Российские ученые-энтузиасты разрабатывают систему жизнеобеспечения человека за пределами Земли

Пока Илон Маск собирается через год запустить на Марс первый испытательный корабль, а Ричард Брэнсон – отправить на орбиту первых космических туристов, мало кто из мечтателей-изобретателей задумывается о том, как в столь вожделенном для пытливых умов космопространстве жить.

Ведь помимо того, что там холодно, а на Марсе, как минимум пять основных причин очень недолгой и некомфортной для человека жизни, в космосе нет одной важнейшей для человеческой жизни составляющей – кислорода.

Этой проблемой озадачилась группа российских ученых-энтузиастов, которая в прошлом году реализовала проект народного спутника «Маяк» и вывела его на орбиту 14 июля 2017 года ракетой-носителем «Союз-2.1а».

Энтузиасты во главе с инженером, кандидатом технических наук, Александром Шаенко разрабатывают ключевой элемент биологический системы жизнеобеспечения в космосе — фотобиореактор для интенсивной культивации микроводорослей, производящих кислород.

Водоросли будут обеспечивать космонавтов не только кислородом – ими можно очищать воду, а также использовать в пищу. Без фотобиореакторов полеты за пределы Земли, освоение Луны, Марса и других планет, по словам ученых, практически невозможны.Тестировать свою разработку Александр намерен сам, потому что подобный опыт уже успешно проводили в Советском Союзе.

- Да, в конце года я в течение 10 минут в прямом видеоэфире буду дышать кислородом из  собранного нами фотобиореактора. Эта разработка актуальна потому, что, если на тот же Марс везти с собой кислород с Земли для команды из шести человек, миссия которых продлится на планете полтора года, его необходимо три тонны! В СССР этим вопросом занимались в 80-х годах прошлого века. В Институте медико-биологических проблем (ИМБП) РАН создали биологическую систему жизнеобеспечения (БСЖО), основанную на фотобиореакторах - устройствах для выращивания микроскопических зеленых водорослей, которые поглощают углекислый газ и выделяют кислород, - рассказал Александр.

испытательный стенд для светодиодов / Фото: Пресс-служба проекта 435nm

Систему в Союзе даже успели испытать на человеке, который жил в ней в течение месяца. Опыт выявил у созданной учеными установки существенный недостаток — она была колоссально энергозатратной. Для жизнеобеспечения одного человека требовалось непрерывно около 45 киловатт электроэнергии. В то время космическая станция «МИР» для обеспечения экипажа из трех человек потребляла меньше 35 киловатт, а нынешняя Международная космическая станция - на экипаж из 6 человек затрачивает порядка 100 киловатт.

Теперь, с новейшими разработками и возможностями, опытом предыдущих поколений, рвением и энтузиазмом нынешних – команда проекта 435nm (так называется первый пик спектра поглощения хлорофилла в живом растении) намерена реализовать экономичный, практичный и доступный для применения за пределами Земли фотобиореактор.

- Мы создали тестовую установку, на которой получили опыт создания фотобиореактора, продемонстрировали на практике, что хлорелла растет на светодиодах - водоросль удалось вырастить в автоматическом режиме. Правда, в этом прототипе не было датчика кислорода, поэтому сложно было оценить, сколько кислорода такая установка дает. С опытом, который дала нам первая установка, мы приступили к созданию второго прототипа, предназначенного для переработки такого количества углекислого газа в кислород, которое будет обеспечивать жизнь животного вроде мыши, - рассказывает Александр.

В команде разработчиков – 10 человек, среди них - Маргарита Александровна Левинских – главный биолог проекта, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник в ИМБП, в лаборатории «Биологические системы жизнеобеспечения человека», главный конструктор - Михаил Лавров, инженер-разработчик электронных и радиоэлектронных приборов гражданского и военного назначения, космического и наземного применения для МКС, ГЛОНАСС и других.

На вопрос, почему команда выбрала именно хлореллу, а не водоросль спирулину, к примеру, Александр пояснил, что хлорелла по результатам многочисленных исследований показала лучшие результаты для обеспечения дыхания человека.

- Пока оптимальный штамм не выбран, команда займемся этим чуть позже, но идея достаточно простая. Второй прототип позволит точно отслеживать эффективность преобразования углекислого газа в кислород в зависимости от условий среды, освещенности, штамма. После этого начнется исследование влияния других различных возможных параметров, но с учетом опыта реактора «Сирень» и других современных реакторов, - пояснил Шаенко.

 Зеленая взвесь – культура хлореллы / Фото: Пресс-служба проекта 435nm

Для следующего шага - создания эффективного реактора и испытания его на живых существах команде проекта понадобилось сделать несколько испытательных стендов, закупить множество датчиков, приводов и контроллеров.

Как и с проектом народного космического спутника, на второй прототип фотобиореактора, испытательные стенды и опыты деньги собирают с помощью крауфандинга - добровольных пожертвований людей со всего интернет-пространства. 

- Проект «Маяк» свою миссию выполнил и доказал, что сейчас энтузиасты в России могут сами сделать, испытать и запустить на орбиту космический спутник. Изменение отношения людей к космонавтике - это была цель, аппарат на орбите. Теперь мы хотим приблизить к реальности мечты о жизни в космосе, куда важно не только попасть с помощью ракет и космических кораблей, но и выжить в непривычной для человека среде. Этим мы с командой и занимаемся, - рассказал Александр Шаенко.

Буквально вчера команда рассказала в соцсети о том, что запустила испытательный стенд для светодиодов. С его помощью получится понять, как спектр и мощность светодиода влияет на скорость роста хлореллы. Для этого создали однородную смесь питательной среды и суспензии хлореллы, разлили ее по шести колбам, расположенным на стенде - это гарантирует, что состав среды в каждой колбе одинаков.  Каждая колба подсвечивается отдельным диодом, между ними стоит перегородка, предотвращающая попадание света на соседние. Периодический замер мутности раствора в колбах, покажет, какие процессы происходят: чем раствор мутней, тем в нем больше хлореллы, а скорость помутнения зависит от использованного светодиода, так как остальные параметры совпадают.

испытательный стенд для светодиодов / Фото: Пресс-служба проекта 435nm

Энтузиасты уже разрабатывают второй прототип фотобиоректора. Прототип - это промежуточные конструкции, перед созданием полноценного устройства, цель которых - отработать детали технологии. От первого второй прототип будет отличаться конструкцией: станет автономнее, в нем будет больше датчиков, позволяющих анализировать эффективность процесса, оценивать работу системы.

- Эти датчики дорогостоящие, но без них невозможно продвинутся дальше в разработке реактора. На втором прототипе будет проверена работа всей системы. В дальнейшем он будет отмасштабирован (частично переделан, в первую очередь увеличен объем, так как на маленьком  сложно отрабатывать технологию). Само устройство будет размером со стиральную машину, из которой выходят два шланга, присоединенных к изолирующей маске. Через один шланг подается кислород, в другой выдыхается углекислый газ. Человек надевает маску и дышит в ней, - поделился Александр.

Узнать о проекте больше можно из видео ниже

ПО ТЕМЕ

Ракета-носитель «Союз-2.1а» вывела на орбиту первый краудфандинговый спутник России