Ведущий научный сотрудник и ученый секретарь Института биофизики СО РАН, кандидат биологических наук Егор Задереев рассказал, как колонизировать Марс, используя разработку красноярских ученых — станцию «БИОС».
Земля является замкнутой экологической системой, все вещества имеют определенные биогеохимические круговороты, позволяющие поддерживать жизнь. Сейчас на планете происходит следующее: людей становится больше, промышленность выделяет огромное количество отходов, окружающая среда уже не может ничего перерабатывать, циклы элементов разрушаются. Один из выходов, чтобы спастись — осваивать космос, колонизировать Луну или Марс. «Если мы полетим куда-нибудь строить станцию, то нужно будет к людям периодически отправлять космический корабль с едой, а это дорого и опасно в случае аварий. Поэтому надо разработать подобие Земли — системы, в которую вещество, помогающее нам жить, не поступает снаружи», — рассказывает Егор Задереев.
Двум людям в год, чтобы выжить, необходимо примерно 300 кг кислорода, 2,5 тонны воды, и 400 кг пищи. При этом организмы выделяют 350 кг углекислого газа, и тонну отходов, которую нужно переработать. В сутки взрослый человек вдыхает примерно 12,5 кубических метров воздуха.
Первые эксперименты по созданию замкнутых систем жизнеобеспечения начались в конце 1960-х годов. Основная идея была в том, что потенциал любого живого организма гораздо выше, чем способен реализоваться в природе: например, если сделать идеальные условия для роста одноклеточных водорослей, то можно простимулировать их более активный рост и производство кислорода. Красноярские ученые сконструировали простейший аппарат, где в железном двадцатилитровом баке со специальным отверстием для лица, находились водоросли. Рабочий день ученого состоял из восьмичасового вдыхания воздуха из бака и выдыхания углекислого газа обратно. Потом встал вопрос: если использовать в дальнейшем эксперименте лишь одноклеточные водоросли, то придется питаться только ими — собирать в зеленую пасту и делать из нее, например, котлеты, есть продукт как питательную биомассу, лишенную приятного вкуса. Исследователи задумались о добавлении в будущую систему зерновых культур или овощей. После этого сделали второй, более сложный опыт, внеся пшеницу: был бак, в котором размножались водоросли, а во второй комнате всходил хлебный злак, человек там также дышал кислородом. Попутно оценивалось, сколько вырастет зерна: с созданными идеальными условиями, урожай получился 10 раз больше, чем в среднем собирают новосибирские хлеборобы.
Потом результаты этих работ дошли до знаменитого конструктора в области ракетно-космической техники Сергея Королева — состоялась его встреча с директором Института физики СО АН СССР академиком Леонидом Киренским. По его личному распоряжению были выделены деньги на проведение испытаний, и за несколько лет ученые создали систему «БИОС». В качестве высших растений для питания людей ученые селекционировали специальный сорт карликовой пшеницы с большим колосом, но маленьким стеблем, чтобы несъедобная часть была меньше. Кроме этого предполагалось выращивать редис, огурцы, укроп, другие растения. Ассортимент овощей представлял сбалансированный минимальный состав витаминов и микроэлементов, которые должен потреблять человек.
Бункер, полностью закрытый и разделенный на четыре отсека, построили на три персоны, его объём составил 315 кубических метров. В первом помещении находилась каюта с кроватями, кухней и прочими удобствами, в других комнатах — овощи и водоросли. Было проведено телевидение и телефон, по которому ученые общались с внешним миром. Снаружи не предполагалось ни одного рычага управления. Имелась система охлаждения и подачи энергии. В 1970-ых в «БИОС» поместили людей — добровольцев из числа сотрудников института, так они прожили полгода. За учеными велось постоянное медицинское наблюдение через стеклянное окно, а также с помощью датчиков. В «БИОСе» участники эксперимента выращивали овощи, пшеницу. Полгода люди дышали только тем воздухом, который был внутри системы, использовали воду, находящуюся там с первого дня испытания. «По еде система была замкнута только на 50%, то есть одна половина рациона, выращенная в «БИОСе» — растительная. Другую составлял животный белок, имеющийся у исследователей в виде запаса», — говорит ученый.
Сейчас этим изобретением заинтересовались военные, они думают частично приспособить станцию под свои нужды в Арктике: выращивать продукты для сотрудников на месте, перерабатывать отходы, чтобы не складировать их, загрязняя тундру.
«Китайцы повторили опыт красноярцев в прошлом году, они сделали систему и провели трехмесячный эксперимент. Принцип работы точно такой же, но они добавили в питание мясо — червей, которые росли внутри бункера. Пищевой ассортимент китайских исследователей составлял уже 70% от полноценного рациона человека», — рассказывает Егор Задереев.
В двухтысячных годах Американцы сделали большую базу и назвали ее «Биосфера-2». Постройка занимала 12 тысяч квадратных метров. Основной их идеей было создать полную копию Земли: включить маленький океан, пустыню, тропический лес, а когда появится много всего, то это «все» само заработает, как на нашей планете, воздух и вода будут очищаться, а человек в этой системе только наслаждается жизнью. «В эксперименте участвовали 8 добровольцев, через небольшой промежуток времени у них кончился кислород, пришлось открывать станцию. Затем разрослось количество тараканов и муравьев, растения стали погибать, еды не хватало, люди голодали», — объясняет Егор Зареев. Опыт продлился два года, с учетом того, что открывали окна, а еда завозилась. Затем ученые сделали более тщательные расчеты и запустили второе испытание, но его пришлось остановить, когда один из участников напал на другого. Потасовка началась из-за взаимных обвинений в причинах неудачи эксперимента.
«Чтобы колонизировать Марс, на планете нужно строить станции по принципу и расчетам красноярцев, но с размерами американцев: большие герметичные теплицы, в которых будут находиться растения и водоросли и вырабатывать кислород. Но гораздо интереснее пойти дальше и превратить весь Марс в подобие Земли», — говорит Егор Задереев. По словам ученого, для этого необходимо «всего лишь» повысить давление, сотворить атмосферу, увеличить температуру окружающей среды, создать аналог озонового слоя, образовать биосферу, усилить магнитное поле планеты для защиты от космического излучения. И самое главное — изменить человека и его способность находиться в условиях с низким содержанием кислорода.
НАСА разработало план на 1000 лет по освоению Марса: он предполагает строительство станций по подобию «БИОСа» и в это же время создание установок, вырабатывающих парниковые газы: для того, чтобы тепло, приходящее на планету, не улетало обратно. Потом заселяют поверхность бактериями, которые смогут жить в очень экстремальной обстановке. «И вот, через 1000 лет, все еще в бункерах, ведь кислорода пока очень мало, но уже в более легких скафандрах, мы будем жить на Марсе», — утверждает Егор Задереев.
Дарина Муханова
Фото предоставлено Егором Задереевым
