Quando, finalmente, nossos rastros permanecerão nos caminhos empoeirados de planetas distantes? A humanidade está persistentemente preparando uma resposta a esta pergunta, conduzindo pesquisas em larga escala e criando tecnologias para o desenvolvimento de outros mundos.
As palavras de Konstantin Tsiolkovsky, disse há mais de um século, "A humanidade não permanecerá para sempre na Terra …" estão apenas começando a se tornar realidade. Embora uma pessoa tenha sido capaz de se afastar de seu planeta natal apenas até a distância da órbita lunar, mas mesmo em órbitas mais baixas, as tecnologias modernas não podem fornecer um vôo tripulado totalmente autônomo com duração de mais de 3-4 meses: após este tempo, a tripulação da espaçonave definitivamente precisará de consumíveis entregues da Terra.
Ainda não é possível organizar alimentação adequada, abastecimento de água, abastecimento constante de oxigênio e destinação efetiva de resíduos isolados da biosfera terrestre.
Nesta fase, a resposta à pergunta "Como sobreviver no espaço profundo?" soa assim: "leve com você" uma certa parte mínima necessária desta biosfera, "forçando-a" a funcionar em condições de baixa gravidade, pequenos espaços confinados e um excesso de radiação de alta energia.
Infelizmente, todas as tentativas de implementar tal ciclo fechado, mesmo em condições de "solo" mais amenas, não podem ser consideradas bem-sucedidas. O mais famoso deles é, sem dúvida, o projeto americano "Biosfera-2", realizado pela Space Biosphere Ventures (financiado principalmente pelo bilionário Edward Bass).
O destino da "Biosfera"
No verão de 1991, em uma área desértica próxima à cidade de Oracle (Arizona), foi concluída a construção de uma estrutura de grande porte, que incluía uma enorme estrutura de metal de vidro que cobria uma área de 1,27 hectares.
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Juntamente com os edifícios auxiliares, era um sistema hermético com um volume de 203.760 m3. Uma série de biomas foi modelada neste volume: floresta tropical, savana, mato rijo mediterrâneo, deserto, pântano de água doce e salgado (mangue) e até mesmo um mini-oceano com recife de coral vivo.
MARS-500
Em preparação para um vôo tripulado a Marte, especialistas russos lançaram um experimento em grande escala "Mars-500". O objetivo principal do projeto é estudar as características da coexistência de seis pessoas em uma sala isolada por muito tempo em condições de comunicação limitada com a Terra. O complexo Mars-500 não era um sistema biologicamente fechado, a tarefa de estudar a possibilidade de autossuficiência da tripulação demorou muito tempo. O experimento durou 519 dias - de 3 de junho de 2010 a 4 de novembro de 2011.
É verdade que sua "representação" relativa era muito diferente da real - em particular, o oceano era menos de um terço da "biosfera", enquanto na Terra os espaços aquáticos ocupavam 71% da superfície. Toda essa biodiversidade foi "povoada" por quase quatro mil espécies de animais, plantas e microrganismos.
A composição de suas espécies foi selecionada de forma a simular melhor o ciclo biosférico de substâncias, incluindo a produção e decomposição de matéria orgânica (incluindo a decomposição natural de dejetos humanos). Os compressores gigantes ajustaram a pressão interna para corresponder à pressão externa, minimizando vazamentos de ar.
Em 26 de setembro de 1991, oito pessoas - quatro homens e quatro mulheres - passaram a fazer parte da biosfera artificial. Eles deveriam passar exatamente dois anos em completo isolamento do mundo exterior (tendo, no entanto, a oportunidade de se comunicar com ele ao telefone). Eles tiveram que usar outros habitantes da "Biosfera-2" como produtos alimentares - peixes, camarões, cabras, galinhas e porcos, bem como vegetais e frutas cultivadas em áreas especialmente designadas.
Foi assumido que o complexo funcionaria de forma autônoma, uma vez que possuía todas as condições para a circulação normal das substâncias. A luz solar, segundo cálculos dos cientistas, deveria ter sido suficiente para a reprodução do oxigênio pelas plantas em decorrência da fotossíntese, vermes e microrganismos proporcionados pelo processamento de resíduos, insetos - polinização de plantas, etc. A circulação e a purificação das águas eram realizadas graças ao funcionamento de estores que regulam a iluminação solar, que provocavam correntes de convecção de ar quente, que contribuíam para a evaporação da superfície do "oceano".
A umidade condensada caiu sob a forma de chuva sobre a "floresta tropical". De lá, infiltrou-se nos “pântanos” e novamente entrou no “oceano” por meio de filtros de solo. No processo de fotossíntese, o dióxido de carbono liberado durante a respiração foi absorvido e, em teoria, o conteúdo de oxigênio necessário no ar deveria ter sido mantido. No entanto, tanto os participantes diretos do experimento quanto seus líderes "de fora" podem interferir até certo ponto na operação dos sistemas de suporte de vida.
Todos os resíduos eram decompostos por métodos biológicos, fornecendo nutrição para as plantas, algumas das quais, por sua vez, serviam de alimento para pessoas, peixes e animais domésticos. O uso de produtos químicos tóxicos (inseticidas e pesticidas) foi totalmente excluído. O controle de pragas era realizado por métodos "naturais" - eles eram coletados e destruídos à mão ou criados seus inimigos naturais.
O uso de fontes de energia poluidoras do meio ambiente, como chamas abertas, também não foi permitido. Os painéis solares forneceram energia para cozinhar, iluminar e alimentar o equipamento.
Parecia que tudo foi levado em conta e um mundo ideal se construiu … porém, os problemas não tardaram a chegar. A Biosfera-2 estava superpovoada. As pessoas não tinham alimentos calóricos suficientes - tiveram que plantar banana e mamão na "selva", compactar o plantio de cereais sem aumentar a área e introduzir distribuição de alimentos.
Sobre o "deserto" no telhado de vidro da manhã, a água condensou e a chuva caiu. Como era impossível eliminá-lo, o deserto aos poucos "se transformou" em estepe. Poucos meses depois, as copas de muitas árvores começaram a se quebrar com o próprio peso: descobriu-se que, para a formação normal da madeira, um fator aparentemente insignificante como o vento é extremamente necessário.
Horta ucraniana em órbita
O primeiro cosmonauta da Ucrânia independente, Leonid Kadenyuk, estava envolvido em pesquisas no campo da biologia espacial durante seu vôo no ônibus espacial Columbia. Incluíram, em particular, experiências de polinização artificial de rebentos de soja e colza para obter sementes em gravidade zero. Esses estudos tinham um propósito prático: as tripulações de espaçonaves interplanetárias voando para planetas distantes definitivamente precisarão de "jardins espaciais" que fornecerão aos astronautas alimentos e oxigênio.
A reprodução descontrolada de insetos e microrganismos, absorvendo ativamente o oxigênio, começou muito rapidamente. Seu conteúdo no ar caiu para 14% (na norma de 21%) - isso corresponde à pressão parcial a uma altitude de 4.080 m acima do nível do mar. Como resultado, o estado de saúde dos habitantes da "Biosfera-2" piorou, e sua capacidade de trabalho caiu sensivelmente. Uma das mulheres cortou o dedo enquanto trabalhava em equipamentos agrícolas. Não foi possível costurar por nós mesmos e a vítima teve que ser evacuada "para o grande mundo".
Posteriormente, a "pureza do experimento" foi totalmente violada: devido ao fenômeno climático excessivamente ativado "El Niño", o céu do Arizona ficou coberto de nuvens com muito mais frequência do que o esperado e não havia luz solar suficiente para reproduzir o oxigênio durante a fotossíntese.
Para evitar consequências graves, a Base Edward decidiu começar a bombear esse gás sob a cúpula de fora. No total, mais de 20 toneladas tiveram que ser bombeadas. Enquanto isso, os "experimentais", além de suas ocupações principais, exterminavam vigorosamente as baratas e formigas excessivamente proliferadas (principalmente elas simplesmente pressionavam - não conseguiam encontrar esses insetos entre os habitantes da "Biosfera").
Rapidamente, a equipe se dividiu em dois grupos opostos, um dos quais exigia o encerramento imediato do experimento, e o segundo insistia que era necessário "segurar até o fim". Como o desejo de "resistir" também era compartilhado pela gerência do projeto, os dois grupos foram forçados a coexistir sob o mesmo teto até 26 de setembro de 1993, quando sete habitantes magros e exaustos do "paraíso terrestre" finalmente o deixaram. Porém, mesmo 20 anos depois, representantes de diferentes grupos evitam diligentemente reuniões e qualquer outra comunicação.
Os cientistas não queriam abandonar o complexo único, portanto, já no final de 1993, sua restauração foi iniciada: em dois anos de experimento, o desenho da "Biosfera-2" e muitos de seus sistemas estavam seriamente desgastados. Em 6 de março de 1994, a cúpula recebeu sete novos "residentes", incluindo uma mulher. Levando em consideração a experiência de seus antecessores, cinco deles conseguiram passar seis meses em sistema fechado - até 6 de setembro (embora um experimento de dez meses tenha sido inicialmente anunciado) - e conseguiram organizar a auto-suficiência alimentar, mas os problemas com a reprodução descontrolada de micróbios e insetos não puderam ser resolvidos.
Em 5 de abril de 1994, Abigail Elling e Mark Van Thillo, dois participantes do primeiro experimento, conseguiram abrir uma eclusa de descompressão e três portas de saída de emergência, quebrando a rigidez do complexo por um quarto de hora. Eles também quebraram cinco painéis de vidro do telhado. Elling explicou sua ação pelo fato de querer dar às pessoas de dentro a escolha entre liberdade e "prisão".
Em 1 de junho de 1994, a Space Biospheres Ventures oficialmente deixou de existir, transferindo todos os negócios (incluindo o segundo experimento) para uma equipe de gerenciamento temporária contratada pela Decisions Investment Co.
Em meados de 1996, após a transferência da gestão da "Biosfera" para a Columbia University (Nova York), cientistas lançaram nela um novo experimento, desta vez sem a participação de pessoas. Eles iriam descobrir se o rendimento realmente aumenta com um aumento na porcentagem de dióxido de carbono (e até que limite), o que acontece com o dióxido de carbono em excesso e onde ele se acumula, e também se um processo reverso catastrófico é possível com um aumento descontrolado no conteúdo de CO2 na atmosfera. Não foi possível obter respostas claras para nenhuma dessas perguntas.
Durante muito tempo, o complexo científico foi utilizado para a prática estudantil, e em 2005 foi colocado à venda. O comprador foi encontrado apenas no verão de 2007. Era a Ranching & Development, que pretendia construir um hotel e um complexo educacional nas proximidades, e a própria Biosphere-2 se tornaria uma atração turística acessível ao público. Em 26 de julho de 2007, o único laboratório foi transferido para a disposição da Universidade do Arizona.
… Numa das paredes interiores da “Biosfera” existem ainda várias linhas escritas por um dos participantes da primeira missão: “Só aqui nos sentimos dependentes da natureza circundante. Se não houver árvores, não teremos nada para respirar; se a água estiver poluída, não teremos nada para beber. Essa sabedoria conquistada com dificuldade é talvez o resultado mais importante de um experimento ambicioso.
Projeto de BIOS
A pesquisa sobre a possibilidade de criar sistemas biofísicos estáveis de biossíntese contínua começou logo após os primeiros voos espaciais tripulados. Um dos trabalhos mais interessantes e bem-sucedidos nessa direção foi o projeto BIOS, lançado por funcionários do Instituto de Biofísica de Krasnoyarsk (URSS, hoje Federação Russa). Lá, sistemas de suporte de vida foram desenvolvidos para a permanência humana no espaço, em condições extremas de latitudes polares, desertos, terras altas, debaixo d'água.
Em 1964, no sistema BIOS-1, foi implementado um sistema de suporte de vida de dois elos humano-chlorella, fechado para troca gasosa. As algas absorviam dióxido de carbono e produziam oxigênio, mas não podiam ser usadas para alimentação.
No complexo BIOS-2, que começou a ser criado em 1965, além das algas, estavam envolvidas plantas superiores - trigo, vegetais. Em 1968, os primeiros experimentos foram realizados no sistema de três elos "homem - microalgas - plantas superiores". Atingiu 85% de reaproveitamento de água. Com base nesses experimentos, o BIOS-3 foi criado - um sistema fechado de suporte de vida humana ecológica com controle autônomo.
Esquema de troca de gás e água no complexo experimental "Bios-3". Caminhos de gás são mostrados com linhas laranja, água - preto. As setas azuis indicam a direção da viagem. As letras denotam: B - cultivadores de algas chlorella, G - soprador de gás, U - filtro de carvão, C - coletores de águas residuais na cozinha e banheiro, Q - coletor de coleta de condensado de umidade no fitotron, D - tanque para ferver e armazenar água doméstica, M - coletor urina, F - unidade para purificação por sorção de água potável.
A construção do complexo BIOS-3 foi concluída em 1972. No porão do Instituto de Biofísica do Krasnoyarsk Academgorodok, foi construída uma sala lacrada com dimensões de 14x9x2,5 me um volume de cerca de 315 m3. Foi dividido em 4 compartimentos iguais, dois dos quais ocupados por fitotrões para cultivo de plantas, um por cultivadores de microalgas, e o último era um bloco de convivência com cabines de tripulação, casa e equipamento auxiliar. Os compartimentos eram conectados por portas seladas.
Com base no BIOS-Z, 10 experimentos foram realizados com equipes de uma a três pessoas. O mais longo deles durou 180 dias (1972-1973). Foi possível conseguir um “fechamento” total do sistema de gás e água, as necessidades de alimentação da tripulação foram atendidas em 80% à custa de recursos internos. O engenheiro Nikolai Bugreev morou no complexo por mais tempo (13 meses no total).
Em estufas sob iluminação artificial, cultivavam-se variedades especiais de trigo, soja, alface, chufa (oleaginosa da Ásia Central), cenoura, rabanete, beterraba, batata, pepino, azeda, repolho, endro e cebola. O trigo anão, criado pelo Professor G. M. Lisovsky, tem caules encurtados, o que tornou possível reduzir a quantidade de resíduos. Alimentos enlatados com produtos de origem animal também eram usados para alimentação.
No final dos anos 80, os experimentos no BIOS-Z foram temporariamente interrompidos.
Em 1991, o Centro Internacional de Sistemas Ecológicos Fechados foi criado sob a liderança do Acadêmico I. I. Gitelzon, que se tornou uma subdivisão estrutural do Instituto Krasnoyarsk de Biofísica, Ramo Siberiano da Academia Russa de Ciências. O objetivo de sua pesquisa é criar protótipos e modelos de funcionamento de ecossistemas fechados para o suporte de vida humana de longo prazo em condições terrestres e espaciais extremas com base no estudo dos processos de circulação de substâncias na biosfera da Terra.
O desenvolvimento de um novo modelo de biossistema começou em Krasnoyarsk em 2005 com o apoio da Agência Espacial Europeia. No momento, no âmbito deste projeto, pesquisas estão sendo desenvolvidas na área de reciclagem de resíduos e cultivo de plantas em ecossistemas fechados.
NASA projeta biossistemas
Os especialistas da NASA, é claro, não podiam ficar longe do desenvolvimento de biossistemas fechados, que mais tarde poderiam ser usados para apoiar as tripulações de estações espaciais e naves interplanetárias. Suas conquistas nessa área são muito menores, mas eles têm um sucesso comercial tangível.
Este é um módulo biológico denominado Ecosfera, que é um aquário-bola de vidro selado com um diâmetro de 10-20 cm, cheio de água do mar com uma pequena bolha de ar e "povoado" por vários camarões Halocaridina rubra, pedaços de coral, algas verdes e bactérias que decompõem os alimentos funções vitais do camarão. No fundo do aquário, mais por razões estéticas, deita-se um pouco de areia e conchas.
Segundo as garantias dos fabricantes, todo esse mundo deveria ser completamente autônomo por um tempo ilimitado - precisava apenas da luz do sol e manter uma temperatura mais ou menos constante. O camarão se multiplicou e morreu, sem ultrapassar a quantidade que os recursos disponíveis poderiam "alimentar". A Ecosfera imediatamente se tornou incrivelmente popular.
É verdade que logo ficou claro que sua "eternidade" era de apenas 2-3 anos, após os quais o equilíbrio biológico dentro do aquário foi perturbado e seus habitantes morreram. Mesmo assim, os aquários herméticos ainda são populares - afinal, toda civilização tem sua própria "vida útil", e mesmo dois anos pelos padrões de um camarão não é tão ruim assim.
"Space formigueiro" na sua mesa
As formigas são criaturas incríveis. Eles são encontrados em quase todas as zonas naturais (exceto para desertos árticos). Seus ancestrais, pouco diferentes dos representantes modernos dessa família, viveram na Terra há mais de 100 milhões de anos, como evidenciado por seus restos encontrados na lama fossilizada. É muito provável que mesmo assim tivessem as habilidades de uma "comunidade coletiva" e fossem subdivididas em "castas" - formigas operárias, guerreiras, caçadoras, etc.
São mais de 12,5 mil espécies classificadas de formigas, sendo que o número total desses insetos na Terra pode chegar a um quatrilhão (um milhão de bilhões, ou 1015). Com uma massa média de um espécime de cerca de 3 mg, sua biomassa total é apenas uma ordem de magnitude menor que a biomassa da humanidade, embora existam cerca de centenas de milhares de formigas por pessoa. É óbvio que uma família tão grande de seres vivos é um dos elementos mais importantes da biosfera. Portanto, os mirmecologistas (a mirmecologia é um ramo da entomologia que estuda as formigas) estão ativamente envolvidos na maioria das pesquisas dedicadas à criação de ecossistemas fechados.
A maior parte da vida das formigas ocorre em abrigos subterrâneos ou outros abrigos de difícil acesso, onde é extremamente difícil observá-las. Os cientistas se esforçaram muito para resolver esse problema. A versão mais simples do "observatório de formigas" pode ser considerada um formigueiro artificial de dois painéis de vidro transparente (plástico) e enchimento de areia entre eles. As observações são realizadas em luz fraca ou raios infravermelhos.
Como a areia é opaca, nesse formigueiro você só pode ver os túneis diretamente adjacentes à parede de vidro. Além disso, esse desenho é muito pouco transportável - mesmo com uma leve sacudida, as passagens alinhadas pelas formigas se desintegram e desabam. Portanto, a fim de experimentá-los em naves espaciais do ônibus espacial, os funcionários da NASA tiveram que projetar um habitat no qual as formigas pudessem viver e construir túneis que pudessem suportar os efeitos de mudanças repentinas na gravidade.
Conceito para o projeto Mars One
Para isso, foi desenvolvido um enchimento especial gelatinoso, adequado para formigas morarem nele e construírem túneis. Ele também serve como fonte de alimento para eles. Essa tecnologia foi usada para construir o "formigueiro de mesa" do Antquarium, que oferece a todos os amantes da vida selvagem uma rara oportunidade de observar a vida fascinante desses insetos.
O Antquarium não é um ecossistema fechado, mas o suprimento de água e nutrientes (além do ar) é limitado. A probabilidade de bactérias patogênicas e formigas parasitas entrarem também é minimizada. Portanto, um "formigueiro transparente" pode sustentar por muito tempo a vida de seus habitantes - desde que observadas as condições de luz e temperatura especificadas nas instruções.
Journal "Universe, Space, Time", março de 2014
