Задача создать условия для длительного пребывания людей на космической станции или другой планете была поставлена перед учеными фактически на заре космонавтики академиком Сергеем Королевым. В те времена мечтали о будущих лунных и марсианских городах, где космонавты смогут жить в условиях, приближенных к земным. Существовало два возможных пути решения проблемы: брать с собой в космос огромный запас пищи, воды и воздуха либо создавать замкнутую систему, воспроизводящую круговорот веществ и позволяющую выжить длительное время фактически без запасов.

«Первый путь можно назвать тупиковым, поскольку и тогда, и сейчас лишний вес на борту обходится дорого. На данный момент вывод одного килограмма груза на орбиту стоит порядка 10 тыс. долларов, а человеку с учетом продуктов питания, воды, кислорода необходимо около 14 тонн в год. Наши ученые пошли по 2 пути, создавая в лабораторных условиях модель круговорота веществ между человеком и «кусочком биосферы», – рассказывает Андрей Дегерменджи.

Секретный БИОС-3 

В идеале речь шла о полностью замкнутой системе будущего, обновляющей саму себя и позволяющей человеку дышать, питаться и жить в созданных условиях. Для этого углекислый газ и другие выделения человека требовалось утилизировать и научиться возвращать обратно в систему в виде пищи или восстановленной среды для дыхания.

«Первым противовесом человеку и маленькой моделью биосферы стал водорослевой культиватор. Водоросли (хлорелла) поглощали углекислый газ и вырабатывали кислород. Это был довольно длительный этап, затем добавились высшие растения, и в итоге в 70-х гг. была создана биологическая система жизнеобеспечения, которая получила название БИОС-3».

БИОС-3 был засекречен и располагался под землей в красноярском Институте биофизики СО РАН. В герметичном помещении, разделенном на отсеки проводились эксперименты с экипажами  от 1 до 3 человек. Внешне система напоминала обычную оранжерею, но в отличие от нее удобрения и вода участвовали в круговороте, а не поступали из внешней среды. В оранжерее выращивали пшеницу, сою, салат, чуфу, морковь, редис, свеклу, картофель, огурцы, щавель. Все культуры обладали высокой степенью урожайности.

«С помощью селекции были выведены виды – уроды (по-другому их не назовешь), где съедобная часть была намного больше неупотребляемых в пищу стеблей. Выращивание разновозрастных культур позволяло ежедневно собирать урожай, однако само создание такого конвейера потребовало огромных усилий».

«Самый длительный эксперимент с участием человека в БИОС-3 занял 180 суток. В 1972-1973 гг. 3 члена экипажа провели полгода в замкнутой кабине, полностью изолированной от окружающей среды. День бионавтов был расписан по минутам, и времени на конфликты не оставалась: люди работали, собирали урожай, выпекали хлеб. Мясная часть диеты поступала в тюбиках – совсем как у космонавтов. В ходе эксперимента и впоследствии медиками не было обнаружено никаких, даже отдаленных отклонений в здоровье научных сотрудников. Кстати, участники эксперимента очень неплохо заработали и к тому же хорошо питались, чего не скажешь об остальном населении страны в то время».

Замкнем круговорот?

В период перестройки «БИОС-3» был законсервирован, а эксперименты прекращены. По словам директор красноярского Института биофизики, к тому времени система полностью осуществляла круговорот газов и воды, не требуя помощи извне, и обеспечивала до 50 % потребностей экипажа в пище.

«Со временем ситуация нормализовалось и получила 2 дыхание. Что касается финансовой стороны вопроса, то раньше деньги к нам поступали от Роскосмоса. Но за сложный для страны период мы подзабыли друг друга и пока еще не готовы к сотрудничеству. Сегодня с нами взаимодействует Европейское космическое агентство, совместно с которым мы разрабатываем варианты усложнения системы для 100% замыкания круговорота веществ».

Сейчас в ИБФ СО РАН создана физико-химическая система разложения органики, перерабатывающая ранее не подлежавшие разложению вещества (остатки растений и выделений человека) в минеральные удобрения.

«Проблема соли», которая раньше никак не желала «крутиться» или, иначе говоря, участвовать в круговороте, вероятно, будет решена за счет растений – солеросов, которые могут накапливать до 50% NaCl, – рассказывает о новых направлениях в создании автономной биологической системы жизнеобеспечения г-н Дегерменджи. – Еще один момент – раньше мы изгоняли почвы из системы (растения выращивались по методу гидропоники на искусственных средах), опасаясь влияния и распространения микроорганизмов. Теперь мы вернулись к идее почвы, но почвы искусственной, так называемому почво – подобному субстрату с которым сегодня проводятся эксперименты».

На Марс без мини-свиней и китайцев

«Время, когда потребуются такие системы, как BIOS, уже близко», – считает директор ИБФ СО РАН, напоминая, что срок создания пилотируемого космического корабля с ядерным двигателем обозначен 2021 годом. Предполагаемый сценарий развития дальнейших событий в его глазах сегодня выглядит следующим образом: «Водорослевые культиваторы во время полета будут в кабине, а уже при приземлении на Марс или Луну космонавты будет разворачивать тяжелую систему с высшими растениями. Лишь после того, как она окончательно заработает, водорослевая система уйдет «в запас».

Что касается включения в круговорот животной пищи, то это один из самых тяжелых вопросов.

«Конечно, существуют и мини-свиньи и мини-коровы, но даже им требуются слишком большие площади для питания. Поэтому сейчас мы планируем проработать вариант с трансгенными растениями», – говорит Андрей Дегерменджи.

«Интересным путем идут китайцы, пытающиеся использовать в качестве источника животного белка тутового шелкопряда. Боюсь, что китайский и российский бионавты не уживутся в одной кабине, потому как китайские источники белка нам явно не подходят по эстетическим соображениям», – шутит он.