ведутся исследования по отработке новых технологий замыкания цикла, есть планы опробовать наработанные технологии переработки органических отходов в новом масштабном эксперименте, но для этого требуется соответствующее финансирование. Зато опыт «БИОС-3» был учтен китайскими учеными: в 2014 году они провели похожий эксперимент в модуле «Юэгун-1», который был построен при активном участии красноярских ученых.
Эксперименты с оранжереями на орбите позволили — создать большую установку, которая будет снабжать космонавтов свежей зеленью. Работа над цилиндрической оранжереей «Витацикл» началась еще в 1990-х годах. Сейчас создан работающий прототип, посевная площадь которого составляет 0,48 м2. Это камера с вращающимся цилиндром внутри. В цилиндре — почвозаменитель и кюветы для растений. Цилиндр медленно вращается внутри камеры, на внутренней поверхности которой находятся светодиодные лампы. Космонавты в ходе эксперимента будут высаживать посадочную планку с наклеенными семенами. На следующем шаге цилиндра растения будут высаживаться в следующую кювету, и так до тех пор, пока не будет заполнена вся поверхность цилиндра. К тому моменту, когда цилиндр сделает два оборота, салат вырастет, и космонавту останется лишь открыть люк камеры, срезать салат, а на его место вставить следующую планку с семенами — все это займет несколько минут. Через 72 дня почвозаменитель необходимо сменить, потому что в нем истощатся минеральные элементы, а самое главное — он зарастет корнями, поэтому в комплект будет входить запасной кювет с субстратом.
Если зайти на официальный сайт нового Международного центра замкнутых экологических систем, то можно увидеть последний отчёт, датированный 2010-ым годом. Согласно скупой информации, содержащейся в этом отчёте, 2010 год был "подготовительным этапом для дальнейших международных исследований по замкнутым экосистемам как с европейскими, так и китайскими партнерами".Тем более, что, ввиду последних заявлений о намерениях колонизации Марса, научное направление, занимающееся изучением замкнутых экосистем, становится всё более актуальным.
Радиация
И о якобы страшной радиации.
Данные, полученные аппаратурой на борту транзитной капсулы, доставившей марсоход Curiosity, показали, что радиоактивное облучение для миссии постоянного поселения будет находиться в пределах установленных границ, принятых космическими агентствами.
В исследованиях, опубликованных в журнале Science в мае 2013, подсчитано, что радиоактивное облучение за 360-дневный полёт туда и обратно составляет 662 ± 108 миллизивертов (мЗв) — как измерения детектором радиоактивной экспертизы (RAD) (англ.). Исследования показывают, что 95 % радиации, принятой прибором RAD приходится на галактические космические лучи, от которых трудно защититься без использования непозволительно большой экранирующей массы[47]. В 210-дневном путешествии космонавты получат дозу радиации, равную 386 ± 63 мЗв, учитывая за стандарт самые свежие данные измерений. Облучение будет ниже верхней границы принятых норм в карьере космонавтов: в Европейском, Российском и Канадском Космических Агентствах предел составляет 1000 мЗв, в НАСА — 600—1200 мЗв, в зависимости от пола и возраста.
На пути к Марсу команда будет защищена от солнечных частиц конструкцией космического корабля. Экипаж получит общую экранирующую защиту в 10-15 г/см² для всего корабля в течение всего полёта. В случае солнечных вспышек или всплесков солнечной радиации (англ.) этого экранирования будет недостаточно, и космонавты, получив сигнал от бортового дозиметрического контроля и системы тревожного оповещения, будут пережидать в более защищённой части корабля. Выделенное радиационное убежище будет окружено резервуаром с водой, что обеспечит дополнительную защиту на уровне 40 г/см². Космонавтам следует ожидать всплески солнечной радиации в среднем 1 раз в 2 месяца — всего около 3 или 4 за всё время полёта, при этом каждый из них обычно длится не больше пары дней.
Подводя промежуточные итоги этой и предыдущей статьи - сейчас есть практически все элементы будущего марсианского корабля - и дело лишь за финансированием и организацией.
P.S.
"...ИМБП был разработан и аванпроект овощной оранжереи для марсианского транспортного корабля, основанной на принципах «Витацикла», но ученые не слишком оптимистично настроены по отношению к экспедициям к Луне и Марсу. Чтобы разработать системы жизнеобеспечения для них, нужны исследования и эксперименты, нужны и ученые, и финансирование. Но молодых ученых, готовых перенять опыт старшего поколения, немного, а те, что есть, не всегда знакомы с опытом предшествующих поколений.
«Нельзя сказать: завтра мы летим на Марс, и послезавтра там вырастут фикусы! — говорит Маргарита Левинских. — Решение любой проблемы требует затрат, требует ученых, которые будут в это области работать, инженеров. А мы разогнали все, что можно было разогнать! Остались лишь несколько человек, которые имеют представление, что это такое. Можно было это все продолжать, но решение о продолжении экспериментов зависит не от нас, а от Роскосмоса.
К нам тут приходил молодой ученый из института — не скажу, из какого, — и говорит: мы сейчас сделаем водорослевый реактор, который просто будет отличный. Я веду их к нам и говорю: если вы хоть по какому-нибудь параметру превзойдете вот эту вот „Сирень“, которая сделана в 1960-е и стоит у нас, вот я снимаю шляпу и съем ее. Сейчас между поколениями исследователей получился огромный разрыв, и многие начинают заново, не зная, что все это уже изобретено!"
Из СМИ
P.P.S. Также напоминаю что продолжается также публикуется роман про московских вампиров и оборотней
https://author.today/work/427892
Ну и продолжается выкладка моего нового попаданческого романа "Архипелаг"