Cómo se creó en Krasnoyarsk la primera instalación del mundo para la supervivencia autónoma en el espacio
En la película "El marciano", el héroe tuvo que esperar a que la próxima expedición llegara al Planeta Rojo con un pequeño suministro de agua, comida y aire. El cine estadounidense intentó descubrir cómo hacer esto, y los científicos soviéticos resolvieron un problema similar incluso antes de que Andy Weyer escribiera un libro sobre la supervivencia en Marte.
Hace medio siglo, se creó un dispositivo en el Instituto de Física de Krasnoyarsk del SB RAS que ayudaría a un astronauta a sobrevivir en cualquier planeta sin problemas especiales y sin ayuda externa. El revolucionario sistema de suministro de circuito cerrado BIOS-3, que no tiene análogos en el mundo, proporcionó casi por completo a las personas que se encuentran dentro de él agua, oxígeno y alimentos. Bastaba con llevarse un suministro muy pequeño, y luego todo fue producido y limpiado por el propio sistema.
Russian Planet descubrió cómo los científicos siberianos pudieron adelantarse a su tiempo y a sus colegas.
Respira con algas
- Los primeros experimentos sobre la creación de sistemas de soporte vital autónomos cerrados comenzaron en Krasnoyarsk a fines de la década de 1960, - el investigador principal, secretario científico del Instituto de Biofísica de la Rama Siberiana de la Academia de Ciencias de Rusia, Candidato de Ciencias Biológicas Yegor Zadereev le dice al corresponsal de RP. - Los científicos han descubierto que para que dos personas vivan un año, necesitan unos 300 kg de oxígeno, 2,5 toneladas de agua y 400 kg de comida. Al mismo tiempo, durante el mismo período, emitirán 350 kg de dióxido de carbono y una tonelada de residuos, que deben ser reciclados. Quedaba por descubrir cómo proporcionarles todo esto en un entorno aislado del mundo exterior.
Los expertos realizaron experimentos y confirmaron la hipótesis de que el potencial de desarrollo de un organismo vivo es mayor que las posibilidades realizables. Cuando el alga unicelular Chlorella se colocó en condiciones ideales, comenzó a crecer mucho más rápido y a producir más oxígeno que en su entorno natural, y también a reciclar más activamente el dióxido de carbono.
Las algas en un tanque pequeño comenzaron a ser suficientes para que una persona pudiera respirar con normalidad todo el día, colocando su rostro en un orificio especial que no deja pasar el aire del exterior. Así que en 1964 crearon un sistema con un ciclo cerrado de reproducción de oxígeno "BIOS-1", que ayudaba a una persona a respirar en un espacio sin aire, por ejemplo, en el espacio. Luego, los científicos pudieron aumentar el tiempo pasado en una habitación cerrada de 12 horas a 30 días. Posteriormente, también se cerró el intercambio de agua, lo que permitió realizar un experimento de 45 días.
Sin embargo, las algas eran útiles solo para proporcionar oxígeno a una persona y eliminar el dióxido de carbono. Si no hay otras plantas en un espacio confinado, también tendrás que comer algas. Puede haber suficientes nutrientes para el cuerpo humano, pero mantener la salud mental con una dieta así será problemático.
En 1966, los científicos lanzaron experimentos con verduras y cereales y, como resultado, construyeron la instalación BIOS-2. Resultó que si se crean las condiciones ideales para el crecimiento para el mismo trigo, sin cambios de temperatura, cambios en el clima, malezas, rendirá seis veces al año y varias veces más que en condiciones naturales. En el camino, los investigadores establecieron cuánto trigo se debe sembrar para alimentar a una persona.
Bionauts en el búnker
“Cuando el fundador de la cosmonáutica rusa, Sergei Korolev, se enteró de los experimentos llevados a cabo en el Instituto de Física del SB RAS, se interesó por ellos y se reunió con el fundador y director del Instituto Krasnoyarsk, el académico Leonid Kirensky”. continúa Yegor Zadereev. - Por orden personal de Korolev, que necesitaba un sistema autónomo de soporte vital para la estación en la Luna, se asignaron fondos para continuar la investigación. Hicieron posible en un tiempo récord, en solo siete años, crear un ecosistema artificial "BIOS-3".
Los biofísicos de Krasnoyarsk recibieron mucho dinero por esos tiempos: 1 millón de rublos. Con estos fondos, en 1972 construyeron un búnker especial aislado del mundo exterior con paredes de acero inoxidable, cuyo volumen total fue de 315 metros cúbicos. my el área es 14x9x2,5 m.
El búnker fue diseñado para acomodar a tres personas y se dividió en cuatro partes. Uno contenía cabañas de estar con camas, cocina-comedor, baño y área de trabajo, un taller-laboratorio con equipo para procesar cultivos, utilizando biomasa no comestible, así como con sistemas de purificación de agua y aire. Las otras tres partes fueron para plantas. En un espacio cerrado y bajo iluminación artificial, crecieron algas, así como variedades de cultivo de soja, lechuga, pepinos, rábanos, zanahorias, remolachas, eneldo, repollo, papas y cebollas. Regeneraron agua y oxígeno, y también proporcionaron a los "bionauts" todos los nutrientes, vitaminas y microelementos necesarios para su existencia. El trigo enano con un tallo muy corto, especialmente criado por el criador de Krasnoyarsk Henrikh Lisovsky, también crecía allí: la parte no comestible de la mazorca tenía un tamaño mínimo y había poco desperdicio. Dio una cosecha de 200-300 céntimos por hectárea. Y la hierba chufa de Asia Central proporcionó a la gente aceite vegetal.
Para que las personas dentro de "BIOS" pudieran comunicarse con el mundo exterior, se proporcionó un búnker sellado con un televisor y un teléfono. Se instaló un sistema de refrigeración y suministro de energía.
- A principios de la década de 1970, tres voluntarios de entre los empleados vivieron por primera vez en el búnker durante seis meses: 180 días, desde el 24 de diciembre de 1972 hasta el 22 de junio de 1973, dice Yegor Zadereev. “Todo el oxígeno que respiraron provenía de las plantas que cultivaron. También procesaron dióxido de carbono. Inicialmente, el suministro de agua disponible se procesó y purificó para ser utilizado muchas veces.
La próxima sesión de comunicación con probadores en la instalación de BIOS-3 está en curso. Probador V. V. Terskikh (en la ventana), foto 1973. Foto: photo.kirensky.ru
Los participantes en el experimento comieron vegetales que ellos mismos cultivaron, recolectaron y molieron trigo y hornearon pan con ellos. Entonces recibieron 300 gramos de pan y 400 gramos de verduras por día. Los "bionautos" de proteínas animales proporcionaban alimentos enlatados y carne liofilizada. Las constantes observaciones médicas mostraron que dicha dieta, así como el agua y el aire procesados y purificados, no afectaron negativamente la salud de los voluntarios.
El experimento duró solo seis meses. Quedó claro que no tenía sentido continuarlo: el sistema de soporte vital cerrado creado en BIOS funciona a la perfección. Un transportador creado artificialmente para la producción de agua, oxígeno y alimentos no falla. Eso sí, siempre que una gran cantidad de electricidad provenga del exterior, pero este problema en el espacio o en cualquiera de los planetas se resuelve fácilmente con la ayuda de una central nuclear o paneles solares.
Un año detrás de una puerta sellada
En la estación "BIOS-3", que simula un asentamiento extraterrestre, se llevaron a cabo 10 experimentos de supervivencia autónoma. En ellos participaron tripulaciones de una a tres personas. El ingeniero Nikolai Bugreev vivió en BIOS-3 más tiempo que el resto de los "bionautos", un total de 13 meses.
En 1968, el desarrollo de Krasnoyarsk fue considerado en el XIX Congreso de la Federación Astronáutica Internacional como uno de los posibles prototipos de un sistema biológico para asegurar la vida de las personas en una nueva etapa de la exploración espacial, durante largas expediciones. Esto se ha convertido en un reconocimiento mundial de los logros de los biofísicos siberianos.
Los científicos tuvieron que resolver un problema fundamental más: cómo proporcionar a las personas en un espacio confinado no solo alimentos vegetales, sino también alimentos proteicos. Uno de los creadores de BIOS-3, el académico Iosif Gitelzon, presentó una idea revolucionaria en ese momento: usar plantas genéticamente modificadas para esto, que producirían la proteína animal deseada. Los problemas de la utilización natural de la biomasa vegetal y el retorno de la sal excretada del cuerpo humano al intercambio de masas intrasistémico también quedaron sin resolver.
Los científicos decidieron repetir un experimento exitoso en la Tierra en el espacio. El Instituto Krasnoyarsk comenzó a preparar los primeros contenedores para cultivar plantas en gravedad cero, pero luego estalló la perestroika. Debido a la falta total de fondos, la investigación única que no tenía análogos en el mundo en ese momento tuvo que detenerse y BIOS-3 fue suspendido.
De izquierda a derecha: participantes del experimento de 6 meses en BIOS-3: M. P. Shilenko, V. V. Terskikh, N. I. Petrov, foto 1973. Foto: photo.kirensky.ru
Arca del desierto
Solo 15 años después, en 1985, se intentó en Estados Unidos realizar un experimento similar.
Con el dinero del multimillonario Ed Bass, se construyó en Arizona una base gigante "Biosphere-2" a partir de cúpulas herméticas que cubren un área de 12 mil metros cuadrados. m) En este vasto territorio, los científicos han reproducido paisajes terrestres: desierto, bosque tropical, sabana, incluso un pequeño océano con un arrecife de coral, plantaron plantas y trajeron cientos de especies animales. Se asumió que todo esto crecería y se multiplicaría por sí solo y proporcionaría a los voluntarios del experimento todo lo necesario para la vida.
"Sin embargo, muy pronto se hizo evidente que había una falta crítica de oxígeno, tuvimos que abrir las ventanas para que el aire pudiera entrar desde el exterior", dice el miembro correspondiente de la Academia de Ciencias de Rusia, el doctor en ciencias biológicas Sergei Olenin. - Entonces las plantas empezaron a doler y a morir, algunas especies de animales se extinguieron. Se crió una cantidad increíble de cucarachas y hormigas. No había suficiente comida, había que traerla de fuera. Dos años más tarde, el experimento se terminó, aunque los creadores de "Biosphere-2" esperaban que el ecosistema artificial pudiera existir de forma autónoma durante al menos 100 años.
Después de un primer intento fallido, los investigadores estadounidenses realizaron cambios en el mundo artificial que crearon y lanzaron un segundo experimento en 2007. Sin embargo, fue cancelado por otro motivo: uno de los miembros del nuevo equipo de voluntarios atacó a otros durante una discusión. Después de eso, el inversionista perdió interés en el proyecto, y ahora esta "Arca de Noé" en medio del desierto es visitada solo por turistas.
- El año pasado se llevó a cabo otro experimento de supervivencia autónoma en China. Fue nombrado "Palacio Lunar-1", continúa Sergey Olenin. - Los científicos, que en realidad repitieron por completo los estudios de Krasnoyarsk, lograron proporcionar a los participantes toda la comida necesaria en un 75% debido al hecho de que la necesidad de proteínas fue satisfecha por los gusanos que criaron. Así que se las arreglaron para vivir sin conexión durante tres meses.
Un mundo para experimentar
Ahora, la Agencia Espacial Europea ha comenzado a mostrar interés en la investigación de Krasnoyarsk. Con el dinero recibido en forma de subvenciones, se llevan a cabo pequeños experimentos en el Instituto de Biofísica de la SB RAS, se adquieren equipos modernos para el búnker, construido a finales de la década de 1960. Se crea un sustrato similar al suelo artificial para el cultivo de plantas. Se están realizando experimentos sobre la tecnología fisicoquímica de descomposición de sustancias orgánicas en sustancias minerales, que pueden volver a la circulación en forma de sales para el crecimiento de las plantas. Se está estudiando el uso de caracoles terrestres para la producción de proteínas que necesitan los seres humanos.
Sin embargo, no hay fondos suficientes para la investigación a gran escala; esto requiere varias decenas de millones de dólares. Todos entienden que es necesario retomar el trabajo en la creación de sistemas de soporte vital cerrados, ya que sin ellos no puede haber una exploración espacial seria, pero todo depende de las finanzas. BIOS-3 está vacío. Aunque este es el sistema experimental más exitoso, satisface completamente las necesidades humanas de agua, aire y alimentos vegetales a través de un ciclo biológico cerrado. Ya podría usarse, aunque todavía no en Marte u otros planetas, sino en la Tierra. De hecho, con su ayuda, es posible reducir cientos de veces el daño al medio ambiente, que inevitablemente es causado por los humanos, ya que BIOS-3 permite consumir un mínimo de recursos y no producir casi ningún desperdicio. Las casas de circuito cerrado reducirían drásticamente la carga sobre el medio ambiente y también podrían proporcionar a las personas todo lo que necesitan donde sea difícil o costoso llegar, por ejemplo, en zonas árticas remotas, desiertos o en las tierras altas, bajo el agua.
- Otra opción para usar "BIOS" es realizar experimentos en él, que nadie en el mundo está realizando todavía. Todo el mundo habla simplemente de lo que sucederá si, por ejemplo, el nivel de metano en la atmósfera alcanza un nivel crítico. ¿Habrá un desastre o no? Y en Krasnoyarsk, es posible que no hablen de eso, pero verifique qué sucederá como resultado de un pequeño ecosistema cerrado, dice Sergei Olenin. - Y este es solo uno de los posibles experimentos, que puede que ni siquiera tenga un significado enorme, pero colosal, para toda la humanidad. Es posible estudiar los procesos de circulación de sustancias en la biosfera de la Tierra, y no solo ayudar a las personas a sobrevivir en otros planetas.
