Ученые СибГУ им. М.Ф. Решетнева предложили способы выживания в космосе и на Земле

В Красноярске уже более 50 лет существует лаборатория, которая разрабатывает механизмы создания замкнутых экосистем нового поколения. Ее руководитель — Александр Тихомиров, заведующий кафедрой замкнутых экосистем СибГУ им. М.Ф. Решетнева, доктор биологических наук — вместе со своими коллегами предложил способы их использования для выживания в космосе и на Земле.

Люди живут на Земле и не задумываются о том, надолго ли хватит запасов кислорода, воды и пищи. Поскольку наша планета Земля имеет конечные размеры, то эти запасы тоже конечны. Благодаря круговоротным процессам на нашей планете происходит возобновление запасов. Именно поэтому человечество, которое живет на Земле уже много тысяч лет, многократно использует их.

А как же обеспечить такие условия жизни человека при освоении космического пространства? Сразу возникает идея — взять с собой в космос «маленькую Землю». Эту роль должна выполнять искусственная замкнутая экосистема (ЗЭС).

Создать ЗЭС — очень сложная задача специалистов разных профилей — инженеров и ученых. Главная цель — организация такого круговоротного процесса, когда вещества на «входе» системы (газовая атмосфера, вода, пища и др.) после попадания вовнутрь проходят такие преобразования, взаимодействуя с человеком и внутренней средой в системе, что вновь образуют на «выходе» системы те первоначальные вещества, которые поступили на «вход» системы. Единственным ограничителем функционирования такой замкнутой системы будет источник энергии. Однако таким источником энергии может быть ядерный реактор, способный работать долгие годы.

Над созданием искусственных ЗЭС работают ученые из России, США, Китая, Японии, Европейского союза и других стран. Интерес к таким исследованиям понятен — ни один космический корабль не сможет транспортировать огромное количество кислорода, воды, пищи и пр. Большая часть этих грузов должна воспроизводиться в ЗЭС. Одна из наиболее важных проблем — создание высокой степени замыкания круговоротных процессов. Чем больше вещества регенерируется в системе, тем выше степень замкнутости такой системы. Нужно так настроить все процессы внутри системы, чтобы не было потерь вещества, то есть чтобы не было тупиковых веществ.

Кафедра замкнутых экосистем является базовой кафедрой СибГУ им. М.Ф. Решетнева, она использует материально-техническую часть Института биофизики СО РАН ФИЦ КНЦ СО РАН, основой которой является всемирно известный уникальный комплекс БИОС-3. Выполненные в системах БИОС разной степени сложности эксперименты с человеком в замкнутых экосистемах на несколько десятков лет опередили мировые исследования в данной области. Так, впервые в 1972 году в БИОС-3 был выполнен шестимесячный эксперимент с экипажем в 2–3 человека, который в условиях полного замыкания и изоляции обеспечивал себя пищей, водой и кислородом, получаемым за счет круговоротных процессов внутри системы. Только в последние годы ученые Китая смогли повторить эти результаты в собственной системе жизнеобеспечения, которая во многом была скопирована с системы БИОС-3.

Профессорско-преподавательский состав кафедры ЗЭС включает в себя известных ученых по замкнутым экосистемам, которые активно сотрудничали с NASA, Европейским космическим агентством, коллегами из Китая и Японии. В рамках этого сотрудничества выполнен ряд международных грантов и контрактов, активные международные контакты продолжаются и в настоящее время. Внутри России учеными кафедры, студентами и аспирантами университета выполнены три гранта Российского научного фонда по тематике создания ЗЭС нового поколения с высокой степенью замкнутости круговоротных процессов.

В настоящее время на кафедре развивается новая актуальная тематика по созданию действующих моделей «малых» ЗЭС с виртуальным присутствием человека: он участвует в газообмене системы, а его продукты жизнедеятельности частично включены во внутрисистемный круговорот. Исследования «малых» экосистем позволяют экономить финансовые средства, исключить риски здоровья для испытателей, решать те задачи, которые опасно или невозможно сделать в больших экосистемах.

Возможные земные приложения результатов исследований замкнутых экосистем:

1. Световые технологии. Биофизиками лаборатории так подобраны спектральный состав и интенсивность искусственного света, что растения растут быстро и дают максимально высокий урожай. Полученный опыт может быть с успехом использован в тепличной отрасли и при создании современных источников света с эффективными спектральными и энергетическими характеристиками.

2. Физико-химическая переработка отходов. Учеными ИБФ СО РАН, работающими на кафедре ЗЭС, создана оригинальная экологически чистая экономичная технология по превращению органических отходов в ЗЭС в минеральные удобрения для выращивания растений. Эта технология может оказаться весьма перспективной для утилизации некоторых видов мусора и бытовых отходов, проблема утилизации которых сейчас крайне актуальна.

3. Создание технологий для экодомов. Совместное применение новых световых технологий и технологий по переработке отходов может найти практическое применение при разработке экодомов на севере. В этом случае возможно комплексное решение по эффективному выращиванию растений в северных теплицах при снабжении растений удобрениями из переработанных отходов и, что крайне важно, минимизация складирования отходов в окрестностях экодомов, поскольку в условиях севера природная утилизация отходов протекает крайне медленно и поэтому представляет большую проблему для нормализации экологической обстановки в жилых зонах северных территорий.

Таким образом, на кафедре замкнутых экологических систем СибГУ им. М.Ф. Решетнева организовано эффективное сочетание научного и образовательного процесса, что создает хорошие перспективы для дальнейшего развития научных исследований и их практического применения.

Полетят ли люди на Марс завтра? Эту возможность обеспечивают биофизики из СибГУ им. М.Ф. Решетнева. Записывайтесь, иначе мест не хватит!

Узнать больше интересной информации по этой теме можно на сайте СибГУ им. М.Ф. Решетнева по ссылке, где академик Иосиф Исаевич Гительзон подробно рассказал о перспективах проекта.