Kapan, akhirnya, jejak kita akan tetap berada di jalur berdebu di planet-planet yang jauh? Umat manusia terus-menerus mempersiapkan jawaban untuk pertanyaan ini, melakukan penelitian skala besar dan menciptakan teknologi untuk pengembangan dunia lain.
Kata-kata Konstantin Tsiolkovsky, yang mengatakan lebih dari seabad yang lalu, "Umat manusia tidak akan tetap selamanya di Bumi …" sebenarnya baru mulai menjadi kenyataan. Sejauh ini, seseorang dapat pindah dari planet asalnya hanya dengan jarak orbit bulan, tetapi bahkan di orbit yang lebih rendah, teknologi modern tidak dapat menyediakan penerbangan berawak otonom yang berlangsung lebih dari 3-4 bulan: setelah itu, awak pesawat ruang angkasa pasti akan membutuhkan bahan habis pakai yang dikirimkan dari Bumi.
Masih belum mungkin untuk mengatur nutrisi yang memadai, pasokan air, pasokan oksigen yang konstan, dan pembuangan produk limbah yang efektif dalam isolasi dari biosfer bumi.
Pada tahap ini, jawaban atas pertanyaan "Bagaimana cara bertahan hidup di luar angkasa?" terdengar seperti ini: "bawa bersamamu" bagian minimum tertentu yang diperlukan dari biosfer ini, "memaksanya" untuk berfungsi dalam kondisi gravitasi rendah, ruang terbatas yang kecil, dan radiasi energi tinggi yang berlebihan.
Sayangnya, semua upaya untuk menerapkan siklus tertutup seperti itu, bahkan dalam kondisi "tanah" yang lebih ringan, tidak dapat disebut berhasil. Yang paling terkenal tidak diragukan lagi adalah proyek Amerika "Biosphere-2", yang dilakukan oleh Space Biosphere Ventures (sebagian besar didanai oleh miliarder Edward Bass).
Nasib "Biosfer"
Pada musim panas 1991, di daerah gurun dekat kota Oracle (Arizona), pembangunan struktur skala besar selesai, termasuk struktur kaca-logam besar yang menutupi area seluas 1,27 hektar.
Video promosi:
Bersama dengan bangunan tambahan, itu adalah sistem kedap udara dengan volume 203.760 m3. Berbagai bioma telah dimodelkan dalam volume ini: hutan hujan, sabana, semak kaku Mediterania, gurun, air tawar dan rawa asin (bakau), dan bahkan samudra mini dengan terumbu karang yang hidup.
MARS-500
Dalam persiapan untuk penerbangan berawak ke Mars, spesialis Rusia meluncurkan eksperimen skala besar "Mars-500". Tujuan utama dari proyek ini adalah untuk mempelajari fitur-fitur hidup berdampingan dari enam orang di ruangan yang terisolasi dalam waktu yang lama dalam kondisi komunikasi yang terbatas dengan Bumi. Kompleks Mars-500 bukanlah sistem yang tertutup secara biologis, tugas mempelajari kemungkinan swasembada awak tidak diajukan untuk waktu yang lama. Percobaan berlangsung 519 hari - dari 3 Juni 2010 sampai 4 November 2011.
Benar, "representasi" relatif mereka sangat berbeda dari yang asli - khususnya, lautan kurang dari sepertiga dari "Biosfer", sedangkan di Bumi ruang air menempati 71% permukaan. Semua keanekaragaman hayati ini telah "dihuni" dengan hampir empat ribu spesies hewan, tumbuhan dan mikroorganisme.
Komposisi spesies mereka dipilih untuk mensimulasikan siklus zat biosferik, termasuk produksi dan dekomposisi bahan organik (termasuk dekomposisi alami dari kotoran manusia). Kompresor raksasa menyesuaikan tekanan internal agar sesuai dengan tekanan eksternal, meminimalkan kebocoran udara.
Pada 26 September 1991, delapan orang - empat pria dan empat wanita - menjadi bagian dari biosfer buatan. Mereka menghabiskan tepat dua tahun dalam isolasi total dari dunia luar (namun, memiliki kesempatan untuk berkomunikasi dengannya di telepon). Mereka harus menggunakan penghuni "Biosfer-2" lainnya sebagai produk makanan - ikan, udang, kambing, ayam dan babi, serta sayuran dan buah-buahan yang ditanam di area yang ditentukan secara khusus.
Diasumsikan bahwa kompleks akan berfungsi secara otonom, karena ia memiliki semua kondisi untuk sirkulasi normal zat. Cahaya matahari, menurut para ilmuwan, seharusnya sudah cukup untuk reproduksi oksigen oleh tumbuhan sebagai hasil fotosintesis, pemberian cacing dan mikroorganisme pengolahan limbah, serangga - penyerbukan tumbuhan, dll. Sirkulasi dan pemurnian air dilakukan berkat pengoperasian kerai yang mengatur penerangan matahari, yang menyebabkan arus konveksi udara hangat, yang berkontribusi pada penguapan dari permukaan "laut".
Kelembaban kondensasi turun dalam bentuk hujan di atas "hutan tropis". Dari sana ia meresap ke dalam “rawa-rawa” dan kembali memasuki “lautan” melalui penyaring tanah. Dalam proses fotosintesis, karbon dioksida yang dilepaskan selama respirasi diserap dan, secara teori, kandungan oksigen yang dibutuhkan di udara harus dipertahankan. Akan tetapi, baik peserta langsung dalam eksperimen maupun para pemimpinnya "dari luar" bisa sampai batas tertentu mengganggu pengoperasian sistem pendukung kehidupan.
Semua produk limbah diuraikan dengan metode biologis, memberikan nutrisi bagi tanaman, beberapa di antaranya, pada gilirannya, disajikan sebagai makanan bagi manusia, ikan, dan hewan peliharaan. Penggunaan bahan kimia beracun (insektisida dan pestisida) sama sekali tidak termasuk. Pengendalian hama dilakukan dengan metode "alami" - mereka dikumpulkan dan dihancurkan dengan tangan atau dibesarkan musuh alami mereka.
Penggunaan sumber energi yang mencemari lingkungan, seperti nyala api, juga tidak diperbolehkan. Panel surya menyediakan energi untuk memasak, penerangan, dan menyalakan peralatan.
Tampaknya semuanya diperhitungkan dan dunia yang ideal dibangun … namun, masalah tidak lama datang. Biosfer-2 ternyata terlalu banyak penduduknya. Masyarakat tidak memiliki cukup makanan berkalori tinggi - mereka harus menanam pisang dan pepaya di "hutan", memadatkan penanaman sereal tanpa menambah luas areal dan memperkenalkan distribusi makanan.
Di atas "gurun" di atap kaca di pagi hari, air mengembun dan hujan turun. Tidak mungkin untuk menghilangkannya, sehingga gurun perlahan-lahan "berubah" menjadi padang rumput. Beberapa bulan kemudian, mahkota banyak pohon mulai patah karena beratnya sendiri: ternyata untuk pembentukan kayu normal, faktor yang tampaknya tidak signifikan seperti angin sangat diperlukan.
Kebun sayur Ukraina di orbit
Kosmonot pertama Ukraina independen Leonid Kadenyuk terlibat dalam penelitian di bidang biologi ruang angkasa selama penerbangannya di pesawat ulang-alik Columbia. Mereka termasuk, khususnya, percobaan pada penyerbukan buatan pada kedelai dan kecambah rapeseed untuk mendapatkan benih dalam gravitasi nol. Studi ini memiliki tujuan praktis: awak pesawat ruang angkasa antarplanet yang terbang ke planet yang jauh pasti membutuhkan "taman luar angkasa" yang akan menyediakan makanan dan oksigen bagi astronot.
Reproduksi serangga dan mikroorganisme yang tidak terkontrol dengan cepat, yang secara aktif menyerap oksigen, dimulai dengan sangat cepat. Kandungannya di udara turun menjadi 14% (pada norma 21%) - ini sesuai dengan tekanan parsial pada ketinggian 4080 m di atas permukaan laut. Akibatnya, kondisi kesehatan penghuni "Biosfer-2" semakin memburuk, dan kapasitas kerja mereka sangat menurun. Salah satu wanita memotong jarinya saat bekerja di peralatan pertanian. Tidak mungkin menjahitnya sendiri, dan korban harus dievakuasi "ke dunia besar".
Belakangan, "kemurnian eksperimen" benar-benar dilanggar: karena fenomena iklim "El Niño" yang diaktifkan secara berlebihan, langit di Arizona lebih sering tertutup awan daripada yang diharapkan, dan tidak ada cukup sinar matahari untuk mereproduksi oksigen selama fotosintesis.
Untuk menghindari konsekuensi serius, Edward Base memutuskan untuk mulai memompa gas di bawah kubah ini dari luar. Secara total, lebih dari 20 ton harus dipompa. Sementara itu, "eksperimental", selain pekerjaan utama mereka, membasmi kecoak dan semut yang dibesarkan secara berlebihan (kebanyakan mereka hanya menekan - mereka tidak dapat menemukan serangga ini di antara penghuni "Biosfer").
Dengan cepat, tim terpecah menjadi dua kelompok yang berlawanan, salah satunya menuntut penghentian segera percobaan, dan yang kedua bersikeras bahwa itu perlu untuk "berpegang pada akhir." Karena keinginan untuk "bertahan" juga dimiliki oleh manajemen proyek, kedua kelompok dipaksa untuk hidup berdampingan di bawah satu atap hingga 26 September 1993, ketika tujuh penghuni "surga duniawi" yang kurus dan kelelahan akhirnya meninggalkannya. Tetapi bahkan 20 tahun kemudian, perwakilan dari kelompok yang berbeda dengan rajin menghindari pertemuan dan komunikasi lainnya.
Para ilmuwan tidak ingin meninggalkan kompleks yang unik, oleh karena itu, pada akhir 1993, pemulihannya dimulai: dalam dua tahun percobaan, desain "Biosfer-2" dan banyak sistemnya benar-benar usang. Pada 6 Maret 1994, kubah menerima tujuh "penghuni" baru, termasuk seorang wanita. Mempertimbangkan pengalaman pendahulu mereka, lima di antaranya dapat menghabiskan enam bulan dalam sistem tertutup - hingga 6 September (meskipun percobaan sepuluh bulan awalnya diumumkan) - dan berhasil mengatur swasembada makanan, tetapi masalah dengan reproduksi mikroba dan serangga yang tidak terkendali tidak dapat diselesaikan.
5 April 1994 Abigail Elling dan Mark Van Thillo (Abigail Ailing, Mark Van Thillo) - dua peserta dalam percobaan pertama - berhasil membuka satu airlock dan tiga pintu keluar darurat, memecahkan sesak kompleks selama seperempat jam. Mereka juga menghancurkan lima panel atap kaca. Elling menjelaskan tindakannya dengan fakta bahwa dia ingin memberi orang-orang di dalamnya pilihan antara kebebasan dan "pemenjaraan".
Pada tanggal 1 Juni 1994, Space Biospheres Ventures secara resmi tidak ada lagi, mentransfer semua bisnis (termasuk eksperimen kedua) ke tim manajemen sementara yang dipekerjakan oleh Decisions Investment Co.
Pada pertengahan tahun 1996, setelah pengelolaan "Biosfer" dipindahkan ke Universitas Columbia (New York City), para ilmuwan meluncurkan percobaan baru di dalamnya, kali ini tanpa partisipasi orang. Mereka akan mencari tahu apakah hasil benar-benar meningkat dengan peningkatan persentase karbon dioksida (dan sampai batas apa), apa yang terjadi pada kelebihan karbon dioksida dan di mana terakumulasi, dan juga apakah proses pembalikan bencana mungkin terjadi dengan peningkatan kandungan CO2 di atmosfer yang tidak terkendali. Tidak mungkin mendapatkan jawaban yang jelas atas pertanyaan-pertanyaan ini.
Untuk waktu yang lama, kompleks ilmiah digunakan untuk praktik siswa, dan pada tahun 2005 dijual. Pembeli hanya ditemukan pada musim panas 2007. Itu Ranching & Development, yang dimaksudkan untuk membangun hotel dan kompleks pendidikan di dekatnya, dan Biosphere-2 itu sendiri akan menjadi objek wisata yang dapat diakses publik. Pada tanggal 26 Juli 2007, laboratorium unik dipindahkan ke pembuangan Universitas Arizona.
… Di salah satu dinding bagian dalam "Biosfer" masih ada beberapa baris yang ditulis oleh salah satu peserta misi pertama: "Hanya di sini kami merasakan betapa bergantungnya pada alam sekitarnya. Jika tidak ada pohon, kami tidak akan bernafas; jika air tercemar, kami tidak akan punya apa-apa untuk diminum. " Kebijaksanaan yang diperoleh dengan susah payah ini mungkin merupakan hasil terpenting dari eksperimen yang ambisius.
Proyek BIOS
Penelitian tentang kemungkinan menciptakan sistem biofisik yang stabil dari biosintesis berkelanjutan dimulai segera setelah penerbangan luar angkasa berawak pertama. Salah satu karya paling menarik dan sukses ke arah ini adalah proyek BIOS, yang diluncurkan oleh karyawan Institut Biofisika Krasnoyarsk (USSR, sekarang Federasi Rusia). Di sana, sistem pendukung kehidupan dikembangkan untuk manusia tinggal di luar angkasa, dalam kondisi ekstrim garis lintang kutub, gurun, dataran tinggi, di bawah air.
Pada tahun 1964, dalam sistem BIOS-1, sistem pendukung kehidupan human-chlorella dua tautan, ditutup pada pertukaran gas, diimplementasikan. Alga menyerap karbon dioksida dan menghasilkan oksigen, tetapi tidak dapat digunakan untuk makanan.
Dalam kompleks BIOS-2, yang mulai dibuat pada tahun 1965, selain ganggang, tanaman tingkat tinggi juga terlibat - gandum, sayuran. Pada tahun 1968, percobaan pertama dilakukan dalam sistem tiga tautan "manusia - mikroalga - tumbuhan tingkat tinggi". Mencapai 85% penggunaan kembali air. Berdasarkan eksperimen ini, BIOS-3 diciptakan - sistem pendukung kehidupan manusia ekologis tertutup dengan kontrol otonom.
Skema pertukaran gas dan air di kompleks percobaan "Bios-3". Jalur gas ditunjukkan dengan garis oranye, air - hitam. Panah biru menunjukkan arah perjalanan. Huruf menunjukkan: B - pembudidaya alga chlorella, G - blower gas, filter U - arang, C - pengumpul air limbah di dapur dan toilet, Q - pengumpul kondensat kelembaban di fitotron, D - tangki untuk merebus dan menyimpan air rumah tangga, pengumpul-M urin, F - unit untuk pemurnian penyerapan air minum.
Pembangunan kompleks BIOS-3 selesai pada tahun 1972. Di ruang bawah tanah Institut Biofisika di Krasnoyarsk Academgorodok, sebuah ruangan tertutup dengan dimensi 14x9x2,5 m dan volume sekitar 315 m3 dibangun. Itu dibagi menjadi 4 kompartemen yang sama, dua di antaranya ditempati oleh fitotron untuk menanam tanaman, satu oleh pembudidaya mikroalga, dan yang terakhir adalah blok hidup dengan kabin kru, peralatan rumah tangga dan tambahan. Kompartemennya dihubungkan dengan pintu tertutup.
Berdasarkan BIOS-Z, 10 percobaan dilakukan dengan kru yang terdiri dari satu hingga tiga orang. Yang paling lama berlangsung 180 hari (1972-1973). Itu mungkin untuk mencapai "penutupan" lengkap dari sistem gas dan air, kebutuhan kru akan makanan terpenuhi hingga 80% dengan mengorbankan sumber daya internal. Insinyur Nikolai Bugreev tinggal di kompleks paling lama (total 13 bulan).
Di rumah kaca di bawah pencahayaan buatan, varietas khusus gandum, kedelai, selada, chufa (tanaman biji minyak Asia Tengah), wortel, lobak, bit, kentang, mentimun, coklat kemerah-merahan, kubis, adas manis dan bawang bombay ditanam. Gandum kerdil, yang dibudidayakan oleh Profesor G. M. Lisovsky, telah memendekkan batangnya, yang memungkinkan pengurangan jumlah limbah. Makanan kaleng dengan produk hewani juga digunakan untuk makanan.
Di akhir tahun 80-an, eksperimen di BIOS-Z untuk sementara dihentikan.
Pada tahun 1991, Pusat Internasional untuk Sistem Ekologi Tertutup didirikan di bawah kepemimpinan Akademisi I. I. Gitelzon, yang menjadi subdivisi struktural Institut Biofisika Krasnoyarsk, Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia Cabang Siberia. Tujuan penelitiannya adalah membuat prototipe dan model kerja ekosistem tertutup untuk penunjang kehidupan manusia jangka panjang di kondisi terestrial dan luar angkasa yang ekstrim dengan dasar mempelajari proses peredaran zat di biosfer bumi.
Pengembangan model biosistem baru dimulai di Krasnoyarsk pada tahun 2005 dengan dukungan Badan Antariksa Eropa. Saat ini, dalam rangka proyek ini, sedang dilakukan penelitian di bidang pengolahan sampah dan penanaman tanaman di ekosistem tertutup.
NASA merancang biosistem
Pakar NASA, tentu saja, tidak dapat menjauh dari pengembangan biosistem tertutup, yang nantinya dapat digunakan untuk mendukung awak stasiun luar angkasa dan kapal antarplanet. Pencapaian mereka di bidang ini jauh lebih kecil, tetapi mereka memiliki kesuksesan komersial yang nyata.
Ini adalah modul biologi yang disebut Ecosphere, yaitu akuarium bola kaca tertutup berdiameter 10-20 cm, berisi air laut dengan gelembung udara kecil dan “dihuni” dengan beberapa udang Halocaridina rubra, potongan karang, alga hijau, dan bakteri pemecah makanan. fungsi vital udang. Di bagian bawah akuarium, bukan karena alasan estetika, beberapa pasir dan kerang dituangkan.
Menurut jaminan pabrikan, seluruh dunia ini seharusnya benar-benar otonom untuk waktu yang tidak terbatas - hanya membutuhkan sinar matahari dan mempertahankan suhu yang kurang lebih konstan. Udang berkembang biak dan mati, tanpa melebihi jumlah yang dapat "diberi makan" oleh sumber daya yang tersedia. Ecosphere segera menjadi sangat populer.
Benar, segera menjadi jelas bahwa "keabadian" nya hanya 2-3 tahun, setelah itu keseimbangan biologis di dalam akuarium terganggu dan penghuninya mati. Meskipun demikian, akuarium kedap udara masih populer hingga saat ini - bagaimanapun juga, setiap peradaban memiliki "umur simpan" sendiri-sendiri, dan bahkan dua tahun menurut standar udang tidak terlalu buruk.
"Ruang sarang semut" di atas meja Anda
Semut adalah makhluk luar biasa. Mereka ditemukan di hampir semua zona alami (kecuali gurun kutub). Nenek moyang kuno mereka, sedikit berbeda dari perwakilan modern keluarga ini, hidup di Bumi lebih dari 100 juta tahun yang lalu, sebagaimana dibuktikan dengan sisa-sisa mereka yang ditemukan di lumpur yang membatu. Sangat mungkin bahwa bahkan mereka memiliki keterampilan sebagai "komunitas kolektif" dan dibagi lagi menjadi "kasta" - semut pekerja, pejuang, pemburu, dll.
Ada lebih dari 12,5 ribu spesies semut yang diklasifikasikan saja Jumlah total serangga ini di Bumi bisa mencapai satu kuadriliun (satu juta miliar, atau 1015). Dengan massa rata-rata satu spesimen sekitar 3 mg, total biomassa mereka ternyata hanya urutan besarnya lebih kecil dari biomassa manusia, sementara ada sekitar ratusan ribu semut per orang. Jelaslah bahwa keluarga besar makhluk hidup adalah salah satu elemen terpenting biosfer. Oleh karena itu, myrmecologists (myrmecology adalah cabang dari entomologi yang mempelajari semut) secara aktif terlibat dalam sebagian besar penelitian yang ditujukan untuk penciptaan ekosistem tertutup.
Bagian utama kehidupan semut terjadi di bawah tanah atau tempat penampungan lain yang sulit dijangkau, tempat yang sangat sulit untuk diamati. Para ilmuwan telah menghabiskan banyak upaya untuk memecahkan masalah ini. Versi paling sederhana dari "observatorium semut" dapat dianggap sebagai sarang semut buatan dari dua panel kaca transparan (plastik) dan pengisi pasir di antara keduanya. Pengamatan dilakukan dalam cahaya lemah atau sinar infra merah.
Karena pasirnya buram, di sarang semut seperti itu Anda hanya dapat melihat terowongan yang berbatasan langsung dengan dinding kaca. Selain itu, struktur ini sangat sulit diangkut - bahkan dengan sedikit guncangan, lorong yang dijajari oleh semut runtuh dan runtuh. Oleh karena itu, untuk bereksperimen dengan mereka di pesawat luar angkasa, karyawan NASA harus merancang habitat tempat semut dapat hidup dan membangun terowongan yang dapat menahan efek perubahan gravitasi yang tiba-tiba.
Konsep untuk proyek Mars One
Untuk ini, pengisi khusus seperti jeli dikembangkan, cocok untuk semut yang tinggal di dalamnya dan membangun terowongan. Ia juga berfungsi sebagai sumber makanan bagi mereka. Teknologi ini digunakan untuk membangun Antquarium "sarang semut desktop", yang memberikan kesempatan langka bagi semua pecinta satwa liar untuk mengamati kehidupan menarik dari serangga ini.
Antquarium bukanlah ekosistem tertutup, tetapi suplai air dan nutrisi (selain udara) terbatas. Kemungkinan masuknya bakteri patogen dan parasit semut ke sana juga diminimalkan. Oleh karena itu, "sarang semut transparan" dapat mendukung kehidupan penghuninya untuk waktu yang cukup lama - asalkan kondisi cahaya dan suhu yang ditentukan dalam instruksi diperhatikan.
Jurnal "Universe, Space, Time", Maret 2014
