БИОС-3 Экспериментальная экосистема
БИОС-3 — экспериментальный комплекс красноярского Института биофизики, моделирующий замкнутую экологическую систему жизнеобеспечения человека с автономным управлением.
История
Основой проекта стали работы Красноярских учёных И. Терскова и И. Гительзона по изучению закономерностей функционирования популяций клеток крови. Исследования показали возможность создания устойчивых биофизических систем непрерывного биосинтеза. Появилась возможность создать замкнутые системы жизнеобеспечения человека. Система моделирует замкнутость круговорота веществ в биосфере.
Цель экспериментов — изучение закономерностей функционирования биосферы. Системы жизнеобеспечения человека разрабатывались для жизни человека в космосе, в экстремальных условиях полярных широт, пустынь, высокогорья, подводных работ и т. д.
В 1964 году в системе БИОС-1 была осуществлена замкнутая по газообмену двухзвенная система жизнеобеспечения «человек-хлорелла». Водоросли поглощали углекислый газ и вырабатывали кислород, однако использовать хлореллу в пищу не удалось.
В 1965 году в БИОС-2 кроме водорослей использовались и высшие растения — пшеница, овощи.
В 1968 году были проведены первые эксперименты в трехзвенной системе «человек — микроводоросли — высшие растения». Был достигнут 85 % уровень повторного использования воды. На основе этих экспериментов был создан БИОС-3 — замкнутая экологическая система жизнеобеспечения человека с автономным управлением.
БИОС-3
Строительство завершилось в 1972 году. В подвале Института биофизики в красноярском Академгородке построили герметичное помещение размерами 14*9*2.5 м и объёмом около 315 м³. Корпус разделен на 4 равных отсека, два из которых заняты фитотронами, один микроводорослевыми культиваторами, а последний жилой, там располагаются каюты экипажа, бытовое и вспомогательное оборудование. Отсеки соединены герметизируемыми дверьми.
Экипаж — до 3 человек.
В БИОС-3 были проведены 10 экспериментов с экипажами от 1 до 3 человек. Самый продолжительный эксперимент продолжался 180 дней (1972—1973 гг.). Удалось достичь полного замыкания системы по газу и воде, и до 80 % потребностей экипажа в пище.
В оранжереях при искусственном освещении выращивалась пшеница, соя, салат, чуфа, морковь, редис, свекла, картофель, огурцы, щавель, капуста, укроп, лук. Все растения — специальных сортов. Карликовая пшеница выведена профессором Лисовским. Растения имеют укороченные стебли, что позволяет снизить количество отходов. Чуфа (средне-азиатская трава) выращивалась для производства растительного масла. Продукты животного происхождения применялись в виде консервов.
Больше всех в БИОС-3 прожил инженер Николай Бугреев — в общей сложности 13 месяцев.
В период перестройки «БИОС-3» был законсервирован, и эксперименты в нем на время были прекращены.
-
Пути движения газов показаны оранжевыми линиями, воды — черными. Голубыми стрелками показано направление движения. Буквами обозначены: В — культиваторы водоросли хлореллы, Г — газодувка, У — угольный фильтр, С — сборники сточной воды в кухне и туалете, Q — коллектор отбора конденсата влаги в фитотроне, Д — емкость для кипячения и хранения бытовой воды, М — коллектор мочи, Ф — узел сорбционной доочистки питьевой воды.
«Биос-3» — экспериментальный комплекс красноярских ученых — состоял из четырех отсеков. Один — бытовой. Другой был занят двумя культиваторами с одноклеточной зеленой водорослью хлореллой. За сутки она выделяет кислорода в 100 раз больше своего собственного объема. Масса ее увеличивается в несколько раз. Кроме того, хлорелла — хотя и не единственный, но вполне пригодный для питания человека продукт: она содержит 50% белков, 20% жиров, 10% углеводов, около 10% минеральных солей, а также витамины А, С и группы В.
В комплексе «Биос-3» хлорелла в пищу не применялась, а ее использовали лишь для регенерации кислорода и воды. Производительность двух культиваторов — 2000 л кислорода в сутки (одному человеку нужно примерно в 4 раза меньше).
Еще два отсека — фитотроны — по 20 кв. м каждый. В одном — короткостебельная пшеница, в другом — овощи: свекла, морковь, укроп, капуста, репа, лук, огурцы, редис и щавель. Растения выращивались по методу гидропоники, то есть без почвы, в водных растворах минеральных солей. Причем затраты солей были намного меньше, чем вес синтезированной пищевой биомассы.
В каждом фитотроне было по 20 ксеноновых ламп, заменяющих солнечный свет. Из всех растений наиболее продуктивными были пшеница и морковь — их урожаи превышали даже уровни, рекордные для полевых условий. Пшеница выращивалась по способу конвейера из 14 возрастов, овощи — конвейером из 6 возрастов. Так что в среднем на каждого из трех испытателей в сутки приходилось 200 г зерна и 388 г свежих овощей. Часть зерна отбиралась на семена для посева и на анализы, а из оставшегося выпекали хлеб.
Экспериментальная оранжерея лишь частично удовлетворяла потребности экипажа в пище: на 4/5 рацион состоял из продуктов, заранее обезвоженных в условиях вакуума. Они сохраняют свойства натуральных и более чем в 5 раз легче их. Стало быть, к.п.д. системы был только 20%. Но величины 100% не удастся достичь никогда, ибо потери неизбежны. Как показывают расчеты, максимальная цифра — 95%.
Источником воды в системе были конденсаты из фитотронов и культиваторов хлореллы. После переработки на ионообменных смолах и угле эта вода была уже пригодна для питья. Твердые и жидкие отходы человеческой жизнедеятельности после минерализации (разложения на окислы, минеральные соли и воду) частично поглощались хлореллой. А вся сточно-бытовая вода (баня, стирка белья, мытье посуды) поступала в питательные растворы пшеницы и овощей.
Так в комплексе «Биос-3» была реализована частично замкнутая СЖО. За счет световой энергии она полностью регенерировала атмосферу, возвращала в круговорот до 95% воды, воспроизводила 1/5 часть продуктов питания, включая свежие витамины, 26% углеводов, 14% белков и около 3% жиров.
