Обеспечение жизни в условиях длительных космических полетов

Растения и животные

Обеспечение жизни в условиях длительных космических полетов

Одна из главных и чрезвычайно сложных проблем, которую предстоит решить космиче­ской биологии,— это создание на борту косми­ческих кораблей замкнутых экологических комплексов. Что это такое? Зачем они нужны?

Прежде чем будут осуществлены полеты к другим планетам, которые продлятся многие месяцы и, возможно, годы, инженеры, врачи, биологи должны разработать и создать особые системы, которые неограниченно долго могли бы обеспечивать жизнь людей в космическом корабле, а в случае высадки на другие планеты снабдили бы их всем необходимым для нор­мальной жизни.

В условиях космического полета человек неизбежно оказывается в сравнительно неболь­шом герметичном пространстве кабины космического корабля. В то же время известно, что при нормальной работе организма человек по­требляет в сутки около 900 г кислорода, 2200 г воды (для питья), около 500 г сухой пищи и примерно 1900 г воды для санитарных нужд. Вес суточной потребности человека в кисло­роде, пище и воде составляет примерно 5,5 кг. Значит, годовой запас этих веществ для одного только космонавта будет весить около двух тонн. Если предположить, что экипаж косми­ческого корабля состоит из пяти человек и ле­тать ему предстоит три года, то только запасы воздуха, еды и питья будут весить около 30 т. Ясно, что стартовый вес такого корабля будет слишком большим. Кроме того, время полета и пребывания космонавтов на других планетах будет строго ограничено совершенно определен­ным сроком времени, так как запасы, взятые с Земли, истощатся и люди могут погибнуть. Ученые полагают, что снабжение космонав­тов кислородом, пищей и водой и удаление накапливающихся в результате жизнедеятель­ности углекислоты и различных отходов можно осуществить, если на борту корабля и на пла­нетных станциях разместятся и рационально скомпонуются сообщества различных организ­мов. Только таким образом возможно обеспе­чить полный биологический круговорот ве­ществ, подобный земному.

Действительно, на нашей планете в течение многих миллионов лет протекают процессы ды­хания, горения и другие окислительные про­цессы, в результате которых непрерывно тра­тятся органические вещества, потребляется кис­лород, рассеивается энергия. Казалось бы, что уже давно должны были иссякнуть запасы пищевых продуктов, топлива, кислорода и пре­кратиться жизнь. Однако этого не происходит, потому что на Земле, помимо потребления органических веществ, кислорода и траты энер­гии, протекает грандиозный процесс созидания. В результате этого процесса, происходящего в зеленых листьях растений и называемого фотосинтезом, создаются сложные и много­образные органические продукты и выделяется кислород. Благодаря фотосинтезу за счет да­ровой энергии солнечного света ежегодно свя­зывается около 175 млрд. т углерода, обра­зуется примерно 400 млрд. т органических веществ, выделяется 460 млрд. т кислорода и накапливается столько энергии, сколько могли бы дать 200 тыс. гигантов энергетики, подобных Куйбышевской ГЭС.

Таким образом, листья зеленых растений и есть та лаборатория, благодаря которой осу­ществляется непрерывный круговорот веществ и обеспечивается жизнь на нашей планете. Вы­дающийся русский ученый К. А. Тимирязев писал о «космической роли растения», имея в виду именно эту его функцию.

В настоящее время, когда человечество получает возможность путешествовать в кос­мосе, фотосинтез приобретает космическую роль и как средство, обеспечивающее жизнь людей в длительных межпланетных полетах при освое­нии космического пространства. Именно по­этому, предвидя эру межпланетных полетов и предвосхищая решение ряда возникающих при этом проблем, К. Э. Циолковский говорил о необходимости создания на межпланетных станциях специальных «оранжерей».

Наличие на борту корабля зеленых растений при неограниченных количествах солнечного света позволит создать такие замкнутые систе­мы (космонавт станет их составной частью), в которых будет находиться в непрерывном кру­говороте одно и то же взятое с Земли количе­ство веществ. Эти системы и названы зам­кнутыми экологическими комп­лексами. Человек, поглощая кислород, будет выдыхать углекислоту, растения же, поглощая углекислоту, создадут из нее пищевые вещества и выделят кислород. Движущей си­лой этого процесса явится солнечный свет. Использование в качестве минерального пита­ния растений твердых и жидких отходов чело­века в свою очередь обеспечит ликвидацию этих отходов.

Таким образом, создание на борту косми­ческого корабля замкнутой экологической си­стемы позволит непрерывно воспроизводить все необходимые для жизни человека условия. Вес такого корабля будет один и тот же независимо от того, отправляется он в полет на один год или на 10 лет.

Все сказанное не означает, конечно, что на борту космических кораблей появятся привыч­ные для нашего глаза плантации сельскохозяй­ственных растений.

Современные знания о физиологии растений позволяют ученым создать такие инженерно-биологические системы, в которых процесс куль­тивирования растений, по-видимому, сведется к автоматической работе определенных аппара­тов. Недаром уже сейчас все шире начинают применяться способы промышленного выращи­вания растений без почвы.

Особенный интерес в этой связи представ­ляют одноклеточные зеленые водоросли, на­пример хлорелла, культивирование ко­торой можно осуществить в самонастраивающихся, автоматически действующих аппаратах. Она быстро размножается и имеет высокую активность фотосинтеза. Эта водоросль может куль­тивироваться в питательных средах, поглощая за короткий срок большое количество углекис­лоты, выделяя кислород и накапливая значи­тельные количества разнообразных органиче­ских веществ (биомассы). При этом биомасса хлореллы, которая может использоваться как пища, содержит до 50% белков, до 20% жиров, углеводы, витамин С и другие ценные вещества. Существенный интерес представляет то, что хлорелла с успехом может выращиваться на сточных водах и применяться, таким образом, для их очистки.

Кроме растений, в экологическую систему должны быть включены и определенные живот­ные. Они смогут обеспечить человека живот­ными белками (мясом) и жирами.

Работа по созданию замкнутого экологического комплекса связана с большими трудно­стями, так как все звенья такого биологиче­ского сообщества необходимо очень строго со­гласовать друг с другом. При этом надо учиты­вать воздействие космической радиации на раз­личные организмы, действие рентгеновских из­лучений, перегрузок, невесомости и всех тех явлений, с которыми неизбежно столкнется жи­вой организм в условиях космического полета.