Природа и общество. Модели катастроф

В варианте a масса оборудования М наименьшая, но в этом варианте система не замкнута, а потому необходимые запасы больше, чем в варианте b. В варианте b стартовая масса больше, но это оборудование позволяет повысить замкнутость и уменьшить необходимые запасы продуктов. Наконец, в варианте с имеется дополнительное оборудование, достаточное для достижения полной замкнутости: в этом варианте вообще не требуется запасов продуктов; кроме того, предполагается, что вместо использования запасных частей производится ремонт, так что стартовая масса вообще не зависит от дальности полета. На рисунке 2 показан случай, когда при малых сроках полета, до точки пересечения 1 графиков a и b, вариант а (с меньшей замкнутостью) имеет меньшую массу и в этом смысле лучше. Между точками 1 и 2 наилучшим оказывается вариант b (со средней замкнутостью). Наконец, при больших сроках, после точки 2, предпочтителен вариант с (с полной замкнутостью).

Искусственные замкнутые биосферы

Как уже было сказано, до сих пор космические корабли и станции не были замкнутыми, и даже оставались довольно далекими от замкнутости. Естественно, возникла идея провести на поверхности Земли эксперименты с возможно более автономными системами жизнеобеспечения. Такие системы были названы "искусственными биосферами". Простейшие из них, биосферы без человека, не содержали никакой аппаратуры: это были просто биоценозы в запаянных сосудах, куда помещались водоросли и бактерии, или водоросли и рыбы. В некоторых сосудах жизнь погибала, но в других устанавливались жизнеспособные биоценозы, которые можно было изучать. Разумеется, в таких случаях нельзя было заранее предвидеть, выживет сообщество или нет, и какую форму оно примет.

Искусственные биосферы, приближающиеся к полной замкнутости и пригодные для жизни человека, были впервые созданы красноярскими биофизиками. Наиболее известна система "Биос-3", где в начале и середине семидесятых годов проводились многомесячные успешные испытания с людьми в условиях высокой автономности. Три человека жили в этой системе до шести месяцев, хорошо себя чувствовали, и здоровье их тщательно контролировалось, в том числе их собственными измерениями. Эта система имеет сходство с земной биосферой, поскольку кислород, вода и пища восстанавливаются в ней с помощью растений. Возможность достаточно точно рассчитывать такие системы не представлялась заранее очевидной и была проверена в ряде экспериментов, что может оказаться существенным шагом в понимании глобальной экологии Земли. Результаты системы "Биос-3" и в других отношениях представляют общий биологический интерес, выходящий за пределы первоначальных задач космонавтики. По своей конфигурации "Биос-3" является прототипом варианта жизнеобеспечения лунной базы, представляющегося перспективным в настоящее время. Система была изолирована от внешней среды (хотя и были небольшие утечки); в ней имитировались обычные в космосе функции – снабжение извне энергией (электрическим током), охлаждение (водопроводной водой) и связь (телефонная вместо радиосвязи). Экипаж, как уже сказано, состоял из трех человек. Кроме экипажа, в системе находились растения, снабжавшие людей кислородом и растительной пищей, и микроорганизмы, входящие в обычную микрофлору человека, а также в микрофлору растений. Циркуляция кислорода полностью выполнялась растениями, причем качество атмосферы в течение всего эксперимента оставалось хорошим.

Идеальным уровнем химического замыкания было бы использование дополнительного человеку растения-регенератора, снабжающего человека всей необходимой ему пищей и кислородом и потребляющего все его отходы, как это изображено на рисунке 3.

Рис.3

Но, к сожалению, таких дополнительных человеку растений не существует. Приближение к полному замыканию можно обеспечить только с одновременным использованием ряда растений. До сих пор исследовались – теоретически и экспериментально – только системы жизнеобеспечения из небольшого числа организмов-регенераторов – микроводорослей, водородных бактерий и высших растений. Приемлемая схема жизнеобеспечения человека в замкнутой системе может выглядеть следующим образом:

Рис.4

В системе "Биос-3" регенерация осуществлялась высшими растениями. В принципе можно было бы держать в биосфере и животных, но эта проблема пока не решена. Пытались, например, приспособить к замкнутой системе козу, но она чувствовала себя плохо: скорее всего ей не хватало движения. Делали также опыты с моллюсками и рыбой. Содержание животных требует раз в десять больше энергии, чем выращивание растений: животные питаются растительной пищей, и получение пищи с помощью таких "посредников" дорого стоит. В природе это возможно благодаря даровой солнечной энергии, а в космосе получение энергии ограничено имеющейся техникой.