«Техника-молодежи» 1974 г №4, с.28-29
 XXIV международный астронавтический конгрессПРООБРАЗ КОСМИЧЕСКОГО ДОМА Сергей ВЛАСОВ Как все существующее на Земле живет одним и тем же количеством газов, жидкостей и твердых тел, которое никогда не убывает и не прибывает, так и мы сможем в межпланетной станции вечно жить взятым нами запасом материи. К. ЦИОЛКОВСКИЙ |
В фантастической повести А. Беляева «Вечный хлеб» профессор Бройер создает культуру микроорганизмов, состоящую из всех необходимых для питания человека элементов. «Вечный хлеб» получился питательным и вкусным. Поглощая молекулы воздуха, он неумолимо разрастался. Одного килограмма его хватало человеку на всю жизнь. И уж во всяком случае, оказалось бы достаточно, чтобы прокормить космонавта в длительном полете. Но пока это только фантастика — люди вынуждены брать с собой в космос запасы земных продуктов.
Если принять дневную норму расходования человеком: продуктов питания — 700 г, питьевой воды — 2500 г, кислорода — 800 г, санитарно-бытовой воды — 5000 г, то для полета продолжительностью в один год на экипаж из трех человек надо около 10 т запасов. Для полета на Марс и обратно экипажу потребуется уже 30 т запасов. Цифра для сравнения: вес трехместного космического корабля типа «Союз» — 6,5 т.
К тому же перевозка продуктов питания очень дорога. С учетом транспортных расходов буханка хлеба весом 1 кг стоила бы на Марсе дороже, чем 1 кг золота.
За сутки человеческий организм выделяет в окружающую среду более 2,5 кг продуктов обмена. За 3 года в расчете на экипаж из трех человек это составит более 8 т. Как избавиться от ненужных веществ? Выбрасывать их за борт корабля? Нет, простое удаление отработанных продуктов недопустимо. Космос нельзя загрязнять.
Для полетов к другим планетам существующие сегодня системы жизненного обеспечения (СЖО) не пригодны. Нужен замкнутый цикл с круговоротом, где вещества, выведенные из организма, могли бы после ряда превращений вновь пригодиться для космического экипажа. Одним из исследований, ведущих к созданию такой системы, был полугодовой красноярский эксперимент, который провела группа ученых Института физики имени Л. Киренского Сибирского отделения АН СССР. В этом опыте СЖО была построена в основном на тех же принципах, которые вот уже несколько миллиардов лет проходят естественную проверку на планете.
Схема газо— и водообмена в экспериментальном комплексе «Биос-3». Пути движения газов показаны оранжевыми линиями, воды — черными. Голубыми стрелками показано направление движения. Буквами обозначены: В — культиваторы водоросли хлореллы, Г — газодувка, У — угольный фильтр, С — сборники сточной воды в кухне и туалете, Q — коллектор отбора конденсата влаги в фитотроне, Д — емкость для кипячения и хранения бытовой воды, М — коллектор мочи, Ф — узел сорбционной доочистки питьевой воды. |
«Биос-3» — экспериментальный комплекс красноярских ученых — состоял из четырех отсеков. Один — бытовой. Другой был занят двумя культиваторами с одноклеточной зеленой водорослью хлореллой. За сутки она выделяет кислорода в 100 раз больше своего собственного объема. Масса ее увеличивается в несколько раз. Кроме того, хлорелла — хотя и не единственный, но вполне пригодный для питания человека продукт: она содержит 50% белков, 20% жиров, 10% углеводов, около 10% минеральных солей, а также витамины А, С и группы В.
В комплексе «Биос-3» хлорелла в пищу не применялась, а ее использовали лишь для регенерации кислорода и воды. Производительность двух культиваторов — 2000 л кислорода в сутки (одному человеку нужно примерно в 4 раза меньше).
Еще два отсека — фитотроны — по 20 кв. м каждый. В одном — короткостебельная пшеница, в другом — овощи: свекла, морковь, укроп, капуста, репа, лук, огурцы, редис и щавель. Растения выращивались по методу гидропоники, то есть без почвы, в водных растворах минеральных солей. Причем затраты солей были намного меньше, чем вес синтезированной пищевой биомассы.
В каждом фитотроне было по 20 ксеноновых ламп, заменяющих солнечный свет. Из всех растений наиболее продуктивными были пшеница и морковь — их урожаи превышали даже уровни, рекордные для полевых условий. Пшеница выращивалась по способу конвейера из 14 возрастов, овощи — конвейером из 6 возрастов. Так что в среднем на каждого из трех испытателей в сутки приходилось 200 г зерна и 388 г свежих овощей. Часть зерна отбиралась на семена для посева и на анализы, а из оставшегося выпекали хлеб.
Экспериментальная оранжерея лишь частично удовлетворяла потребности экипажа в пище: на 4/5 рацион состоял из продуктов, заранее обезвоженных в условиях вакуума. Они сохраняют свойства натуральных и более чем в 5 раз легче их. Стало быть, к.п.д. системы был только 20%. Но величины 100% не удастся достичь никогда, ибо потери неизбежны. Как показывают расчеты, максимальная цифра — 95%.
Источником воды в системе были конденсаты из фитотронов и культиваторов хлореллы. После переработки на ионообменных смолах и угле эта вода была уже пригодна для питья. Твердые и жидкие отходы человеческой жизнедеятельности после минерализации (разложения на окислы, минеральные соли и воду) частично поглощались хлореллой. А вся сточно-бытовая вода (баня, стирка белья, мытье посуды) поступала в питательные растворы пшеницы и овощей.
Так в комплексе «Биос-3» была реализована частично замкнутая СЖО. За счет световой энергии она полностью регенерировала атмосферу, возвращала в круговорот до 95% воды, воспроизводила 1/5 часть продуктов питания, включая свежие витамины, 26% углеводов, 14% белков и около 3% жиров.
В экспериментальном комплексе «Биос-3» люди были не только «звеном массообмена», но и операторами. Они собирали информацию, принимали решения и управляли всеми технологическими процессами. Это, конечно, не значит, что на все 6 месяцев испытателей бросили на произвол судьбы. Снаружи комплекс обслуживали два сменных дежурных — оператор и врач.
Эксперимент в Красноярске закончен. Но многое еще предстоит исследовать и понять.
Как увеличить к.п.д. системы? Какие все-таки растения предпочесть? Как сделать, чтобы, подобно некоторым тропическим растениям, они приносили плоды без «отдыха»?
Как бы там ни было, совершенно ясно, что освоение дальнего космоса начнется только после создания безупречно действующей замкнутой системы жизнеобеспечения. И хотя дело это необычайно сложное, такая система все-таки будет создана.