Comment la première installation au monde de survie autonome dans l'espace a été créée à Krasnoïarsk
Dans le film "Le Martien", le héros a dû attendre la prochaine expédition pour arriver sur la planète rouge avec une petite réserve d'eau, de nourriture et d'air. Le cinéma américain a essayé de comprendre comment faire cela, et les scientifiques soviétiques ont résolu un problème similaire avant même qu'Andy Weyer n'écrive un livre sur la survie sur Mars.
Il y a un demi-siècle, un appareil a été créé à l'Institut de physique de Krasnoïarsk du SB RAS qui aiderait un astronaute à survivre sur n'importe quelle planète sans aucun problème particulier et sans aide extérieure. Le système révolutionnaire d'approvisionnement en boucle fermée BIOS-3, qui n'a pas d'analogue dans le monde, a presque entièrement fourni aux personnes à l'intérieur de l'eau, de l'oxygène et de la nourriture. Il suffisait d'emporter avec vous une très petite quantité, puis tout était produit et nettoyé par le système lui-même.
Russian Planet a découvert comment les scientifiques sibériens ont pu rester en avance sur leur temps et leurs collègues.
Respirez avec des algues
- Les premières expériences sur la création de systèmes de survie autonomes fermés ont commencé à Krasnoïarsk à la fin des années 1960, - le chercheur principal, secrétaire scientifique de l'Institut de biophysique de la branche sibérienne de l'Académie des sciences de Russie, candidat aux sciences biologiques Yegor Zadereev indique le correspondant RP. - Les scientifiques ont découvert que pour que deux personnes vivent par an, elles ont besoin d'environ 300 kg d'oxygène, 2,5 tonnes d'eau et 400 kg de nourriture. Parallèlement, sur la même période, ils émettront 350 kg de dioxyde de carbone et une tonne de déchets, qu'il faudra recycler. Il restait à trouver comment leur fournir tout cela dans un environnement isolé du monde extérieur.
Des experts ont mené des expériences et confirmé l'hypothèse selon laquelle le potentiel de développement d'un organisme vivant est supérieur aux possibilités réalisables. Lorsque l'algue unicellulaire Chlorella a été placée dans des conditions idéales, elle a commencé à croître beaucoup plus rapidement et à produire plus d'oxygène que dans son environnement naturel, et aussi à recycler plus activement le dioxyde de carbone.
Les algues dans un petit réservoir ont commencé à suffire pour qu'une personne puisse respirer normalement toute la journée, en plaçant son visage dans un trou spécial qui ne permet pas l'air de l'extérieur. Ainsi, en 1964, ils ont créé un système à cycle fermé de reproduction d'oxygène "BIOS-1", qui aidait une personne à respirer dans un espace sans air, par exemple dans l'espace. Ensuite, les scientifiques ont pu augmenter le temps passé dans une pièce fermée de 12 heures à 30 jours. Plus tard, l'échange d'eau a également été fermé, ce qui a permis de réaliser une expérience de 45 jours.
Cependant, les algues n'étaient utiles que pour fournir de l'oxygène à une personne et se débarrasser du dioxyde de carbone. S'il n'y a pas d'autres plantes dans un espace confiné, vous devrez également manger des algues. Il peut y avoir suffisamment de nutriments pour le corps humain, mais maintenir la santé mentale avec un tel régime sera problématique.
En 1966, les scientifiques ont lancé des expériences avec des légumes et des céréales et, en conséquence, ont construit l'installation BIOS-2. Il s'est avéré que si des conditions idéales de croissance sont créées pour le même blé - sans changements de température, sans changement de temps, sans mauvaises herbes, il produira six fois par an et plusieurs fois plus que dans des conditions naturelles. En cours de route, les chercheurs ont établi combien de blé doit être semé pour nourrir une personne.
Bionautes dans le bunker
« Lorsque le fondateur de la cosmonautique russe, Sergueï Korolev, a pris connaissance des expériences menées à l'Institut de physique du SB RAS, il s'y est intéressé et a rencontré le fondateur et directeur de l'Institut de Krasnoïarsk, l'académicien Leonid Kirensky. poursuit Yegor Zadereev. - Sur ordre personnel de Korolev, qui avait besoin d'un système de survie autonome pour la station sur la Lune, des fonds ont été alloués pour poursuivre les recherches. Ils ont permis en un temps record, en seulement sept ans, de créer un écosystème artificiel "BIOS-3".
Les biophysiciens de Krasnoïarsk ont reçu d'énormes sommes d'argent à cette époque - 1 million de roubles. Avec ces fonds, ils construisirent en 1972 un bunker spécial isolé du monde extérieur avec des murs en acier inoxydable, dont le volume total était de 315 mètres cubes. m, et la superficie est de 14x9x2, 5 m.
Le bunker a été conçu pour accueillir trois personnes et a été divisé en quatre parties. L'un contenait des cabines de vie avec des lits, une cuisine-salle à manger, une salle de bain et un espace de travail - un atelier-laboratoire avec des équipements pour le traitement des cultures, utilisant de la biomasse non comestible, ainsi que des systèmes de purification d'eau et d'air. Les trois autres parties étaient pour les plantes. Dans un espace confiné et sous un éclairage artificiel, des algues poussaient, ainsi que des variétés de soja, de laitue, de concombre, de radis, de carotte, de betterave, d'aneth, de chou, de pomme de terre et d'oignon. Ils régénéraient l'eau et l'oxygène, et fournissaient également aux "bionautes" tous les nutriments, vitamines et micro-éléments nécessaires à leur existence. Du blé nain à tige très courte, spécialement sélectionné par le sélectionneur de Krasnoïarsk, Henrikh Lisovsky, y poussait également: la partie non comestible de l'épi était de taille minime et il y avait peu de déchets. Elle a donné une récolte de 200-300 centners par hectare. Et la chufa aux herbes d'Asie centrale fournissait aux gens de l'huile végétale.
Pour que les personnes à l'intérieur du "BIOS" puissent communiquer avec le monde extérieur, un bunker scellé était équipé d'une télévision et d'un téléphone. Un système de refroidissement et d'alimentation a été installé.
- Au début des années 1970, trois volontaires parmi les employés ont vécu pour la première fois dans le bunker pendant six mois - 180 jours, du 24 décembre 1972 au 22 juin 1973, - raconte Yegor Zadereev. « Tout l'oxygène qu'ils respiraient provenait des plantes qu'ils cultivaient. Ils ont également traité du dioxyde de carbone. Initialement, l'approvisionnement en eau disponible était traité et purifié pour être utilisé plusieurs fois.
La prochaine session de communication avec les testeurs de l'installation BIOS-3 est en cours. Testeur V. V. Terskikh (dans la fenêtre), photo 1973. Photo: photo.kirensky.ru
Les participants à l'expérience mangeaient des légumes qu'ils cultivaient eux-mêmes, ramassaient et moulaient du blé et en faisaient du pain. Ils ont donc reçu 300 grammes de pain et 400 grammes de légumes par jour. Les « bionautes » de protéines animales ont fourni des aliments en conserve et de la viande lyophilisée. Des observations médicales constantes ont montré qu'un tel régime, ainsi que de l'eau et de l'air traités et purifiés, n'avaient pas d'effet négatif sur la santé des volontaires.
L'expérience n'a duré que six mois. Il est devenu clair qu'il ne servait à rien de continuer: le système de survie fermé créé dans le BIOS fonctionne parfaitement. Un convoyeur créé artificiellement pour la production d'eau, d'oxygène et de nourriture ne manque pas. Bien sûr, à condition qu'une grande quantité d'électricité provienne de l'extérieur, mais ce problème dans l'espace ou sur l'une des planètes se résout facilement à l'aide d'une centrale nucléaire ou de panneaux solaires.
Un an derrière une porte scellée
A la station "BIOS-3", qui simule une colonie extraterrestre, 10 expériences sur la survie autonome ont eu lieu. Des équipages d'une à trois personnes y ont participé. L'ingénieur Nikolai Bugreev a vécu dans BIOS-3 plus longtemps que le reste des "bionautes" - un total de 13 mois.
En 1968, le développement de Krasnoïarsk a été considéré au XIXe Congrès de la Fédération internationale d'astronautique comme l'un des prototypes possibles d'un système biologique permettant d'assurer la vie des personnes à une nouvelle étape de l'exploration spatiale - lors de longues expéditions. C'est devenu une reconnaissance mondiale des réalisations des biophysiciens sibériens.
Les scientifiques devaient résoudre un autre problème fondamental: comment fournir aux personnes dans un espace confiné non seulement des aliments végétaux, mais également des aliments protéinés. L'un des créateurs de BIOS-3, l'académicien Iosif Gitelzon, a alors avancé une idée révolutionnaire: utiliser pour cela des plantes génétiquement modifiées, qui produiraient la protéine animale souhaitée. Les problèmes de l'utilisation naturelle de la biomasse végétale et du retour du sel excrété du corps humain vers l'échange de masse intrasystémique restaient également non résolus.
Les scientifiques ont décidé de répéter une expérience réussie sur Terre dans l'espace. L'Institut de Krasnoïarsk a commencé à préparer les premiers conteneurs pour la culture de plantes en apesanteur, mais la perestroïka a éclaté. En raison du manque total de financement, la recherche unique qui n'avait pas d'analogues dans le monde à cette époque a dû être arrêtée et BIOS-3 a été mis en veilleuse.
De gauche à droite - participants à l'expérience de 6 mois dans BIOS-3: M. P. Shilenko, V. V. Terskikh, N. I. Petrov, photo 1973. Photo: photo.kirensky.ru
Arche du désert
Seulement 15 ans plus tard, en 1985, une tentative a été faite aux États-Unis pour mener une expérience similaire.
Avec l'argent du multimillionnaire Ed Bass, une base géante "Biosphere-2" a été construite en Arizona à partir de dômes hermétiques couvrant une superficie de 12 000 mètres carrés. m. Sur ce vaste territoire, les scientifiques ont reproduit des paysages terrestres - désert, forêt tropicale, savane, voire un petit océan avec un récif de corail, planté des plantes et amené des centaines d'espèces animales. On supposait que tout cela se développerait et se multiplierait par lui-même et fournirait aux volontaires de l'expérience tout le nécessaire à la vie.
"Cependant, très vite, il est devenu évident qu'il y avait un manque critique d'oxygène, nous avons dû ouvrir les fenêtres pour que l'air puisse entrer de l'extérieur", explique le membre correspondant de l'Académie des sciences de Russie, docteur en sciences biologiques, Sergueï Olenin. - Puis les plantes ont commencé à faire mal et à mourir, certaines espèces d'animaux se sont éteintes. Un nombre incroyable de cafards et de fourmis élevés. Il n'y avait pas assez de nourriture, il fallait la faire venir de l'extérieur. Deux ans plus tard, l'expérience était terminée, même si les créateurs de "Biosphere-2" espéraient que l'écosystème artificiel pourrait exister en mode autonome pendant au moins 100 ans.
Après une première tentative ratée, des chercheurs américains ont apporté des modifications au monde artificiel qu'ils ont créé et ont lancé une deuxième expérience en 2007. Cependant, il a été interrompu pour une autre raison: l'un des membres de la nouvelle équipe de bénévoles a attaqué d'autres personnes lors d'une dispute. Après cela, l'investisseur s'est désintéressé du projet et maintenant cette "arche de Noé" au milieu du désert n'est visitée que par les touristes.
- L'année dernière, une autre expérience de survie autonome a été réalisée en Chine. Il s'appelait "Lunar Palace-1", - poursuit Sergey Olenin. - Les scientifiques, qui ont en fait complètement répété les études de Krasnoïarsk, ont réussi à fournir aux participants toute la nourriture nécessaire à 75% du fait que le besoin en protéines était satisfait par les vers qu'ils élevaient. Ils ont donc réussi à vivre hors ligne pendant trois mois.
Un monde à expérimenter
Maintenant, l'Agence spatiale européenne a commencé à s'intéresser aux recherches de Krasnoïarsk. Avec l'argent reçu sous forme de subventions, de petites expériences sont réalisées à l'Institut de biophysique du SB RAS, des équipements modernes sont achetés pour le bunker, construit à la fin des années 1960. Un substrat artificiel semblable à du sol est créé pour la croissance des plantes. Des expérimentations sont en cours sur la technologie physico-chimique de décomposition de substances organiques en substances minérales, qui peuvent être remises en circulation sous forme de sels pour la croissance des plantes. L'utilisation d'escargots terrestres pour la production de protéines nécessaires à l'homme est à l'étude.
Cependant, il n'y a pas assez de fonds pour la recherche à grande échelle - cela nécessite plusieurs dizaines de millions de dollars. Tout le monde comprend qu'il est nécessaire de reprendre les travaux sur la création de systèmes fermés de survie, car sans eux, il ne peut être question d'exploration spatiale sérieuse, mais tout dépend des finances. Le BIOS-3 est vide. Bien qu'il s'agisse du système expérimental le plus réussi, il satisfait pleinement les besoins humains en eau, en air et en nourriture végétale grâce à un cycle biologique fermé. Il pourrait déjà être utilisé, mais pas encore sur Mars ou d'autres planètes, mais sur Terre. En effet, avec son aide, il est possible de réduire des centaines de fois les dommages causés à l'environnement, qui sont inévitablement causés par l'homme, puisque BIOS-3 permet de consommer un minimum de ressources et de ne produire quasiment aucun déchet. Les maisons en boucle fermée réduiraient considérablement la charge sur l'environnement et pourraient également fournir aux gens tout ce dont ils ont besoin là où il est difficile ou coûteux d'atteindre, par exemple, dans les zones arctiques reculées, les déserts ou dans les hautes terres, sous l'eau.
- Une autre option pour utiliser "BIOS" est d'y effectuer des expériences, que personne au monde ne mène encore. Tout le monde parle simplement de ce qui se passera si, par exemple, le niveau de méthane dans l'atmosphère atteint un niveau critique. Y aura-t-il une catastrophe ou pas ? Et à Krasnoïarsk, ils n'en parlent peut-être pas, mais vérifiez ce qui se passera dans un petit écosystème fermé, explique Sergei Olenin. - Et ce n'est qu'une des expériences possibles, qui n'ont peut-être même pas une signification énorme, mais colossale pour toute l'humanité. Il est possible d'étudier les processus de circulation des substances dans la biosphère de la Terre, et pas seulement d'aider les gens à survivre sur d'autres planètes.
