Всего за 99.9 руб. Купить полную версию
Рис. 2.2.1. Замкнутая экологическая система, которую предлагают использовать в межпланетных космических полетах. В этой системе насос [1] смешивает воду, поступающую из сборника воды [2], с отходами жизнедеятельности космонавтов, находящимися в резервуаре [3]. Эта смесь размельчается в мельнице [4]. Далее в смесь вводят кислород [5], и она проходит через фильтр из волокон коры красного дерева [6], в котором бактерии и простейшие микроорганизмы усваивают часть содержащихся в ней питательных веществ. Температура смеси регулируется теплообменником [7]. Далее смесь поступает в аквариум с рыбками [8], поедающими вредные в данной экологической системе микроорганизмы. Проходя через мембранный диффузор [9], смесь очищается от токсичных примесей и СО 2 и отделяется от водяных паров. Основная часть воды возвращается в описанный цикл [к насосу]; меньшая часть, содержащая неорганические питательные вещества с высокой концентрацией, периодически поступает в оранжерею [10]. Водяной пар, очищенный диффузором от бактерий и вирусов, проходят через конденсер [на рисунке не показан] и превращаются в воду, пригодную для питья. Растения в оранжерее усваивают углекислый газ и выделяют кислород, который возвращается в кабину. Рыбы и овощи идут в пищу космонавтам.
Каждый из этих узлов состоит из нескольких подсистем, и все они должны быть связаны друг с другом системой автоматического контроля и регулирования, с тем чтобы, например, постоянно поддерживать в космическом корабле заданную температуру, влажность и давление (в том числе и парциальное давление отдельных газов). Удерживать такую систему в состоянии требуемого динамического равновесия - задача поистине огромной трудности. Подробно вся сложность такой системы на примере блока фотосинтеза рассмотрена в работе [88].
Отмечается, что может быть, самым критическим фактором в замкнутой экологической системе космического корабля является сохранение равенства между дыхательным коэффициентом экипажа RQ (отношение объёма выделенного человеком углекислого газа к объему поглощенного кислорода) и коэффициентом ассимиляции водорослей AQ (отношение объёма усвоенного углекислого газа к выделенному кислороду). Это равенство должно соблюдаться с точностью до 1 %. Любое отклонение, превышающее эту величину, приведёт к уменьшению количества кислорода для дыхания космонавтов на 1 % в день. Поскольку коэффициент AQ зависит от количества подводимого к водорослям азота, то система, которая должна непрерывно регулировать состав атмосферы в космическом корабле и поддерживать требуемое соотношение RQ/AQ, будет весьма сложной, если не сказать больше.
Питанием для водорослей будут отходы жизнедеятельности космонавтов. Водоросли же в свою очередь будут служить пищей для экипажа космического корабля.
Помимо воды и углекислого газа для образования новой клеточной массы водорослям необходимы также связанный азот и определённые минеральные соли. Если предположить, что потребность космонавтов в пище будет покрываться только водорослями, то достаточно будет около 600 г сухих водорослей на 1 человека в день. Очень сомнительно, чтобы человек мог потреблять в пищу такое количество водорослей в течение продолжительного периода времени, хотя они и богаты необходимыми аминокислотами (за исключением серосодержащих метионина и цистина) и витаминами и содержат 40–60 % белков, 10–20 % жиров и 20 % углеводов. Эксперименты показали, что в суточной диете человека может содержаться около 100 г водорослей, большее количество водорослей в рационе вызывает у человека желудочно-кишечные расстройства.
Как в России, так и в США учёные считают, что в замкнутой экологической системе жизнеобеспечения в качестве компонентов или звеньев цепочки питания можно использовать промежуточные формы жизни. Среди них: дрожжи, плесень, грибы, водяных блох, улиток, полевых слизней, угрей и другую рыбу, кроликов, цыплят и коз. Берут в расчет также картофель, капусту и ряску. Водоросли будут поедаться рыбами или другими животными, которых в свою очередь будет употреблять в пищу экипаж космического корабля. Однако такие предложения упускают из виду огромные трудности, связанные с переработкой в замкнутой СЖО шерсти, когтей, рогов, требухи животных и т. п. То есть опять практически на каждом этапе реализации этого проекта возникает проблема избавления от неизбежно возникающих мусорных экскретов.
По словам известного микробиолога Роберта Г. Тишера, для космических кораблей "необходимо карликовое жвачное животное, размером, может быть, с кошку, не имеющее рогов, копыт, когтей, шерсти и т. п., которое можно было бы целиком употреблять в пищу".
И здесь с успехом могут быть использованы наработки учёных по производству искусственного мяса [30]. В частности, NASA разрабатывает продукты для долгосрочного космического путешествия, и в 2002 году уже провело эксперименты с тканями рыбы, доказав саму возможность выращивания в искусственных условиях вполне съедобного псевдомяса, правда, в очень небольших количествах.
Более масштабные эксперименты провели японские исследователи, предложившие синтезировать "квазимясо" из канализационных стоков, - пишет издание Digital Trends [48]. Этот способ после целенаправленной доработки, безусловно, может быть использован на космическом корабле.
Заметим, что это не первая попытка переключить человека на замкнутый пищевой цикл. Сообщается, например, что космонавты на Международной орбитальной космической станции "с удовольствием"? пьют воду, синтезированную из их пота и влаги, конденсируемой в результате дыхания, а также из мочи.
Сделанный с помощью микроскопа снимок миоцитов индейки, выращенных в лаборатории университета Мэриленда. Выглядит это "квазимясо" не особенно аппетитно (изображение с сайта umd.edu).
Остро стоящую проблему утилизации лишних отбросов на борту космического летательного аппарата можно будет частично решить, использовав их в качестве топлива. Американские учёные из Флоридского технологического института вывели особый вид бактерий, способных перерабатывать человеческие экскременты в биотопливо. Исследователи уверены, что на таком топливе в ближайшее время будут летать спутники, а в дальнейшем и межпланетные космические корабли [89].
В ходе исследования учёным удалось генетически модифицировать бактерию вида Shewanella MR-1, которая может производить водород из любого вещества биологического происхождения. Модифицированные бактерии стали вырабатывать водорода больше обычного, а также оказались устойчивыми к невесомости. Как полагают исследователи, созданный бактериями водород в топливных элементах будет превращён в электроэнергию и данная технология в ближайшее время может быть опробована на практике.
Особую роль экскретологические разработки призваны сыграть в "экскретологической космонавтике" - научном направлении, призванном изучать объекты конечного выделения космонавтов и астронавтов, осваивающих ОКП, планеты солнечной системы, ближний и дальний Космос. Как выше указывалось, особенностью космонавтики является особенно жёсткий подход к феномену мусора. От него на борту космического летательного аппарата следует избавляться как можно скорее, так как бортовой мусор в любых проявлениях - это лишний расход топлива и опасность "застрять в пути" на необъятных просторах.
Непременное правило, которым руководствуется космический конструктор, гласит: любая деталь или часть ракеты должна, по возможности, освоить несколько "смежных профессий", то есть выполнять сразу несколько назначений [190]. Например, пусть кресло для космонавта станет одновременно и аварийным запасом пищи. Специалисты фирмы "Грумман" считают, что за счёт съедобной внутренней отделки космического аппарата можно в десять раз уменьшить пищевые запасы на борту корабля.
Нечто в этом роде предложили специалисты американской фирмы "Грумман". Они запатентовали съедобный космический материал. Спрессованная при высокой температуре смесь из кукурузной крупы, молочного порошка, крахмала, муки и банановых хлопьев напоминает фибровый картон. Если такой материал покрыть снаружи фольгой или полиэтиленом, получатся прекрасные приборные доски и щиты, переборки между каютами, облицовочные плиты и панели, мебель и другие предметы внутреннего убранства космического корабля. При острой необходимости астронавтам придётся в буквальном смысле съедать свой корабль.
Другая проблема астронавтов связана с вопросом о "бренном теле". В связи с наметившейся в не столь отдалённом будущем перспективой длительных космических полётов специалисты аэрокосмической отрасли уже сейчас столкнулись со сложной экскретологической и морально - этической проблемой [101]. Её суть в вопросе - как поступить с телом космонавта, скончавшегося при выполнении космической миссии в дальнем Космосе, когда отсутствует физическая возможность доставить покойного на землю, чтобы похоронить согласно обряду той религии, которую он исповедовал. Это только в фантастических фильмах тело погибшего героя в сверкающей капсуле красиво удаляется от межгалактического звездолёта на фоне клубящейся туманности…
В действительности, как бы цинично это ни звучало, тело погибшего космонавта станет на борту корабля мёртвым грузом без кавычек, то есть экскретом. Это незапланированный дополнительный вес и занимаемый объём. Даже если на космических кораблях будут устроены специальные криогенные камеры для сохранения тела, работа подобных установок потребует дополнительных затрат энергии. Так что рациональный выход видится один - избавиться от трупа при первой же возможности скорее всего - через шлюзовую камеру.