Wie in Krasnoyarsk. die weltweit erste Installation für autonomes Überleben im Weltraum entstand
Im Film "Der Marsianer" musste der Held mit einem kleinen Vorrat an Wasser, Nahrung und Luft auf die nächste Expedition auf dem Roten Planeten warten. Das amerikanische Kino versuchte, dies herauszufinden, und sowjetische Wissenschaftler lösten ein ähnliches Problem, noch bevor Andy Weyer ein Buch über das Überleben auf dem Mars schrieb.
Vor einem halben Jahrhundert wurde am Krasnojarsker Institut für Physik des SB RAS ein Gerät entwickelt, das einem Astronauten helfen würde, auf jedem Planeten ohne besondere Probleme und Hilfe von außen zu überleben. Das revolutionäre BIOS-3 Closed-Loop-Versorgungssystem, das weltweit keine Analoga hat, versorgte die Menschen darin fast vollständig mit Wasser, Sauerstoff und Nahrung. Es genügte, einen sehr kleinen Vorrat mitzunehmen, und dann wurde alles von der Anlage selbst produziert und gereinigt.
Russian Planet hat herausgefunden, wie sibirische Wissenschaftler ihrer Zeit und ihren Kollegen voraus waren.
Mit Algen atmen
- Die ersten Experimente zur Schaffung geschlossener autonomer Lebenserhaltungssysteme begannen Ende der 1960er Jahre in Krasnojarsk, - der führende Forscher, wissenschaftlicher Sekretär des Instituts für Biophysik der sibirischen Abteilung der Russischen Akademie der Wissenschaften, Kandidat der biologischen Wissenschaften Yegor Zadereev sagt der RP-Korrespondent. - Wissenschaftler haben herausgefunden, dass zwei Menschen pro Jahr etwa 300 kg Sauerstoff, 2,5 Tonnen Wasser und 400 kg Nahrung benötigen, um zu leben. Gleichzeitig werden sie im gleichen Zeitraum 350 kg Kohlendioxid und eine Tonne Müll emittieren, die recycelt werden müssen. Es blieb zu überlegen, wie man ihnen all dies in einer von der Außenwelt isolierten Umgebung zur Verfügung stellen konnte.
Experten führten Experimente durch und bestätigten die Hypothese, dass das Entwicklungspotential eines lebenden Organismus höher ist als die realisierbaren Möglichkeiten. Als die einzellige Alge Chlorella unter ideale Bedingungen gebracht wurde, begann sie viel schneller zu wachsen und mehr Sauerstoff zu produzieren als in ihrer natürlichen Umgebung, und auch Kohlendioxid recycelt sie aktiver.
Algen in einem kleinen Tank begannen auszureichen, damit eine Person den ganzen Tag normal atmen konnte und ihr Gesicht in ein spezielles Loch steckte, das keine Luft von außen durchlässt. So schufen sie 1964 ein System mit einem geschlossenen Kreislauf der Sauerstoffreproduktion "BIOS-1", das einer Person beispielsweise beim Atmen in einem luftleeren Raum half. Dann konnten die Wissenschaftler die Verweildauer in einem geschlossenen Raum von 12 Stunden auf 30 Tage erhöhen. Später wurde auch der Wasseraustausch geschlossen, was ein 45-tägiges Experiment ermöglichte.
Algen waren jedoch nur nützlich, um eine Person mit Sauerstoff zu versorgen und Kohlendioxid loszuwerden. Wenn auf engstem Raum keine anderen Pflanzen stehen, müssen Sie auch Algen essen. Es mag genug Nährstoffe für den menschlichen Körper geben, aber die Aufrechterhaltung der psychischen Gesundheit bei einer solchen Diät wird problematisch sein.
1966 starteten Wissenschaftler Experimente mit Gemüse und Getreide und bauten daraufhin die BIOS-2-Installation. Es stellte sich heraus, dass, wenn für den gleichen Weizen ideale Wachstumsbedingungen geschaffen werden - ohne Temperaturänderungen, Wetteränderungen, Unkraut, er sechsmal im Jahr und um ein Vielfaches mehr als unter natürlichen Bedingungen liefert. Dabei stellten die Forscher fest, wie viel Weizen gesät werden muss, um eine Person zu ernähren.
Bionauten im Bunker
„Als der Begründer der russischen Kosmonautik, Sergei Korolev, auf die Experimente des Physikalischen Instituts der SB RAS aufmerksam wurde, interessierte er sich für sie und traf sich mit dem Gründer und Direktor des Krasnojarsker Instituts, Akademiemitglied Leonid Kirensky.“fährt Jegor Zaderejew fort. - Auf persönlichen Befehl von Korolev, der ein autonomes Lebenserhaltungssystem für die Mondstation benötigte, wurden Mittel für die Fortsetzung der Forschung bereitgestellt. Sie ermöglichten es in Rekordzeit, in nur sieben Jahren, ein künstliches Ökosystem „BIOS-3“zu schaffen.
Die Krasnojarsker Biophysiker erhielten damals viel Geld - 1 Million Rubel. Mit diesen Mitteln bauten sie bis 1972 einen von der Außenwelt isolierten Spezialbunker mit Edelstahlwänden, dessen Gesamtvolumen 315 Kubikmeter betrug. m und die Fläche beträgt 14x9x2,5 m.
Der Bunker war für drei Personen ausgelegt und in vier Teile unterteilt. Eine enthielt Wohnkabinen mit Betten, eine Küche-Esszimmer, ein Badezimmer und einen Arbeitsbereich - ein Werkstatt-Labor mit Ausrüstung für die Verarbeitung von Pflanzen, die Verwendung ungenießbarer Biomasse sowie mit Wasser- und Luftreinigungssystemen. Die anderen drei Teile waren für Pflanzen. Auf engstem Raum und unter künstlicher Beleuchtung wuchsen Algen und züchteten Sojabohnen, Salat, Gurken, Radieschen, Karotten, Rüben, Dill, Kohl, Kartoffeln und Zwiebeln. Sie regenerierten Wasser und Sauerstoff und versorgten die „Bionauten“mit allen für ihre Existenz notwendigen Nährstoffen, Vitaminen und Spurenelementen. Dort wuchs auch Zwergweizen mit sehr kurzem Stiel, der speziell vom Krasnojarsker Züchter Henrikh Lisovsky gezüchtet wurde: Der ungenießbare Teil der Ähre war minimal und es gab wenig Abfall. Sie gab eine Ernte von 200-300 Zentner pro Hektar. Und das zentralasiatische Kraut Chufa versorgte die Menschen mit Pflanzenöl.
Damit die Leute im "BIOS" mit der Außenwelt kommunizieren konnten, wurde ein versiegelter Bunker mit einem Fernseher und einem Telefon ausgestattet. Ein Kühl- und Stromversorgungssystem wurde installiert.
- In den frühen 1970er Jahren lebten erstmals drei Freiwillige aus den Reihen der Angestellten für sechs Monate - 180 Tage, vom 24. Dezember 1972 bis 22. Juni 1973 - im Bunker - sagt Jegor Zaderejew. „Der gesamte Sauerstoff, den sie einatmeten, stammte von den Pflanzen, die sie anbauten. Sie verarbeiteten auch Kohlendioxid. Anfänglich wurde das vorhandene Wasser aufbereitet und gereinigt, um viele Male verwendet zu werden.
Die nächste Kommunikationssitzung mit Testern in der BIOS-3-Installation läuft. Tester V. V. Terskikh (im Fenster), Foto 1973. Foto: photo.kirensky.ru
Die Versuchsteilnehmer aßen selbst angebautes Gemüse, sammelten und mahlten Weizen und backten daraus Brot. So erhielten sie täglich 300 Gramm Brot und 400 Gramm Gemüse. Tierische Protein-"Bionauten" lieferten Konserven und gefriergetrocknetes Fleisch. Ständige medizinische Beobachtungen zeigten, dass eine solche Diät sowie verarbeitetes und gereinigtes Wasser und Luft die Gesundheit der Freiwilligen nicht beeinträchtigten.
Der Versuch dauerte nur sechs Monate. Es wurde klar, dass es keinen Sinn hatte, es fortzusetzen: Das im BIOS erstellte geschlossene Lebenserhaltungssystem funktioniert einwandfrei. Ein künstlich geschaffener Förderer zur Herstellung von Wasser, Sauerstoff und Nahrung versagt nicht. Vorausgesetzt natürlich, dass eine große Menge Strom von außen kommt, aber dieses Problem im Weltraum oder auf einem der Planeten lässt sich leicht mit Hilfe eines Atomkraftwerks oder Sonnenkollektoren lösen.
Ein Jahr hinter einer verschlossenen Tür
An der Station „BIOS-3“, die eine außerirdische Besiedlung simuliert, fanden 10 Experimente zum autonomen Überleben statt. Daran nahmen Mannschaften von ein bis drei Personen teil. Ingenieur Nikolai Bugreev lebte länger im BIOS-3 als der Rest der "Bionauten" - insgesamt 13 Monate.
1968 wurde die Entwicklung von Krasnojarsk auf dem XIX. Kongress der Internationalen Astronautischen Föderation als einer der möglichen Prototypen eines biologischen Systems zur Sicherung des Lebens von Menschen in einer neuen Phase der Weltraumforschung - während langer Expeditionen - betrachtet. Dies ist zu einer weltweiten Anerkennung der Errungenschaften der sibirischen Biophysiker geworden.
Die Wissenschaftler mussten ein weiteres grundlegendes Problem lösen – wie man Menschen auf engstem Raum nicht nur mit pflanzlicher, sondern auch mit proteinhaltiger Nahrung versorgt. Einer der Schöpfer von BIOS-3, Akademiemitglied Iosif Gitelzon, hatte damals eine revolutionäre Idee - dafür gentechnisch veränderte Pflanzen zu verwenden, die das gewünschte tierische Protein produzieren würden. Ungelöst blieben auch die Probleme der natürlichen Verwertung pflanzlicher Biomasse und der Rückführung der vom menschlichen Körper ausgeschiedenen Salze in den intrasystemischen Stoffaustausch.
Wissenschaftler beschlossen, ein erfolgreiches Experiment auf der Erde im Weltraum zu wiederholen. Das Krasnojarsker Institut begann mit der Vorbereitung der ersten Behälter für den Anbau von Pflanzen in der Schwerelosigkeit, aber dann brach die Perestroika aus. Aufgrund des völligen Mangels an Geldern musste die einzigartige Forschung, die zu dieser Zeit keine Analoga auf der Welt hatte, gestoppt und BIOS-3 eingemottet werden.
Von links nach rechts - Teilnehmer des 6-monatigen Experiments in BIOS-3: M. P. Shilenko, V. V. Terskikh, N. I. Petrow, Foto 1973. Foto: photo.kirensky.ru
Wüstenarche
Nur 15 Jahre später, 1985, wurde in den Vereinigten Staaten ein Versuch unternommen, ein ähnliches Experiment durchzuführen.
Mit dem Geld des Multimillionärs Ed Bass wurde in Arizona eine riesige Basis "Biosphere-2" aus luftdichten Kuppeln mit einer Fläche von 12 Tausend Quadratmetern gebaut. m) Auf diesem riesigen Territorium haben Wissenschaftler terrestrische Landschaften reproduziert - Wüste, tropischer Wald, Savanne, sogar ein kleiner Ozean mit einem Korallenriff, Pflanzen gepflanzt und Hunderte von Tierarten hereingebracht. Es wurde davon ausgegangen, dass all dies von selbst wachsen und sich vermehren würde und die Freiwilligen des Experiments mit allem Notwendigen zum Leben versorgen würden.
„Es wurde jedoch sehr bald klar, dass es einen kritischen Sauerstoffmangel gab, wir mussten die Fenster öffnen, damit Luft von außen eindringen konnte“, sagt der korrespondierende Mitglied der Russischen Akademie der Wissenschaften, Doktor der biologischen Wissenschaften Sergej Olenin. - Dann begannen die Pflanzen zu schmerzen und zu sterben, einige Tierarten starben aus. Eine unglaubliche Anzahl von Kakerlaken und Ameisen gezüchtet. Es gab nicht genug Essen, es musste von draußen gebracht werden. Zwei Jahre später wurde das Experiment abgebrochen, obwohl die Macher von "Biosphere-2" hofften, dass das künstliche Ökosystem mindestens 100 Jahre autonom existieren könnte.
Nach einem gescheiterten ersten Versuch nahmen amerikanische Forscher Änderungen an der von ihnen geschaffenen künstlichen Welt vor und starteten 2007 ein zweites Experiment. Es wurde jedoch aus einem anderen Grund beendet: Einer der Mitglieder des neuen Freiwilligenteams griff während eines Streits andere an. Danach verlor der Investor das Interesse an dem Projekt, und nun wird diese "Arche Noah" mitten in der Wüste nur noch von Touristen besucht.
- Im vergangenen Jahr wurde in China ein weiteres Experiment zum autonomen Überleben durchgeführt. Es wurde "Lunar Palace-1" genannt, - fährt Sergey Olenin fort. - Wissenschaftler, die die Krasnojarsker Studien tatsächlich vollständig wiederholten, schafften es, die Teilnehmer zu 75% mit der notwendigen Nahrung zu versorgen, da der Proteinbedarf durch die von ihnen gezüchteten Würmer gedeckt wurde. So schafften sie es, drei Monate offline zu leben.
Eine Welt zum Experimentieren
Jetzt hat die Europäische Weltraumorganisation begonnen, Interesse an der Krasnojarsker Forschung zu zeigen. Mit dem in Form von Zuschüssen erhaltenen Geld werden kleine Experimente am Institut für Biophysik der SB RAS durchgeführt, moderne Geräte für den Ende der 1960er Jahre gebauten Bunker angeschafft. Für die Aufzucht von Pflanzen wird ein künstlicher erdähnlicher Bodengrund geschaffen. Zur physikalisch-chemischen Technologie des Abbaus organischer Stoffe zu mineralischen Stoffen, die in Form von Salzen für das Pflanzenwachstum wieder in den Kreislauf zurückgeführt werden können, laufen Versuche. Die Verwendung von Landschnecken zur Produktion von Proteinen, die der Mensch benötigt, wird untersucht.
Es gibt jedoch nicht genügend Mittel für eine umfassende Forschung - dafür sind mehrere Dutzend Millionen Dollar erforderlich. Jeder versteht, dass die Arbeit an der Schaffung geschlossener Lebenserhaltungssysteme wieder aufgenommen werden muss, da ohne sie keine ernsthafte Weltraumforschung in Frage kommen kann, aber alles von den Finanzen abhängt. BIOS-3 ist leer. Obwohl dies das erfolgreichste experimentelle System ist, befriedigt es den menschlichen Bedarf an Wasser, Luft und pflanzlicher Nahrung durch einen geschlossenen biologischen Kreislauf vollständig. Es könnte bereits eingesetzt werden, allerdings noch nicht auf dem Mars oder anderen Planeten, sondern auf der Erde. Tatsächlich ist es mit seiner Hilfe möglich, die Umweltschäden, die unweigerlich vom Menschen verursacht werden, hundertfach zu reduzieren, da Sie mit BIOS-3 ein Minimum an Ressourcen verbrauchen und fast keinen Abfall produzieren. Geschlossene Häuser würden die Umwelt drastisch entlasten und könnten die Menschen auch dort mit allem versorgen, wo sie schwer oder teuer zu erreichen sind, zum Beispiel in entlegenen arktischen Zonen, Wüsten oder im Hochland, unter Wasser.
- Eine andere Möglichkeit, "BIOS" zu nutzen, besteht darin, darin Experimente durchzuführen, die noch niemand auf der Welt durchführt. Alle reden nur davon, was passiert, wenn beispielsweise der Methangehalt in der Atmosphäre einen kritischen Wert erreicht. Kommt es zu einer Katastrophe oder nicht? Und in Krasnojarsk spreche man vielleicht nicht darüber, sondern prüfe, was daraus in einem kleinen geschlossenen Ökosystem passiert, sagt Sergej Olenin. - Und dies ist nur eines der möglichen Experimente, die vielleicht nicht einmal eine enorme, aber kolossale Bedeutung für die gesamte Menschheit haben. Es ist möglich, die Prozesse der Stoffzirkulation in der Biosphäre der Erde zu studieren und nicht nur den Menschen auf anderen Planeten zu helfen, zu überleben.
