На существующих сегодня космических аппаратах и станциях система жизнеобеспечения — не замкнутая. Она предполагает необходимость поставок воздуха и пищи с Земли, а также возврат отходов со станции обратно на планету. Если для долговременных экспедиций на орбиту это приемлемый подход, то уже в случае с Луной, с Марсом и тем более с полётами за пределы Солнечной системы, которые мы видим в научно-фантастических фильмах, из-за него у экипажей возникнут проблемы. Перед человечеством сегодня стоит важная задача: создание полностью автономных космических кораблей, в которых люди смогут находиться неограниченное количество времени без вреда для здоровья. Один из компонентов такого корабля — замкнутая система жизнеобеспечения, независимая от поставок с Земли. Необходимо производить продукты на корабле.
Во время межпланетных путешествий важным ресурсом для космонавтов могут стать твёрдые человеческие отходы, и вместо их хранения или сброса учёные из Университета штата Пенсильвания предложили перерабатывать их с помощью микробов, получать питательную массу и использовать её для питания напрямую или для приготовления пищи. Профессор Кристофер Хаус (Christopher House) утверждает, что в итоге продукт будет похож на австралийское блюдо Веджимайт — пасту, которую готовят из остатков пивного сусла и вкусовых добавок.
Чтобы реализовать свою идею на практике, исследователи взяли искусственные твёрдые и жидкие отходы, которые обычно используют в подобных тестах, и поместили их в замкнутую систему в виде цилиндра длиной 1,2 метра и диаметром 10 сантиметров. На изобретение учёных вдохновила конструкция аквариумного фильтра с химической очисткой воды — и компоненты от таких фильтров они использовали, чтобы создать систему для получения метана.
Выбранные учёными микробы разрушали отходы. С помощью метана, который образуется при анаэробном перегнивании, они вырастили бактерию Methylococcus capsulatus. Бактерии Methylococcus capsulatus можно использовать в качестве корма для животных. В её составе — 52% белка и 36% жиров, поэтому она может стать источником питательных веществ для людей.
При переработке человеческих отходов важно устранить все патогенные микробы. Для этого команда повысила pH системы до 11 и обнаружила рост бактерии Halomonas desiderata — она содержит 15% белка и 7% жира. Другой способ — температурная обработка: при повышении температуры до 70 градусов Цельсия начинает расти термофильная бактерия Thermus aquaticus, которая обитает в регионах, где есть гейзеры с температурой выше 55 градусов. В составе этих бактерий — 61% белка и 16% жира. Для сравнения — в 100 граммах куриной грудки 20-25 граммов белка, в стриплойн-стэйке — 23 грамма.
Веджимайт на тостах
Учёным из Университета штата Пеннсильвания за 13 часов испытаний получилось сократить количество твёрдых отходов вдвое. «Представьте, что кто-то сможет с помощью нашей системы перерабатывать 85% углерода и азота из отходов в протеин без использования гидропоники и искусственного света. Это будет фантастическое изобретение для путешествий в дальней космос», — уверен Кристофер Хаус.
Ещё один из родоначальников космических перелётов Константин Циолковский в книге «Вне Земли» о космических колонистах описывал способ создания искусственной гравитации и писал о необходимости растениеводства как в космических аппаратах, так и на других планетах: «Вообразим себе длинную коническую поверхность или воронку, основание или широкое отверстие которой прикрыто прозрачной шаровой поверхностью. Она прямо обращена к Солнцу, а воронка вращается вокруг своей длинной оси (высоты). На непрозрачных внутренних стенках конуса — слой влажной почвы с насаженными в ней растениями».
Рукопись К.Э. Циолковского «Альбом космических путешествий», 1933 год. Источник
В 1970-е годы в СССР начали разработку замкнутой системы «БИОС-3», которая и сегодня продолжает работать. Система способна обеспечить экипаж из двух-трёх человек в течение полугода водой и воздухом почти на 100% а пищей — на 50% и более. Цели Международного центра замкнутых экологических систем — изучить принципы функционирования таких систем различной степени сложности и разработать научные основы их создания.
В 2000-х Институтом медико-биологических проблем РАН провёл серию экспериментов рамках программы «Марс-500»: добровольцы жили до 520 дней в железном контейнере без алкоголя, сигарет, связи с внешним миром, питаясь только «космической» едой, выращивая салат и горох в оранжереях.
Уже сейчас на Международной космической станции система регенерации воды частично замкнутая. Технический руководитель проекта Системы контроля окружающей среды и жизнеобеспечения Международной космической станции (ECLSS) Робин Карраскилло (Robyn Carrasquillo) отмечал важность советских и российских разработок: «Русские опередили нас в этой области, ещё космические аппараты «Салют» и «Мир» были способны конденсировать влагу из воздуха и использовали электролиз – пропускание электрического тока через воду–для производства кислорода». Уже на станции «Мир», которая проработала 15 лет на орбите и была в 2001 году затоплена в Тихом океане, работала система регенерации воды из мочи «СРВ-У». Только не все космонавты на МКС согласны пить то, что раньше было мочой.
Источник
