Kasaysayan ng mga artipisyal na biosphere: bakit kailangan ang isang space greenhouse. Ecosystem elementary unit ng biosphere II
Na-scan at naproseso ni Yuri Abolonko (Smolensk)
BAGO SA BUHAY, AGHAM, TEKNOLOHIYA
MAG-SUBSCRIBE NA SIKAT NA SCIENCE SERIES
COSMONAUtics, ASTRONOMY
7/1989
Inilathala buwan-buwan mula noong 1971.
Yu. I. Grishin
ARTIFICIAL SPACE ECOSYSTEMS
Sa attachment ng isyung ito:
SPACE TOURISM
CHRONICLE NG COSMONAUtics
BALITA NG ASTRONOMY
Publishing house na "Knowledge" Moscow 1989
BBK 39.67
G 82
Editor I. G. VIRKO
| Panimula | 3 |
| Tao sa isang natural na ekosistema | 5 |
| Ang isang spaceship na may crew ay isang artipisyal na ecosystem | 11 |
| Relay race ng mga substance sa biological cycle | 21 |
| May kahusayan ba ang mga ekosistema? | 26 |
| Artipisyal at natural na biosphere ecosystem: pagkakatulad at pagkakaiba | 32 |
| Sa biological life support system para sa mga space crew | 36 |
| Mga berdeng halaman bilang pangunahing link sa mga biological life support system | 39 |
| Mga nagawa at prospect | 44 |
| Konklusyon | 53 |
| Panitikan | 54 |
APLIKASYON | |
| Turismo sa kalawakan | 55 |
| Chronicle ng astronautics | 57 |
| Balita sa Astronomiya | 60 |
Grishin Yu. I.
| G 82 |
ISBN 5-07-000519-7
Ang polyeto ay nakatuon sa mga problema ng suporta sa buhay para sa mga tripulante ng spacecraft at mga pangmatagalang istruktura sa espasyo sa hinaharap. Isinasaalang-alang ang iba't ibang modelo ng mga artipisyal na ekolohikal na sistema, kabilang ang mga tao at iba pang biological link. Ang polyeto ay inilaan para sa isang malawak na hanay ng mga mambabasa.
3500000000BBK 39.67
ISBN 5-07-000519-7© Publishing House "Kaalaman", 1989
PANIMULA
Ang simula ng ika-21 siglo ay maaaring bumaba sa kasaysayan ng pag-unlad ng makalupang sibilisasyon bilang isang qualitatively bagong yugto sa paggalugad ng circumsolar space: ang direktang pag-aayos ng natural at artipisyal na nilikha na mga bagay sa kalawakan na may mahabang pananatili ng mga tao sa mga bagay na ito.
Mukhang kamakailan lamang ang unang artipisyal na Earth satellite ay inilunsad sa low-Earth space orbit (1957), ang unang flyby at larawan ng malayong bahagi ng Buwan ay ginawa (1959), ang unang tao ay nasa kalawakan (Yu. A . Gagarin, 1961), isang kapana-panabik na pelikula ang ipinakita sa telebisyon sa sandali ng spacewalk ng tao (A. A. Leonov, 1965) at ipinakita ang mga unang hakbang ng mga astronaut sa ibabaw ng Buwan (N. Armstrong at E. Aldrin, 1969). Ngunit bawat taon ang mga ito at maraming iba pang natitirang mga kaganapan sa panahon ng kalawakan ay nagiging isang bagay ng nakaraan at nagiging kasaysayan. Ang mga ito, sa katunayan, ay simula lamang ng sagisag ng mga ideya na binuo ng dakilang K. E. Tsiolkovsky, na itinuturing na espasyo hindi lamang bilang astronomikal na espasyo, kundi pati na rin ang kapaligiran para sa tirahan ng tao at buhay sa hinaharap. Naniniwala siya na "kung ang buhay ay hindi ipinamahagi sa buong uniberso, kung ito ay nakakulong sa isang planeta, kung gayon ang buhay na ito ay madalas na hindi perpekto at napapailalim sa isang malungkot na wakas" (1928).
Ngayon, ang mga posibleng opsyon para sa biological evolution ng tao ay hinuhulaan na kaugnay ng pag-aayos ng isang makabuluhang bahagi ng populasyon sa labas ng Earth, ang mga posibleng modelo ng paggalugad sa kalawakan ay binuo, at ang pagbabagong epekto ng mga programa sa kalawakan sa kalikasan, ekonomiya at tinatasa ang ugnayang panlipunan. Isinasaalang-alang din at nalutas ang mga problema ng bahagyang o kumpletong pagsasarili ng mga pamayanan sa kalawakan gamit ang saradong biotechnical life support system, mga isyu sa paglikha ng mga baseng lunar at planetary, industriya at konstruksyon sa espasyo, at ang paggamit ng mga extraterrestrial na mapagkukunan at materyales.
Ang mga salita ni K. E. Tsiolkovsky ay nagsisimulang magkatotoo na "ang sangkatauhan ay hindi mananatili sa Earth magpakailanman, ngunit sa pagtugis ng liwanag at espasyo, ito ay unang mahiyain na tumagos sa kabila ng kapaligiran, at pagkatapos ay sakupin ang buong circumsolar space" (1911).
Sa kamakailang mga internasyonal na pagpupulong at mga forum tungkol sa kooperasyon sa kalawakan sa interes ng higit pang pagpapalawak ng siyentipikong pananaliksik ng malapit sa Earth at malapit sa solar space, ang pag-aaral ng Mars, Buwan, at iba pang mga planeta ng solar system, ang pag-asa ay ipinahayag na ang pagpapatupad ng malalaking programa sa kalawakan na nangangailangan ng napakalaking materyal at teknikal na mapagkukunan at mga gastos sa pananalapi, ay isasagawa sa pamamagitan ng magkasanib na pagsisikap ng maraming bansa sa loob ng balangkas ng internasyonal na kooperasyon. "Tanging ang kolektibong pag-iisip ng sangkatauhan ang may kakayahang lumipat sa taas ng malapit sa Earth space at higit pa sa malapit-solar at stellar space," sabi ni M. S. Gorbachev sa kanyang talumpati sa mga dayuhang kinatawan ng kilusang komunista - mga kalahok sa pagdiriwang ng Ika-70 anibersaryo ng Great October Revolution.
Ang isa sa pinakamahalagang kondisyon para sa karagdagang paggalugad ng tao sa kalawakan ay upang matiyak ang buhay at ligtas na mga aktibidad ng mga tao sa kanilang matagal na pananatili at trabaho sa mga istasyon ng kalawakan, spacecraft, planetary at lunar base na malayo sa Earth.
Ang pinaka-kapaki-pakinabang na paraan upang malutas ang pinakamahalagang problemang ito, tulad ng pinaniniwalaan ng maraming mga lokal at dayuhang mananaliksik ngayon, ay ang paglikha ng mga closed biotechnical life support system sa mga pangmatagalang istraktura ng kalawakan na tinitirhan, ibig sabihin, mga artificial space ecological system na kinabibilangan ng mga tao at iba pang biological links. .
Sa polyetong ito, susubukan naming balangkasin ang mga pangunahing prinsipyo ng pagbuo ng mga naturang sistema, magbigay ng impormasyon sa mga resulta ng malalaking eksperimento na nakabatay sa lupa na isinagawa bilang paghahanda para sa paglikha ng mga biotechnical life support system sa espasyo, at ipahiwatig ang mga problema na kailangan pa ring nalutas sa Earth at sa kalawakan upang matiyak ang kinakailangang pagiging maaasahan ng paggana ng mga sistemang ito sa mga kondisyon ng kalawakan.
TAO SA LIKAS NA ECOSYSTEM
Bago ipadala ang isang tao sa isang mahabang paglalakbay sa kalawakan, susubukan muna nating sagutin ang mga tanong: ano ang kailangan niya upang mamuhay nang normal at makapagtrabaho nang mabunga sa Earth, at paano nalutas ang problema ng suporta sa buhay ng tao sa ating planeta?
Ang mga sagot sa mga tanong na ito ay kinakailangan upang lumikha ng mga sistema ng suporta sa buhay para sa mga tripulante sa mga manned spaceship, mga istasyon ng orbital at mga alien na istruktura at base. Marapat nating isaalang-alang ang ating Earth bilang isang malaking spaceship likas na pinagmulan, na gumagawa ng walang katapusang orbital na paglipad sa kalawakan sa palibot ng Araw sa loob ng 4.6 bilyong taon. Ang mga tripulante ng barkong ito ngayon ay binubuo ng 5 bilyong tao. Ang mabilis na lumalagong populasyon ng Earth, na sa simula ng ika-20 siglo. ay 1.63 bilyong tao, at nasa threshold ng ika-21 siglo. dapat na umabot na sa 6 bilyon, pinakamahusay na katibayan ng pagkakaroon ng isang medyo epektibo at maaasahang mekanismo para sa suporta sa buhay ng tao sa Earth.
Kaya, ano ang kailangan ng isang tao sa Earth upang matiyak ang kanyang normal na buhay at mga aktibidad? Halos hindi posible na magbigay ng maikli ngunit komprehensibong sagot: lahat ng aspeto ng buhay, aktibidad at interes ng tao ay masyadong malawak at multifaceted. Ibalik nang detalyado ang hindi bababa sa isang araw ng iyong buhay, at makikita mo na ang isang tao ay nangangailangan ng hindi gaanong kaunti.
Ang pagbibigay-kasiyahan sa mga pangangailangan ng isang tao para sa pagkain, tubig at hangin, na mga pangunahing pisyolohikal na pangangailangan, ay ang pangunahing kondisyon para sa kanyang normal na buhay at aktibidad. Gayunpaman, ang kundisyong ito ay hindi mapaghihiwalay na nauugnay sa isa pa: ang katawan ng tao, tulad ng anumang iba pang nabubuhay na organismo, ay aktibong umiiral salamat sa metabolismo sa loob ng katawan at sa panlabas na kapaligiran.
Uminom mula sa kapaligiran oxygen, tubig, nutrients, bitamina, mineral salts, ginagamit ng katawan ng tao ang mga ito upang bumuo at mag-renew ng mga organ at tissue nito, habang tinatanggap ang lahat ng enerhiya na kailangan para sa buhay mula sa mga protina, taba at carbohydrates sa pagkain. Ang mga dumi ay inilalabas mula sa katawan patungo sa kapaligiran.
Tulad ng nalalaman, ang intensity ng metabolismo at enerhiya sa katawan ng tao ay tulad na ang isang may sapat na gulang ay maaaring mabuhay nang walang oxygen sa loob lamang ng ilang minuto, walang tubig sa loob ng halos 10 araw, at walang pagkain hanggang sa 2 buwan. Ang panlabas na impresyon na ang katawan ng tao ay hindi dumaranas ng mga pagbabago ay mapanlinlang at hindi tama. Ang mga pagbabago sa katawan ay patuloy na nangyayari. Ayon sa A.P. Myasnikov (1962), sa araw sa katawan ng isang may sapat na gulang na tumitimbang ng 70 kg, 450 bilyong erythrocytes, mula 22 hanggang 30 bilyong leukocytes, mula 270 hanggang 430 bilyong platelet ay pinalitan at namamatay, humigit-kumulang 125 g ng mga protina ang nasira. pababa , 70 g ng taba at 450 g ng carbohydrates na may pagpapakawala ng higit sa 3000 kcal ng init, 50% ng mga epithelial cells ng gastrointestinal tract, 1/75 ng mga bone cell ng skeleton at 1/20 ng lahat ng Ang integumentary na mga selula ng balat ng katawan ay naibalik at namamatay (i.e. sa bawat 20 araw ang isang tao ay ganap na "nagbabago ng kanyang balat"), humigit-kumulang 140 buhok sa ulo at 1/150 ng lahat ng pilikmata ay nalalagas at pinapalitan ng mga bago, atbp. Sa karaniwan, 23,040 na paglanghap at pagbuga ang ginawa, 11,520 litro ang dumaan sa hangin sa baga, 460 litro ng oxygen ang nasisipsip, 403 litro ng carbon dioxide at 1.2–1.5 litro ng ihi na naglalaman ng hanggang 30 g ng mga siksik na sangkap ay pinalabas mula sa katawan , 0.4 litro ay sumingaw sa pamamagitan ng mga baga at humigit-kumulang 0.6 litro ng tubig na naglalaman ng 10 g ng mga siksik na sangkap, 20 g ng sebum ay nabuo.
Ito ang tindi ng metabolismo ng isang tao sa loob lamang ng isang araw!
Kaya, ang isang tao ay patuloy, sa buong buhay niya, ay naglalabas ng mga produktong metabolic at thermal energy na nabuo sa katawan bilang resulta ng pagkasira at oksihenasyon ng pagkain, ang pagpapalabas at pagbabago ng enerhiya ng kemikal na nakaimbak sa pagkain. Ang mga inilabas na metabolic na produkto at init ay dapat na patuloy o pana-panahong inalis mula sa katawan, na pinapanatili ang dami ng antas ng metabolismo sa ganap na alinsunod sa antas ng pisyolohikal, pisikal at mental na aktibidad nito at tinitiyak ang balanse sa pagpapalitan ng bagay at enerhiya sa pagitan ng katawan at ang kapaligiran.
Alam ng lahat kung paano naisasakatuparan ang mga pangunahing pisyolohikal na pangangailangan ng tao sa pang-araw-araw na buhay. totoong buhay: Ang limang bilyong tripulante ng spaceship na "Planet Earth" ay tumatanggap o gumagawa ng lahat ng kailangan para sa kanilang buhay batay sa mga reserba at produkto ng planeta, na nagpapakain, nagdidilig at nagbibihis sa kanila, tumutulong upang madagdagan ang kanilang mga bilang, at pinoprotektahan sa pamamagitan nito. kapaligiran lahat ng nabubuhay na bagay mula sa masamang epekto ng cosmic ray. Ipakita natin ang ilang mga figure na malinaw na nagpapakilala sa sukat ng pangunahing "pagpapalit ng mga kalakal" sa pagitan ng tao at kalikasan.
Ang unang palaging pangangailangan ng tao ay huminga ng hangin. "Hindi ka makahinga ng labis na hangin," sabi ng isang kasabihan sa Russia. Kung ang bawat tao ay nangangailangan ng average na 800 g ng oxygen araw-araw, ang buong populasyon ng Earth ay dapat kumonsumo ng 1.5 bilyong tonelada ng oxygen bawat taon. Ang kapaligiran ng Earth ay may malaking renewable na reserba ng oxygen: na may kabuuang bigat ng kapaligiran ng Earth na humigit-kumulang 5 ∙ 10 15 tonelada, ang oxygen ay humigit-kumulang 1/5, na halos 700 libong beses na higit sa taunang pagkonsumo ng oxygen ng buong populasyon ng Earth. Siyempre, bilang karagdagan sa mga tao, ang atmospheric oxygen ay ginagamit ng mundo ng hayop, at ginugol din sa iba pang mga proseso ng oxidative, ang sukat kung saan sa planeta ay napakalaki. Gayunpaman, ang mga proseso ng reverse reduction ay hindi gaanong matindi: salamat sa photosynthesis, dahil sa nagniningning na enerhiya ng Araw, ang mga halaman sa lupa, dagat at karagatan ay patuloy na nagbubuklod ng carbon dioxide na inilabas ng mga nabubuhay na organismo sa mga proseso ng oxidative sa iba't ibang mga organikong compound na may sabay-sabay na pagpapalabas ng molekular na oxygen. Ayon sa mga geochemist, ang lahat ng mga halaman sa Earth ay naglalabas ng 400 bilyong tonelada ng oxygen taun-taon, habang nagbubuklod ng 150 bilyong tonelada ng carbon (mula sa carbon dioxide) na may 25 bilyong tonelada ng hydrogen (mula sa tubig). Ang siyam na ikasampu ng produksyon na ito ay ginawa ng mga aquatic na halaman.
Dahil dito, ang isyu ng pagbibigay sa mga tao ng air oxygen ay matagumpay na nalutas sa Earth pangunahin sa pamamagitan ng mga proseso ng photosynthesis sa mga halaman.
Ang susunod na pinakamahalagang pangangailangan ng tao ay tubig.
Sa katawan ng tao, ito ang kapaligiran kung saan nagaganap ang maraming biochemical reactions ng metabolic process. Binubuo ng 2/3 ng timbang ng katawan ng tao, ang tubig ay gumaganap ng malaking papel sa pagtiyak ng mahahalagang tungkulin nito. Ang tubig ay nauugnay hindi lamang sa pagbibigay ng mga sustansya sa katawan, ang kanilang pagsipsip, pamamahagi at asimilasyon, kundi pati na rin sa pagpapalabas ng mga produktong metabolic end.
Ang tubig ay pumapasok sa katawan ng tao sa anyo ng inumin at pagkain. Ang dami ng tubig na kailangan ng katawan ng isang may sapat na gulang ay nag-iiba mula 1.5 - 2 hanggang 10 - 15 litro bawat araw at depende sa kanyang pisikal na aktibidad at mga kondisyon sa kapaligiran. Ang pag-aalis ng tubig sa katawan o labis na paghihigpit sa paggamit ng tubig ay humahantong sa isang matalim na pagkagambala sa mga pag-andar nito at sa pagkalason ng mga produktong metabolic, lalo na ang nitrogen.
Ang karagdagang dami ng tubig ay kailangan para matugunan ng isang tao ang mga pangangailangan sa sanitary at sambahayan (paglalaba, paglalaba, produksyon, pag-aalaga ng hayop, atbp.). Ang halagang ito ay makabuluhang lumampas sa physiological norm.
Ang dami ng tubig sa ibabaw ng Earth ay napakalaki; ang dami nito ay higit sa 13.7 ∙ 10 8 km 3 . Gayunpaman, ang mga supply ng sariwang tubig na angkop para sa mga layunin ng pag-inom ay limitado pa rin. Ang dami ng pag-ulan (sariwang tubig) na bumabagsak sa karaniwan bawat taon sa ibabaw ng mga kontinente bilang resulta ng ikot ng tubig sa Earth ay halos 100 libong km 3 (1/5 ng kabuuang halaga ng pag-ulan sa Earth). At isang maliit na bahagi lamang ng halagang ito ang mabisang ginagamit ng mga tao.
Kaya, sa spaceship Earth, ang mga supply ng tubig ay maaaring ituring na walang limitasyon, ngunit ang pagkonsumo ng malinis na sariwang tubig ay nangangailangan ng isang matipid na diskarte.
Ang pagkain ay nagsisilbi sa katawan ng tao bilang isang mapagkukunan ng enerhiya at mga sangkap na kasangkot sa synthesis ng mga bahagi ng tissue, sa pag-renew ng mga cell at ang kanilang mga elemento ng istruktura. Ang katawan ay patuloy na nagsasagawa ng mga proseso ng biological oxidation ng mga protina, taba at carbohydrates na ibinibigay sa pagkain. Ang isang masustansyang diyeta ay dapat isama ang mga kinakailangang halaga ng mga amino acid, bitamina at mineral. Ang mga sangkap ng pagkain, kadalasang hinahati ng mga enzyme sa digestive tract sa mas simple, mababang molekular na compound (amino acids, monosaccharides, fatty acids at marami pang iba), ay sinisipsip at ipinamamahagi ng dugo sa buong katawan. Ang mga huling produkto ng oksihenasyon ng pagkain ay kadalasang carbon dioxide at tubig, na inilalabas mula sa katawan bilang mga produktong basura. Ang enerhiya na inilabas sa panahon ng oksihenasyon ng pagkain ay bahagyang nakaimbak sa katawan sa anyo ng mga compound na pinayaman ng enerhiya, at bahagyang na-convert sa init at nawala sa kapaligiran.
Ang dami ng pagkain na kailangan ng katawan ay pangunahing nakasalalay sa tindi nito pisikal na Aktibidad. Ang enerhiya ng basal metabolismo, i.e., tulad ng metabolismo kapag ang isang tao ay nasa kumpletong pahinga, ay may average na 1700 kcal bawat araw (para sa mga lalaking wala pang 30 taong gulang na tumitimbang ng hanggang 70 kg). Sa kasong ito, ginugugol lamang ito sa pagpapatupad ng mga proseso ng physiological (paghinga, pag-andar ng puso, motility ng bituka, atbp.) At tinitiyak ang patuloy na normal na temperatura ng katawan (36.6 ° C).
Ang pisikal at mental na aktibidad ng isang tao ay nangangailangan ng pagtaas sa paggasta ng enerhiya ng katawan at pagkonsumo ng mas maraming pagkain. Ito ay itinatag na ang pang-araw-araw na pagkonsumo ng enerhiya ng isang tao sa panahon ng katamtamang mental at pisikal na trabaho ay halos 3000 kcal. Ang pang-araw-araw na diyeta ng isang tao ay dapat magkaroon ng parehong nilalaman ng calorie. Ang calorie na nilalaman ng diyeta ay tinatayang kinakalkula batay sa mga kilalang halaga ng init na inilabas sa panahon ng kumpletong oksihenasyon ng bawat gramo ng mga protina (4.1 kcal), taba (9.3 kcal) at carbohydrates (4.1 kcal). Ang naaangkop na ratio ng mga protina, taba at carbohydrates sa diyeta ay itinatag ng gamot alinsunod sa mga pangangailangan ng physiological ng isang tao at kasama ang mula 70 hanggang 105 g ng mga protina, mula 50 hanggang 150 g ng taba at mula 300 hanggang 600 g ng carbohydrates sa loob ng isang calorie value ng diyeta. Ang mga pagkakaiba-iba sa komposisyon ng diyeta sa mga protina, taba at carbohydrates ay lumitaw, bilang isang patakaran, dahil sa mga pagbabago sa pisikal na aktibidad ng katawan, ngunit nakasalalay din sa mga gawi ng isang tao, pambansang tradisyon sa pagkain, ang pagkakaroon ng isang partikular na produkto ng pagkain at, ng siyempre, mga partikular na pagkakataong panlipunan upang matugunan ang mga pangangailangan sa nutrisyon.
Ang bawat isa sa mga nutrients ay gumaganap ng mga tiyak na function sa katawan. Nalalapat ito lalo na sa mga protina na naglalaman ng nitrogen, na hindi bahagi ng iba pang mga nutrients, ngunit kinakailangan para sa pagpapanumbalik ng sarili nitong mga protina sa katawan ng tao. Tinatayang sa katawan ng isang may sapat na gulang, hindi bababa sa 17 g ng sarili nitong mga protina ang nawasak bawat araw, na dapat na maibalik sa pamamagitan ng pagkain. Samakatuwid, ang halagang ito ng protina ay ang pinakamababang kinakailangan sa diyeta ng bawat tao.
Ang mga taba at carbohydrate ay maaaring palitan sa bawat isa, ngunit hanggang sa ilang mga limitasyon.
Ang regular na pagkain ng tao ay ganap na sumasaklaw sa pangangailangan ng katawan para sa mga protina, taba at carbohydrates, at nagbibigay din dito ng mga kinakailangang mineral at bitamina.
Gayunpaman, sa kaibahan sa walang limitasyong mga supply ng oxygen (hangin) at inuming tubig, na sapat pa rin sa planeta at ang pagkonsumo nito ay mahigpit na nirarasyon lamang sa ilang, kadalasang tuyo na mga rehiyon, ang dami ng mga produktong pagkain ay limitado sa mababang pagiging produktibo ng natural na siklo ng trophic (pagkain), na binubuo ng tatlong pangunahing antas: halaman - hayop - tao. Sa katunayan, ang mga halaman ay bumubuo ng biomass gamit lamang ang 0.2% ng solar energy na dumarating sa Earth. Kapag kumokonsumo ng biomass ng halaman para sa pagkain, ang mga hayop ay gumugugol ng hindi hihigit sa 10–12% ng enerhiya na kanilang naipon para sa kanilang sariling mga pangangailangan. Sa huli, ang isang tao, sa pamamagitan ng pagkonsumo ng pagkain na pinagmulan ng hayop, ay nakakatugon sa mga pangangailangan ng enerhiya ng kanyang katawan na may napakababang rate ng paggamit ng paunang solar energy.
Ang pagtugon sa mga pangangailangan sa nutrisyon ay palaging ang pinakamahirap na gawain ng tao. Ang passive na paggamit ng mga kakayahan ng kalikasan sa direksyong ito ay limitado, dahil ang karamihan sa mundo ay sakop ng mga karagatan at disyerto na may mababang biological productivity. Ang ilang mga rehiyon lamang ng Earth, na nailalarawan sa pamamagitan ng matatag na kanais-nais na mga kondisyon ng klimatiko, ay nagbibigay ng mataas na pangunahing produktibo ng mga sangkap, na, sa pamamagitan ng paraan, ay hindi palaging katanggap-tanggap mula sa pananaw ng mga pangangailangan sa nutrisyon ng tao. Ang paglaki ng populasyon ng Earth, ang pagkalat nito sa lahat ng mga kontinente at mga geographic zone ng planeta, kabilang ang mga zone na may hindi kanais-nais na mga kondisyon ng klima, pati na rin ang unti-unting pagkaubos ng mga likas na mapagkukunan ng pagkain ay humantong sa isang estado kung saan ang pagtugon sa mga pangangailangan ng pagkain sa Earth ay lumago sa isang unibersal na problema ng tao. Ngayon ay pinaniniwalaan na ang pandaigdigang kakulangan ng protina sa pandiyeta lamang ay 15 milyong tonelada bawat taon. Nangangahulugan ito na hindi bababa sa 700 milyong tao sa mundo ang sistematikong kulang sa nutrisyon. At ito sa kabila ng katotohanan na ang sangkatauhan sa pagtatapos ng ika-20 siglo. Sa pangkalahatan, ito ay nakikilala sa pamamagitan ng isang medyo mataas na organisasyong panlipunan, mga pangunahing tagumpay sa pag-unlad ng agham, teknolohiya, industriya at produksyon ng agrikultura, at isang malalim na pag-unawa sa pagkakaisa nito sa komposisyon, ang biosphere ng planeta.
Ang pagkain ay isang mahalagang kadahilanan sa kapaligiran hindi lamang para sa mga tao, kundi pati na rin para sa lahat ng mga hayop. Depende sa pagkakaroon ng pagkain, pagkakaiba-iba nito, kalidad at dami, ang mga katangian ng populasyon ng mga buhay na organismo (fertility at mortality, life expectancy, development rate, atbp.) ay maaaring makabuluhang magbago. Ang mga koneksyon ng pagkain (trophic) sa pagitan ng mga buhay na organismo, tulad ng ipapakita sa ibaba, ay sumasailalim sa biosphere (terrestrial) na biological cycle ng mga substance at mga artipisyal na ekolohikal na sistema na kinabibilangan ng mga tao.
Magagawa ng Earth na ibigay sa mga naninirahan dito ang lahat ng kailangan nila sa mahabang panahon, kung gagamitin ng sangkatauhan ang mga mapagkukunan ng planeta nang mas makatwiran at maingat, malulutas ang mga isyu ng pagbabago ng kalikasan sa isang kapaligiran na paraan, aalisin ang karera ng armas at maglalagay ng isang pagtatapos sa mga sandatang nuklear.
Ang siyentipikong batayan para sa paglutas ng problema ng suporta sa buhay para sa sangkatauhan sa Earth, na binuo ni V.I. Vernadsky, ay nakasalalay sa paglipat ng biosphere ng Earth sa noosphere, iyon ay, sa isang biosphere na binago ng siyentipikong pag-iisip at binago upang matugunan ang lahat. ang mga pangangailangan ng isang numerong lumalagong sangkatauhan (sphere of reason). Ipinagpalagay ni V.I. Vernadsky na, na nagmula sa Earth, ang noosphere, habang ginalugad ng tao ang circumstellar space, ay dapat na maging isang espesyal na elemento ng istruktura ng espasyo.
SPACESHIP WITH CREW – ARTIFICIAL ECOSYSTEM
Paano malutas ang problema ng pagbibigay sa mga tripulante ng isang sasakyang pangalangaang ng sariwa, sari-saring pagkain, malinis na tubig at nagbibigay-buhay na hangin? Naturally, ang pinakasimpleng sagot ay dalhin ang lahat ng kailangan mo. Ito ang ginagawa nila sa mga kaso ng panandaliang manned flight.
Habang tumataas ang tagal ng flight, kailangan ng mas maraming supply. Samakatuwid, kinakailangan na muling buuin ang ilang mga consumable substance (halimbawa, tubig), iproseso ang dumi at dumi ng tao teknolohikal na proseso ilang ship system (halimbawa, regeneable carbon dioxide sorbents) upang muling gamitin ang mga substance na ito at bawasan ang mga panimulang stock.
Ang perpektong solusyon ay tila ang pagpapatupad ng isang kumpletong (o halos kumpleto) na sirkulasyon ng mga sangkap sa loob ng isang limitadong dami ng isang tinatahanang espasyo na "bahay". Gayunpaman, ang ganitong komplikadong solusyon ay maaaring maging kapaki-pakinabang at praktikal na magagawa lamang para sa malalaking ekspedisyon sa espasyo na tumatagal ng higit sa 1.5 - 3 taon (A. M. Genin, D. Talbot, 1975). Ang mapagpasyang papel sa paglikha ng ikot ng mga sangkap sa naturang mga ekspedisyon ay karaniwang nakatalaga sa mga proseso ng biosynthesis. Ang mga tungkulin ng pagbibigay sa mga tripulante ng pagkain, tubig at oxygen, pati na rin ang pag-alis at pagproseso ng mga produktong metabolic at pagpapanatili ng mga kinakailangang parameter ng tirahan ng mga tripulante sa isang barko, istasyon, atbp. ay itinalaga sa tinatawag na mga sistema ng suporta sa buhay (LSS). ). Ang isang eskematiko na representasyon ng mga pangunahing uri ng mga sistema ng suporta sa buhay para sa mga crew ng espasyo ay ipinapakita sa Fig. 1.
 kanin. 1. Mga scheme ng mga pangunahing uri ng mga sistema ng suporta sa buhay para sa mga tripulante ng kalawakan: 1 – sistemang nakalaan (lahat ng basura ay aalisin); 2 - sistema sa mga reserba na may bahagyang pisikal at kemikal na pagbabagong-buhay ng mga sangkap (PCR) (bahagi ng basura ay tinanggal, bahagi ng mga reserba ay maaaring i-renew); 3 – sistema na may bahagyang FCR at bahagyang biological na pagbabagong-buhay ng mga sangkap ng mga halaman (BR) na may isang waste correction unit (BC); 4 - sistema na may kumpletong saradong pagbabagong-buhay ng mga sangkap (ang mga reserba ay limitado ng microadditives). Mga pagtatalaga: E - radiant o thermal energy, IE - pinagmumulan ng enerhiya, O - basura, BB - bioblock na may mga hayop, may tuldok na linya - opsyonal na proseso |
Ang mga sistema ng suporta sa buhay ng mga crew sa kalawakan ay lubhang kumplikadong mga kumplikado. Tatlong dekada ng panahon ng kalawakan ay nakumpirma ang sapat na kahusayan at pagiging maaasahan ng nilikha na mga sistema ng suporta sa buhay, na matagumpay na pinatakbo sa Soviet spacecraft na Vostok at Soyuz, ang American Mercury, Gemini at Apollo, gayundin sa Salyut at Skylab orbital mga istasyon" Ang gawain ng Mir research complex na may pinabuting life support system ay nagpapatuloy. Ang lahat ng mga sistemang ito ay nagbigay ng mga flight para sa higit sa 200 mga kosmonaut mula sa iba't ibang bansa.
Ang mga prinsipyo ng pagbuo at pagpapatakbo ng mga sistema ng suporta sa buhay na ginagamit at kasalukuyang ginagamit para sa mga paglipad sa kalawakan ay malawak na kilala. Ang mga ito ay batay sa paggamit ng pisikal at kemikal na mga proseso ng pagbabagong-buhay. Kasabay nito, ang problema sa paggamit ng mga proseso ng biosynthesis sa space LSS, at higit pa kaya ang problema sa paggawa ng closed biotechnical LSS para sa mga flight sa kalawakan, ay nananatiling bukas.
Mayroong iba't ibang, minsan direktang kabaligtaran, mga punto ng view sa posibilidad at pagiging posible ng praktikal na pagpapatupad ng mga naturang sistema sa pangkalahatan at sa spacecraft sa partikular. Ang mga argumento laban ay ibinibigay bilang mga sumusunod: pagiging kumplikado, kakulangan ng kaalaman, intensity ng enerhiya, hindi mapagkakatiwalaan, kawalan ng kakayahang umangkop, atbp. Gayunpaman, ang karamihan sa mga eksperto ay isinasaalang-alang ang lahat ng mga isyung ito na malulutas, at ang paggamit ng biotechnical life-support system bilang bahagi ng hinaharap na malalaking mga settlement sa espasyo, lunar, planetary at interplanetary na mga base at iba pang malalayong extraterrestrial na istruktura - hindi maiiwasan.
Ang pagsasama sa sistema ng suporta sa buhay ng mga tripulante, kasama ang maraming mga teknikal na aparato, ng mga biological na yunit, ang paggana nito ay isinasagawa ayon sa mga kumplikadong batas ng pag-unlad ng buhay na bagay, ay nangangailangan ng isang husay na bago, ekolohikal na diskarte sa pagbuo ng biotechnical mga sistema ng suporta sa buhay, kung saan ang isang matatag na dinamikong ekwilibriyo at pagkakapare-pareho ng mga daloy ng bagay at enerhiya sa lahat ng mga link ay dapat makamit ng mga sistema. Sa ganitong kahulugan, ang anumang matitirahan spacecraft ay dapat isaalang-alang bilang isang artipisyal na ekolohikal na sistema.
Ang isang pinaninirahan na spacecraft ay may kasamang hindi bababa sa isang aktibong gumaganang biological link - isang tao (crew) na may kanyang microflora. Kasabay nito, ang mga tao at microflora ay umiiral sa pakikipag-ugnayan sa kapaligiran na artipisyal na nilikha sa spacecraft, na tinitiyak ang isang matatag na dynamic na equilibrium biyolohikal na sistema sa pamamagitan ng mga daloy ng bagay at enerhiya.
Kaya, kahit na may buong probisyon para sa buhay ng mga tripulante sa spacecraft dahil sa mga reserba ng mga sangkap at sa kawalan ng iba pang mga biological link, ang habitable spacecraft ay isa nang artificial space ecological system. Maaari itong ganap o bahagyang ihiwalay sa bagay mula sa panlabas na kapaligiran (outer space), ngunit ang enerhiya (thermal) na paghihiwalay nito mula sa kapaligirang ito ay ganap na hindi kasama. Ang patuloy na pagpapalitan ng enerhiya sa kapaligiran, o hindi bababa sa patuloy na pag-alis ng init, ay isang kinakailangang kondisyon para sa paggana ng anumang artipisyal na ecosystem ng espasyo.
Ang ika-21 siglo ay nagdudulot ng bago, higit pang mga ambisyosong gawain para sa sangkatauhan sa karagdagang paggalugad ng kalawakan. (Mukhang mas tumpak na sabihin na itinatakda ng sangkatauhan ang mga gawaing ito para sa ika-21 siglo.) Ang tiyak na hitsura ng hinaharap na ecosystem ng kalawakan ay maaaring matukoy depende sa layunin at orbit ng istraktura ng kalawakan (interplanetary manned spacecraft, malapit- Earth orbital station, lunar base, Martian base , construction space platform, complex ng residential structures sa mga asteroid, atbp.), laki ng crew, tagal ng operasyon, power supply at teknikal na kagamitan at, siyempre, sa antas ng kahandaan ng ilang teknolohikal mga proseso, kabilang ang mga proseso ng kinokontrol na biosynthesis at mga proseso ng kontroladong pagbabago ng bagay at enerhiya sa mga biological na link ng mga ecosystem.
Ngayon ay masasabi natin na ang mga gawain at programa ng advanced na pananaliksik sa kalawakan ay tinukoy sa USSR at USA sa antas ng estado hanggang humigit-kumulang sa taong 2000. Tungkol sa mga gawain ng susunod na siglo, ang mga siyentipiko ay nagsasalita pa rin sa anyo ng mga pagtataya. Kaya, ang mga resulta ng isang pag-aaral na inilathala noong 1984 (at isinagawa noong 1979 ng isang empleyado ng Rand Corporation sa pamamagitan ng isang questionnaire survey ng 15 nangungunang mga espesyalista sa Estados Unidos at Great Britain) ay nagsiwalat ng isang larawang makikita sa sumusunod na talahanayan:
| taon | Mga nilalaman ng entablado |
| 2020 –2030 | Kolonisasyon ng Buwan at kalawakan ng malalaking grupo ng mga tao (higit sa 1000 katao). |
| 2020 – 2071 | Pag-unlad ng artipisyal na katalinuhan ng tao. |
| 2024 – 2037 | Ang unang manned flight sa Jupiter. |
| 2030 – 2050 | Mga paglipad sa loob ng Solar System, paggamit ng mga likas na yaman ng Solar System, kabilang ang Buwan. |
| 2045 – 2060 | Ang unang paglipad ng isang unmanned probe sa kabila ng solar system. |
| 2045 – 2070 | Ang unang manned flight sa mga hangganan ng solar system. |
| 2050 – 2100 | Pagtatatag ng mga contact na may extraterrestrial intelligence. |
Ang sikat na Amerikanong pisiko na si J. O'Neil, na tumatalakay sa mga problema ng hinaharap na mga pag-aayos sa kalawakan ng sangkatauhan, ay naglathala ng kanyang pagtataya noong 1974, na noong 1988 ay ipinapalagay na 10 libong tao ang gagana sa kalawakan. Ang hulang ito ay hindi nagkatotoo, ngunit ngayon maraming mga eksperto Ito ay pinaniniwalaan na sa pamamagitan ng 1990, 50–100 katao ang patuloy na magtatrabaho sa kalawakan.
Ang kilalang espesyalista na si Dr. Puttkamer (Germany) ay naniniwala na ang panahon mula 1990 hanggang 2000 ay mailalarawan sa simula ng pag-aayos ng malapit sa Earth space, at pagkatapos ng 2000 ang awtonomiya ng mga naninirahan sa kalawakan ay dapat matiyak at isang ecologically closed habitat. sistema ay dapat malikha.
Ipinakikita ng mga kalkulasyon na sa pagtaas ng tagal ng pananatili ng isang tao sa kalawakan (hanggang sa ilang taon), na may pagtaas sa laki ng mga tripulante at sa pagtaas ng distansya ng spacecraft mula sa Earth, ang pangangailangan ay lumitaw upang isagawa ang biological pagbabagong-buhay ng mga consumable substance, at higit sa lahat ng pagkain, direkta sa board ng spacecraft. Kasabay nito, hindi lamang teknikal at pang-ekonomiya (masa at enerhiya) na mga tagapagpahiwatig ang nagpapatotoo sa pabor ng biological na suporta sa buhay, kundi pati na rin, hindi gaanong mahalaga, mga tagapagpahiwatig ng biological na pagiging maaasahan ng mga tao bilang isang pagtukoy na link sa artipisyal na ecosystem ng espasyo. Ipaliwanag natin ang huli nang mas detalyado.
Mayroong isang bilang ng mga pinag-aralan (at hanggang ngayon hindi pa natutuklasan) na mga koneksyon sa pagitan ng katawan ng tao at buhay na kalikasan, kung wala ang matagumpay na pangmatagalang aktibidad sa buhay ay imposible. Kabilang dito, halimbawa, ang mga natural na trophic na koneksyon nito, na hindi maaaring ganap na mapalitan ng pagkain mula sa mga suplay na nakaimbak sa barko. Kaya, ang ilang mga bitamina na talagang kinakailangan para sa mga tao (mga carotenoid ng pagkain, ascorbic acid, atbp.) ay hindi matatag sa panahon ng pag-iimbak: sa ilalim ng mga kondisyong pang-terrestrial, ang buhay ng istante ng, halimbawa, mga bitamina C at P ay 5-6 na buwan. Sa ilalim ng impluwensya ng mga kondisyon ng espasyo, sa paglipas ng panahon, ang isang kemikal na muling pagsasaayos ng mga bitamina ay nangyayari, bilang isang resulta kung saan nawala ang kanilang aktibidad sa physiological. Para sa kadahilanang ito, dapat na ang mga ito ay patuloy na i-reproduce nang biologically (sa anyo ng sariwang pagkain, tulad ng mga gulay), o regular na inihatid mula sa Earth, tulad ng nangyari sa panahon ng record-breaking na taunang paglipad sa kalawakan sa istasyon ng Mir. Bilang karagdagan, ipinakita ng mga medikal at biological na pag-aaral na sa ilalim ng mga kondisyon ng paglipad sa kalawakan, ang isang pagtaas ng paggamit ng mga bitamina ay kinakailangan ng mga astronaut. Kaya, sa panahon ng mga flight sa ilalim ng programa ng Skylab, ang pagkonsumo ng mga astronaut ng mga bitamina B at bitamina C (ascorbic acid) ay tumaas ng humigit-kumulang 10 beses, bitamina A (axerophthol) - 2 beses, bitamina D (calciferol) - bahagyang mas mataas kaysa sa makamundong pamantayan. Napagtibay na rin ngayon na ang mga bitamina ng biyolohikal na pinagmulan ay may malinaw na mga pakinabang kaysa sa mga purified na paghahanda ng parehong mga bitamina na nakuha sa kemikal. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang biomass ay naglalaman ng mga bitamina na pinagsama sa isang bilang ng iba pang mga sangkap, kabilang ang mga stimulant, at kapag natupok ay mayroon silang mas epektibong epekto sa metabolismo ng isang buhay na organismo.
Ito ay kilala na ang mga natural na produkto ng pagkain ng halaman ay naglalaman ng lahat ng mga protina ng halaman (amino acids), lipids (mahahalagang fatty acid), ang buong complex ng nalulusaw sa tubig at bahagyang nalulusaw sa taba na mga bitamina, carbohydrates, biologically active substances at fiber. Ang papel ng mga bahagi ng pagkain na ito sa metabolismo ay napakalaki (V.I. Yazdovsky, 1988). Naturally, ang umiiral na proseso ng paghahanda ng mga rasyon sa espasyo, na nagsasangkot ng malupit na mga rehimen sa pagproseso (mekanikal, thermal, kemikal), ay hindi maaaring mabawasan ang pagiging epektibo ng mga indibidwal na mahahalagang bahagi ng pagkain sa metabolismo ng tao.
Tila, ang posibleng pinagsama-samang epekto ng cosmic radioactive radiation sa mga produktong pagkain na nakaimbak ng mahabang panahon sa barko ay dapat ding isaalang-alang.
Dahil dito, hindi sapat ang pagtugon lamang sa calorie na nilalaman ng pagkain na may itinatag na pamantayan; kinakailangan na ang pagkain ng astronaut ay sari-sari at sariwa hangga't maaari.
Ang pagtuklas ng mga biologist ng Pransya sa kakayahan ng purong tubig na "matandaan" ang ilang mga katangian ng biologically active molecules at pagkatapos ay ipadala ang impormasyong ito sa mga buhay na selula ay tila nagsisimulang linawin ang sinaunang katutubong diwata na karunungan tungkol sa "buhay" at "patay" na tubig. Kung ang pagtuklas na ito ay nakumpirma, kung gayon ang isang pangunahing problema ng pagbabagong-buhay ng tubig sa pangmatagalang spacecraft ay lumitaw: ang tubig ba ay dinadalisay o nakuha sa pamamagitan ng pisikal at kemikal na mga pamamaraan sa maraming nakahiwalay na mga siklo na may kakayahang palitan ang biologically active na "buhay" na tubig?
Maaari din itong ipalagay na ang isang mahabang pananatili sa isang nakahiwalay na dami ng isang spacecraft na may isang artipisyal na gas na tirahan na nakuha sa pamamagitan ng mga kemikal na paraan ay hindi walang malasakit sa katawan ng tao, ang lahat ng mga henerasyon ay umiral sa isang kapaligiran ng biogenic na pinagmulan, ang komposisyon kung saan ay mas magkakaibang. Hindi sinasadya na ang mga buhay na organismo ay may kakayahang makilala ang mga isotopes ng ilang mga elemento ng kemikal (kabilang ang mga matatag na isotopes ng oxygen O 16, O 17, O 18), gayundin upang makita ang maliliit na pagkakaiba sa lakas ng mga bono ng kemikal ng isotopes sa mga molekula. H 2 O, CO 2 at iba pa. Alam na ang atomic na timbang ng oxygen ay nakasalalay sa pinagmumulan ng paggawa nito: ang oxygen mula sa hangin ay bahagyang mas mabigat kaysa sa oxygen mula sa tubig. "Nararamdaman" ng mga nabubuhay na organismo ang pagkakaibang ito, bagama't ang mga espesyal na spectrometer ng masa lamang ang maaaring matukoy ito sa dami. Ang matagal na paghinga ng chemically purong oxygen sa ilalim ng mga kondisyon ng paglipad sa kalawakan ay maaaring humantong sa pagtindi ng mga proseso ng oxidative sa katawan ng tao at sa mga pathological na pagbabago sa tissue ng baga.
Dapat pansinin na ang hangin, na biogenic na pinagmulan at pinayaman ng mga phytoncides ng halaman, ay gumaganap ng isang espesyal na papel para sa mga tao. Ang Phytoncides ay mga biologically active substance na patuloy na ginagawa ng mga halaman na pumapatay o pumipigil sa bacteria, microscopic fungi, at protozoa. Ang pagkakaroon ng phytoncides sa nakapaligid na hangin ay, bilang isang patakaran, kapaki-pakinabang para sa katawan ng tao at nagiging sanhi ng isang pakiramdam ng pagiging bago sa hangin. Halimbawa, binigyang-diin ng kumander ng ikatlong Amerikanong tauhan ng istasyon ng Skylab na ang kanyang mga tripulante ay nasisiyahan sa paglanghap ng hangin na pinayaman ng lemon phytoncides.
Sa mga kilalang kaso ng impeksyon sa tao na may bakterya na naninirahan sa mga air conditioner ("Legionnaires' disease"), ang phytoncides ay magiging isang malakas na disinfectant, at kaugnay ng mga air conditioning system sa mga saradong ecosystem ay maaari nilang alisin ang posibilidad na ito. Tulad ng ipinakita ng pananaliksik ni M. T. Dmitriev, ang phytoncides ay maaaring kumilos hindi lamang direkta, kundi pati na rin sa hindi direktang, pagtaas ng bactericidal na kalikasan ng hangin at pagtaas ng nilalaman ng mga light negatibong ion, na may kapaki-pakinabang na epekto sa katawan ng tao. Binabawasan nito ang bilang ng mga hindi gustong mabibigat na positibong ion sa hangin. Ang Phytoncides, na mga natatanging carrier ng proteksiyon na pag-andar ng mga halaman mula sa microflora sa kapaligiran, ay hindi lamang inilabas sa hangin na nakapalibot sa halaman, ngunit nakapaloob din sa biomass ng mga halaman mismo. Ang bawang, sibuyas, mustasa at marami pang ibang halaman ay pinakamayaman sa phytoncides. Sa pamamagitan ng pagkonsumo ng mga ito bilang pagkain, ang isang tao ay nagsasagawa ng isang hindi mahahalata ngunit napaka-epektibong paglaban sa nakakahawang microflora na pumapasok sa katawan.
Sa pagsasalita tungkol sa kahalagahan ng mga biological link sa isang artificial space ecosystem para sa mga tao, hindi maaaring hindi mapansin ng isa ang espesyal na positibong papel ng mas matataas na halaman bilang isang kadahilanan sa pagbawas ng emosyonal na stress ng mga astronaut at pagpapabuti ng sikolohikal na kaginhawaan. Ang lahat ng mga astronaut na kailangang magsagawa ng mga eksperimento sa mas matataas na halaman sa mga istasyon ng kalawakan ay nagkakaisa sa kanilang mga pagtatasa. Kaya, sina L. Popov at V. Ryumin sa Salyut-6 orbital station ay nasisiyahan sa pag-aalaga ng mga halaman sa mga eksperimentong greenhouse na "Malachite" (interior-stained glass greenhouse na may mga tropikal na orchid) at "Oasis" (experimental greenhouse na may mga pananim na gulay at bitamina ng halaman). Nagsagawa sila ng pagtutubig, sinusubaybayan ang paglaki at pag-unlad ng mga halaman, nagsagawa ng mga pag-iinspeksyon sa pag-iwas at nagtatrabaho sa teknikal na bahagi ng mga greenhouse, at hinahangaan lamang ang buhay na interior ng mga orchid sa mga bihirang sandali ng pahinga. "Ang biological research ay nagbigay sa amin ng maraming kasiyahan. Nagkaroon kami, halimbawa, ng Malachite installation na may mga orchid, at nang ipadala namin ito sa Earth, naramdaman namin ang ilang uri ng pagkawala, ang istasyon ay naging hindi gaanong komportable. Ito ang sinabi ni L. Popov pagkalapag. "Ang pakikipagtulungan sa Malachite sa board ng space complex ay palaging nagbibigay sa amin ng espesyal na kasiyahan," idinagdag ni V. Ryumin kay L. Popov.
Sa isang press conference noong Oktubre 14, 1985, na nakatuon sa mga resulta ng trabaho sa orbit ng mga kosmonaut na sina V. Dzhanibekov at G. Grechko na nakasakay sa Salyut-7 orbital station, sinabi ng flight engineer (G. Grechko): "Sa lahat mga bagay na may buhay, sa bawat usbong sa kalawakan ay may espesyal, mapagmalasakit na saloobin: pinapaalalahanan ka nila ng Earth at nagpapasigla sa iyong espiritu.
kaya, mas matataas na halaman Kailangan ito ng mga kosmonaut hindi lamang bilang isang link sa isang artipisyal na sistemang ekolohikal o isang bagay ng siyentipikong pananaliksik, ngunit bilang isang aesthetic na elemento ng pamilyar na kapaligiran sa lupa, isang buhay na kasama ng astronaut sa kanyang mahaba, mahirap at matinding misyon. At hindi ba ito ang aesthetic na bahagi at sikolohikal na papel ng greenhouse sa board ng spacecraft na nasa isip ni S.P. Korolev noong, bilang paghahanda para sa paparating na mga flight sa kalawakan, binalangkas niya ang sumusunod na tanong bilang ang susunod na tanong: "Ano ang mayroon ka sa sumakay sa isang heavy interplanetary spacecraft o isang heavy orbital spacecraft?” na istasyon (o sa isang greenhouse) mula sa mga ornamental na halaman na nangangailangan ng pinakamababang gastos at pangangalaga? At ang unang sagot sa tanong na ito ay natanggap na ngayon: ito ay mga tropikal na orchid, na tila nagustuhan ang kapaligiran ng istasyon ng espasyo.
Tinatalakay ang problema ng pagtiyak sa pagiging maaasahan at kaligtasan ng mga pangmatagalang paglipad sa kalawakan, ang Academician O. G. Gazenko at mga kasamang may-akda (1987) ay wastong itinuro na "kung minsan ang walang malay na espirituwal na pangangailangan para sa pakikipag-ugnay sa buhay na kalikasan ay nagiging isang tunay na puwersa, na sinusuportahan ng mahigpit na siyentipikong mga katotohanan na nagpapahiwatig ng kahusayan sa ekonomiya at ang teknikal na pagiging posible ng pagdadala ng mga artipisyal na biosphere na mas malapit hangga't maaari sa natural na kapaligiran na nag-alaga sa sangkatauhan. Mula sa puntong ito ng pananaw, ang estratehikong direksyon patungo sa paglikha ng mga biological life support system ay tila napaka tama. At higit pa: "Ang mga pagtatangka na ihiwalay ang tao sa kalikasan ay lubhang hindi matipid. Sisiguraduhin ng mga biological system na mas mahusay ang sirkulasyon ng mga substance sa malalaking space settlements kaysa sa iba pa."
Ang isa sa mga pangunahing bentahe ng mga biological system kung ihahambing sa mga non-biological ay ang potensyal para sa kanilang matatag na paggana na may pinakamababang dami ng kontrol at mga function ng pamamahala (E. Ya. Shepelev, 1975). Ang kalamangan na ito ay dahil sa likas na kakayahan ng mga sistema ng pamumuhay, na patuloy na nakikipag-ugnayan sa kapaligiran, upang iwasto ang mga proseso para sa kaligtasan ng buhay sa lahat ng antas ng biyolohikal - mula sa isang cell ng isang organismo hanggang sa mga populasyon at biogeocenoses - anuman ang antas ng pag-unawa sa ang mga prosesong ito sa anumang naibigay na sandali ng isang tao at ang kanyang kakayahan o kawalan ng kakayahan (o sa halip, ang kanyang kahandaan) na gawin ang mga kinakailangang pagsasaayos sa proseso ng sirkulasyon ng mga sangkap sa isang artipisyal na ecosystem.
Ang antas ng pagiging kumplikado ng mga artificial space ecosystem ay maaaring magkakaiba: mula sa pinakasimpleng mga sistema sa mga reserba, mga sistema na may physico-chemical regeneration ng mga sangkap at ang paggamit ng mga indibidwal na biological link, hanggang sa mga system na may halos saradong biological cycle ng mga sangkap. Ang bilang ng mga biological link at trophic chain, pati na rin ang bilang ng mga indibidwal sa bawat link, tulad ng nabanggit na, ay nakasalalay sa layunin at teknikal na katangian sasakyang pangkalawakan.
Ang kahusayan at pangunahing mga parameter ng isang artificial space ecosystem, kabilang ang mga biological na link, ay maaaring matukoy nang maaga at kalkulahin batay sa isang quantitative analysis ng mga proseso ng biological circulation ng mga substance sa kalikasan at isang pagtatasa ng energy efficiency ng mga lokal na natural ecosystem. Ang susunod na seksyon ay nakatuon sa isyung ito.
Relay NG MGA SUBSTANCES SA BIOLOHIKAL NA CYCLE
Ang isang saradong sistemang ekolohikal na nabuo batay sa mga biyolohikal na ugnayan ay dapat isaalang-alang bilang isang mainam na sistema ng suporta sa buhay para sa hinaharap na malalaking pag-aayos sa espasyo. Ang paglikha ng mga naturang sistema ngayon ay nasa yugto pa rin ng mga kalkulasyon, teoretikal na mga konstruksyon at pagsubok sa lupa upang i-interface ang mga indibidwal na biological link sa test crew.
Ang pangunahing layunin ng pagsubok sa mga eksperimentong biotechnical na sistema ng suporta sa buhay ay upang makamit ang isang matatag, halos saradong siklo ng mga sangkap sa isang ecosystem na may crew at ang relatibong independiyenteng pag-iral ng isang artipisyal na nabuong biocenosis sa isang pangmatagalang dynamic na equilibrium mode na nakabatay pangunahin sa panloob. mga mekanismo ng kontrol. Samakatuwid, ang isang masusing pag-aaral ng mga proseso ng biological cycle ng mga sangkap sa biosphere ng Earth ay kinakailangan upang magamit ang pinaka-epektibo sa mga ito sa biotechnical na mga sistema ng suporta sa buhay.
Ang biological cycle sa kalikasan ay isang circular relay race (circulation) ng mga substance at kemikal na elemento sa pagitan ng lupa, halaman, hayop at microorganism. Ang kakanyahan nito ay ang mga sumusunod. Ang mga halaman (autotrophic organism) ay sumisipsip ng mahinang enerhiya na walang buhay na mga mineral at atmospheric carbon dioxide. Ang mga sangkap na ito ay kasama sa organic biomass ng mga organismo ng halaman, na mayroong malaking supply ng enerhiya na nakuha sa pamamagitan ng conversion ng nagliliwanag na enerhiya mula sa Araw sa panahon ng proseso ng photosynthesis. Ang biomass ng halaman ay binago sa pamamagitan ng mga kadena ng pagkain sa mga organismo ng hayop at tao (mga heterotrophic na organismo) gamit ang bahagi ng mga sangkap na ito at enerhiya para sa kanilang sariling paglaki, pag-unlad at pagpaparami. Ang mga sumisira sa mga organismo (mga nabubulok, o mga nabubulok), kabilang ang mga bakterya, fungi, protozoa, at mga organismo na kumakain ng patay na organikong bagay, ay nagmimineralize ng basura. Sa wakas, ang mga sangkap at elemento ng kemikal ay ibinalik pabalik sa lupa, atmospera o kapaligirang nabubuhay sa tubig. Bilang resulta, ang isang multi-cycle na paglipat ng mga sangkap at elemento ng kemikal ay nangyayari sa pamamagitan ng isang branched chain ng mga buhay na organismo. Ang paglipat na ito, na patuloy na sinusuportahan ng enerhiya ng Araw, ay bumubuo sa biological cycle.
Ang antas ng pagpaparami ng mga indibidwal na cycle ng pangkalahatang biological cycle ay umabot sa 90-98%, kaya maaari lamang nating pag-usapan ang kumpletong pagsasara nito nang may kondisyon. Ang mga pangunahing cycle ng biosphere ay ang mga cycle ng carbon, nitrogen, oxygen, phosphorus, sulfur at iba pang nutrients.
Ang parehong nabubuhay at walang buhay na mga sangkap ay nakikilahok sa natural na biological cycle.
Ang buhay na bagay ay biogenic, dahil ito ay nabuo lamang sa pamamagitan ng pagpaparami ng mga buhay na organismo na mayroon na sa Earth. Ang walang buhay na bagay na naroroon sa biosphere ay maaaring alinman sa biogenic na pinagmulan (nahulog na balat at mga dahon ng mga puno, hinog at pinaghiwalay na mga prutas mula sa halaman, chitinous na takip ng mga arthropod, sungay, ngipin at buhok ng mga hayop, balahibo ng ibon, dumi ng hayop, atbp. .), at abiogenic (mga produkto ng mga emisyon mula sa mga aktibong bulkan, mga gas na inilabas mula sa bituka ng lupa).
Ang buhay na bagay ng planeta sa pamamagitan ng masa nito ay bumubuo ng isang hindi gaanong bahagi ng biosphere: ang buong biomass ng Earth sa tuyong timbang ay isang daang libong bahagi lamang ng isang porsyento ng masa ng crust ng lupa (2 ∙ 10 19 tonelada). Gayunpaman, ito ay buhay na bagay na gumaganap ng isang mapagpasyang papel sa pagbuo ng "kultural" na layer ng crust ng lupa, sa pagpapatupad ng isang malakihang lahi ng relay ng mga sangkap at elemento ng kemikal sa pagitan ng isang malaking bilang ng mga nabubuhay na organismo. Ito ay dahil sa isang bilang ng mga tiyak na katangian ng bagay na may buhay.
Metabolismo (metabolismo). Ang metabolismo sa isang buhay na organismo ay ang kabuuan ng lahat ng mga pagbabagong-anyo ng bagay at enerhiya sa proseso ng mga biochemical reaction na patuloy na nagaganap sa katawan.
Ang patuloy na pagpapalitan ng mga sangkap sa pagitan ng isang buhay na organismo at sa kapaligiran nito ay ang pinakamahalagang katangian ng buhay.
Ang mga pangunahing tagapagpahiwatig ng metabolismo ng katawan sa panlabas na kapaligiran ay ang dami, komposisyon at calorie na nilalaman ng pagkain, ang dami ng tubig at oxygen na natupok ng isang buhay na organismo, pati na rin ang antas kung saan ginagamit ng katawan ang mga sangkap na ito at ang enerhiya ng pagkain. Ang metabolismo ay batay sa mga proseso ng asimilasyon (pagbabago ng mga sangkap na pumasok sa katawan mula sa labas) at dissimilation (pagkabulok ng mga organikong sangkap na sanhi ng pangangailangan na maglabas ng enerhiya para sa paggana ng katawan).
Thermodynamic nonequilibrium katatagan. Alinsunod sa pangalawang batas (batas) ng thermodynamics, upang maisagawa ang trabaho, ang pagkakaroon ng enerhiya lamang ay hindi sapat, ngunit ang pagkakaroon ng potensyal na pagkakaiba, o mga antas ng enerhiya, ay kinakailangan din. Isang sukatan ng "pagkawala" ng isang potensyal na pagkakaiba ng anuman sistema ng enerhiya at, nang naaayon, ang entropy ay nagsisilbing sukatan ng pagkawala ng kakayahang gumawa ng trabaho ng sistemang ito.
Sa mga prosesong nagaganap sa walang buhay na kalikasan, ang pagganap ng trabaho ay humahantong sa isang pagtaas sa entropy ng system. Kaya, para sa paglipat ng init, ang direksyon ng proseso ay natatanging tinutukoy ang pangalawang batas ng thermodynamics: mula sa isang mas pinainit na katawan hanggang sa isang hindi gaanong pinainit. Sa isang sistema na may zero na pagkakaiba sa temperatura (sa parehong temperatura ng mga katawan), ang pinakamataas na entropy ay sinusunod.
Ang mga buhay na bagay, mga buhay na organismo, hindi tulad ng walang buhay na kalikasan, ay sumasalungat sa batas na ito. Hindi kailanman nasa ekwilibriyo, sila ay patuloy na kumikilos laban sa pagtatatag nito, na, tila, dapat na legal na mangyari bilang isang pagsusulatan sa mga umiiral na panlabas na kondisyon. Ang mga buhay na organismo ay patuloy na gumugugol ng enerhiya upang mapanatili ang tiyak na estado ng buhay na sistema. Ang pinakamahalagang tampok na ito ay kilala sa panitikan bilang ang prinsipyo ng Bauer, o ang prinsipyo ng matatag na disequilibrium ng mga sistema ng buhay. Ang prinsipyong ito ay nagpapakita na ang mga buhay na organismo ay bukas na mga sistemang walang balanse na naiiba sa mga walang buhay dahil sila ay nagbabago sa direksyon ng pagbaba ng entropy.
Ang tampok na ito ay katangian ng biosphere sa kabuuan, na isa ring nonequilibrium dynamic na sistema. Ang buhay na bagay ng system ay isang carrier ng napakalaking potensyal na enerhiya,
Ang kakayahan para sa self-reproduction at mataas na intensity ng biomass accumulation. Ang buhay na bagay ay nailalarawan sa pamamagitan ng patuloy na pagnanais na madagdagan ang bilang ng mga indibidwal nito, upang magparami. Ang mga bagay na may buhay, kabilang ang mga tao, ay nagsisikap na punan ang lahat ng espasyong katanggap-tanggap para sa buhay. Ang intensity ng pagpaparami ng mga buhay na organismo, ang kanilang paglaki at akumulasyon ng biomass ay medyo mataas. Ang rate ng pagpaparami ng mga nabubuhay na organismo, bilang isang patakaran, ay inversely proportional sa kanilang laki. Ang iba't ibang laki ng mga buhay na organismo ay isa pang katangian ng buhay na kalikasan.
Ang mataas na mga rate ng metabolic reaksyon sa mga buhay na organismo, tatlo hanggang apat na mga order ng magnitude na mas mataas kaysa sa mga rate ng mga reaksyon sa walang buhay na kalikasan, ay dahil sa pakikilahok ng mga biological accelerators - enzymes - sa mga metabolic na proseso. Gayunpaman, upang madagdagan ang bawat yunit ng biomass o makaipon ng isang yunit ng enerhiya, kailangang iproseso ng isang buhay na organismo ang paunang masa sa mga dami ng isa o dalawang order ng magnitude na mas mataas kaysa sa naipon na masa.
Kapasidad para sa pagkakaiba-iba, pag-renew at ebolusyon. Ang buhay na bagay ng biosphere ay nailalarawan sa iba't ibang, napakaikli (sa isang cosmic scale) na mga siklo ng buhay. Ang haba ng buhay ng mga buhay na nilalang ay mula sa ilang oras (at kahit na minuto) hanggang sa daan-daang taon. Sa proseso ng kanilang aktibidad sa buhay, ang mga organismo ay dumadaan sa kanilang mga sarili ng mga atomo ng mga elemento ng kemikal ng lithosphere, hydrosphere at atmospera, pag-uuri sa kanila at pagbubuklod ng mga elemento ng kemikal sa anyo ng mga tiyak na sangkap ng biomass ng isang naibigay na uri ng organismo. Bukod dito, kahit na sa loob ng balangkas ng pagkakapareho ng biochemical at pagkakaisa ng organikong mundo (lahat ng mga modernong buhay na organismo ay binuo pangunahin mula sa mga protina), ang buhay na kalikasan ay nakikilala sa pamamagitan ng napakalaking pagkakaiba-iba ng morphological at iba't ibang mga anyo ng bagay. Sa kabuuan, mayroong higit sa 2 milyong mga organikong compound na bumubuo sa buhay na bagay. Para sa paghahambing, tandaan namin na ang bilang ng mga natural na compound (mineral) ng walang buhay na bagay ay halos 2 libo lamang. Ang morphological diversity ng buhay na kalikasan ay mahusay din: ang kaharian ng halaman sa Earth ay kinabibilangan ng halos 500 libong species, at mga hayop - 1 milyon 500 libo.
Ang nabuong buhay na organismo sa loob ng isang siklo ng buhay ay may limitadong kakayahang umangkop sa mga pagbabago sa mga kondisyon sa kapaligiran. Gayunpaman, medyo maikli ikot ng buhay Ang mga buhay na organismo ay nag-aambag sa kanilang patuloy na pag-renew mula sa henerasyon hanggang sa henerasyon sa pamamagitan ng paghahatid sa pamamagitan ng genetic hereditary apparatus ng impormasyong naipon ng bawat henerasyon, at isinasaalang-alang ang impormasyong ito ng susunod na henerasyon. Mula sa puntong ito, ang maikling tagal ng buhay ng mga organismo ng isang henerasyon ay ang presyo na binabayaran nila para sa pangangailangan para sa kaligtasan ng mga species sa kabuuan sa isang patuloy na nagbabagong panlabas na kapaligiran.
Ang proseso ng ebolusyon ay pangunahing katangian ng mas matataas na organismo.
Kolektibidad ng pagkakaroon. Ang buhay na bagay ay aktwal na umiiral sa Earth sa anyo ng mga biocenoses, at hindi mga indibidwal na nakahiwalay na species (populasyon). Ang pagkakaugnay ng mga populasyon ay dahil sa kanilang trophic (pagkain) dependencies sa isa't isa, kung wala ang mismong pagkakaroon ng mga species na ito ay imposible.
Ito ang mga pangunahing katangian ng husay ng nabubuhay na bagay na nakikilahok sa biosphere biological cycle ng mga sangkap. Sa dami ng mga termino, ang intensity ng biomass accumulation sa biosphere ay ganoon, sa karaniwan, tuwing walong taon ang lahat ng nabubuhay na bagay sa biosphere ng Earth ay na-renew. Matapos makumpleto ang kanilang siklo ng buhay, ang mga organismo ay bumalik sa kalikasan ang lahat ng kanilang kinuha mula dito sa panahon ng kanilang buhay.
Ang mga pangunahing pag-andar ng buhay na bagay sa biosphere, na binuo ng domestic geologist na si A.V. Lapo (1979), ay kinabibilangan ng enerhiya (biosynthesis na may akumulasyon ng enerhiya at pagbabago ng enerhiya sa mga trophic chain), konsentrasyon (selective accumulation ng matter), mapanirang (mineralization at paghahanda ng mga sangkap para sa pagsasama sa cycle ), pagbuo ng kapaligiran (pagbabago sa pisikal at kemikal na mga parameter ng kapaligiran) at mga function ng transportasyon (paglilipat ng sangkap).
MAY EFFICIENCY BA ANG ECOSYSTEMS?
Subukan nating sagutin ang tanong: posible bang masuri ang pagiging epektibo ng biological cycle ng mga sangkap mula sa pananaw ng pagtugon sa mga pangangailangan sa nutrisyon ng mga tao bilang tuktok na trophic na link ng siklo na ito?
Ang isang tinatayang sagot sa tanong na iniharap ay maaaring makuha sa batayan ng isang diskarte sa enerhiya sa pagsusuri ng mga proseso ng biological cycle at ang pag-aaral ng paglipat ng enerhiya at pagiging produktibo ng mga natural na ekosistema. Sa katunayan, kung ang mga sangkap ng cycle ay napapailalim sa patuloy na mga pagbabago sa husay, kung gayon ang enerhiya ng mga sangkap na ito ay hindi nawawala, ngunit ipinamamahagi sa mga direktang daloy. Inilipat mula sa isang trophic level ng biological cycle patungo sa isa pa, ang biochemical energy ay unti-unting nababago at nawawala. Ang pagbabagong-anyo ng enerhiya ng bagay sa mga antas ng trophic ay hindi nangyayari nang basta-basta, ngunit alinsunod sa mga kilalang pattern, at samakatuwid ito ay kinokontrol sa loob ng isang tiyak na biogeocenosis.
Ang konsepto ng "biogeocenosis" ay katulad ng konsepto ng "ecosystem", ngunit ang dating ay nagdadala ng mas mahigpit na semantic load. Kung ang isang ecosystem ay tinatawag na halos anumang autonomously existing natural o artificial biocomplex (anthill, aquarium, swamp, dead tree trunk, forest, lake, ocean, Earth's biosphere, spaceship cabin, etc.), then biogeocenosis, being one of the qualitative level of ang ecosystem , ay tinukoy ng mga hangganan ng obligadong komunidad ng halaman nito (phytocenosis). Ang isang ecosystem, tulad ng anumang matatag na hanay ng mga buhay na organismo na nakikipag-ugnayan sa isa't isa, ay isang kategorya na naaangkop sa anumang biological system lamang sa antas ng supraorganism, ibig sabihin, ang isang indibidwal na organismo ay hindi maaaring maging isang ecosystem.
Ang biological cycle ng mga substance ay isang mahalagang bahagi ng biogeocenosis ng daigdig. Sa loob ng mga partikular na lokal na biogeocenoses, ang biological na sirkulasyon ng mga sangkap ay posible, ngunit hindi kinakailangan.
Palaging kasama ng mga koneksyon sa enerhiya ang mga trophic na koneksyon sa biogeocenosis. Magkasama silang bumubuo ng batayan ng anumang biogeocenosis. Sa pangkalahatan, ang limang trophic na antas ng biogeocenosis ay maaaring makilala (tingnan ang talahanayan at Fig. 2), kung saan ang lahat ng mga bahagi nito ay ipinamamahagi nang sunud-sunod sa kadena. Kadalasan, ang ilang mga kadena ay nabuo sa biogeocenoses, na kung saan, sumasanga at intersecting nang maraming beses, ay bumubuo ng mga kumplikadong network ng pagkain (trophic).
Mga antas ng tropiko at mga kadena ng pagkain sa biogeocenosis
Ang mga organismo ng unang antas ng trophic - pangunahing mga producer, na tinatawag na autotrophs (self-feeding) at kabilang ang mga microorganism at mas mataas na mga halaman, ay nagsasagawa ng mga proseso ng synthesis ng mga organikong sangkap mula sa mga hindi organikong. Bilang isang mapagkukunan ng enerhiya para sa prosesong ito, ang mga autotroph ay gumagamit ng alinman sa liwanag na solar energy (phototrophs) o ang enerhiya ng oksihenasyon ng ilang mga mineral compound (chemotrophs). Nakukuha ng mga phototroph ang carbon na kailangan para sa synthesis mula sa carbon dioxide.
Conventionally, ang proseso ng photosynthesis sa berdeng mga halaman (mas mababa at mas mataas) ay maaaring inilarawan sa anyo ng mga sumusunod na kemikal na reaksyon:
Sa huli, ang mga organikong bagay (pangunahin ang carbohydrates) ay na-synthesize mula sa mahinang enerhiya na mga inorganic na sangkap (carbon dioxide, tubig, mineral salts, microelements), na siyang carrier ng enerhiya na nakaimbak sa mga kemikal na bono ng nabuong sangkap. Sa reaksyong ito, kinakailangan ang 673 kcal ng solar energy upang makabuo ng isang gramo ng molekula ng isang sangkap (180 g ng glucose).
Ang kahusayan ng photosynthesis ay direktang nakasalalay sa intensity ng light irradiation ng mga halaman. Sa karaniwan, ang dami ng nagniningning na solar energy sa ibabaw ng Earth ay humigit-kumulang 130 W/m2. Sa kasong ito, bahagi lamang ng radiation na nasa loob ng wavelength range mula 0.38 hanggang 0.71 microns ang photosynthetically active. Ang isang makabuluhang bahagi ng radiation na bumabagsak sa isang dahon ng halaman o isang layer ng tubig na may microalgae ay makikita o dumadaan sa dahon o layer na walang silbi, at ang hinihigop na radiation ay kadalasang ginugugol sa pagsingaw ng tubig sa panahon ng transpiration ng halaman.
Bilang resulta, ang average na kahusayan ng enerhiya ng proseso ng photosynthetic ng buong takip ng halaman ng globo ay humigit-kumulang 0.3% ng enerhiya ng sikat ng araw na pumapasok sa Earth. Sa mga kondisyon na kanais-nais para sa paglago ng mga berdeng halaman at sa tulong ng tao, ang mga indibidwal na plantasyon ay maaaring magbigkis ng liwanag na enerhiya na may kahusayan na 5-10%.
Ang mga organismo ng kasunod na antas ng trophic (mga mamimili), na binubuo ng mga heterotrophic (hayop) na organismo, sa huli ay tinitiyak ang kanilang mga kabuhayan sa gastos ng biomass ng halaman na naipon sa unang antas ng trophic. Ang enerhiya ng kemikal na nakaimbak sa biomass ng halaman ay maaaring ilabas, ma-convert sa init at mawala sa kapaligiran sa proseso ng reverse combination ng carbohydrates na may oxygen. Gamit ang biomass ng halaman bilang pagkain, napapailalim ito sa oksihenasyon ng mga hayop habang humihinga. Sa kasong ito, ang reverse na proseso ng photosynthesis ay nangyayari, kung saan ang enerhiya ng pagkain ay inilabas at, na may isang tiyak na kahusayan, ay ginugol sa paglago at mahahalagang aktibidad ng isang heterotrophic na organismo.
Sa dami ng termino, sa isang biogeocenosis, ang biomass ng halaman ay dapat na "nangunguna" sa biomass ng hayop, kadalasan sa pamamagitan ng hindi bababa sa dalawang order ng magnitude. Kaya, ang kabuuang biomass ng mga hayop sa lupain ng lupa ay hindi lalampas sa 1-3% ng biomass ng halaman nito.
Ang intensity ng metabolismo ng enerhiya ng isang heterotrophic na organismo ay nakasalalay sa masa nito. Sa pagtaas ng laki ng katawan, ang metabolic rate, na kinakalkula sa bawat yunit ng timbang at ipinahayag sa dami ng oxygen na nasisipsip sa bawat yunit ng oras, ay kapansin-pansing bumababa. Bukod dito, sa isang estado ng kamag-anak na pahinga (karaniwang metabolismo), ang pagtitiwala ng metabolic rate ng hayop sa masa nito, na may anyo ng isang function. y = Ax k (X- bigat ng hayop, A At k- coefficients), lumalabas na wasto kapwa para sa mga organismo ng parehong species na nagbabago ng kanilang laki sa panahon ng paglaki, at para sa mga hayop na may iba't ibang timbang, ngunit kumakatawan sa isang tiyak na grupo o klase.
Kasabay nito, ang mga tagapagpahiwatig ng antas ng metabolismo ng iba't ibang mga grupo ng mga hayop ay naiiba nang malaki sa bawat isa. Ang mga pagkakaibang ito ay lalong makabuluhan para sa mga hayop na may aktibong metabolismo, na kung saan ay nailalarawan sa paggasta ng enerhiya sa trabaho ng kalamnan, lalo na sa mga pag-andar ng motor.
Ang balanse ng enerhiya ng isang organismo ng hayop (consumer ng anumang antas) para sa isang tiyak na tagal ng panahon ay karaniwang maaaring ipahayag ng sumusunod na pagkakapantay-pantay:
E = E 1 + E 2 + E 3 + E 4 + E 5 ,
saan E- enerhiya (calorie content) ng pagkain (kcal bawat araw), E 1 - basal metabolic energy, E 2 - pagkonsumo ng enerhiya ng katawan, E 3 - enerhiya ng "malinis" na produksyon ng katawan, E 4 - enerhiya ng hindi nagamit na mga sangkap ng pagkain, E 5 – enerhiya ng dumi at pagtatago ng katawan.
Ang pagkain ang tanging pinagmumulan ng normal na enerhiya na pumapasok sa katawan ng hayop at tao, na nagsisiguro sa mahahalagang tungkulin nito. Ang konsepto ng "pagkain" ay may iba't ibang nilalaman ng kalidad para sa iba't ibang mga organismo ng hayop at kasama lamang ang mga sangkap na natupok at ginagamit ng isang partikular na buhay na organismo at. ay kailangan para sa kanya.
Magnitude E para sa isang tao ay isang average ng 2500 kcal bawat araw. Basal metabolic energy E Ang 1 ay kumakatawan sa metabolic energy sa isang estado ng kumpletong natitirang bahagi ng katawan at sa kawalan ng mga proseso ng pagtunaw. Ito ay ginugugol sa pagpapanatili ng buhay sa katawan, ay isang function ng laki ng ibabaw ng katawan at binago sa init na ibinibigay ng katawan sa kapaligiran. Mga tagapagpahiwatig ng dami E Ang 1 ay karaniwang ipinahayag sa mga partikular na yunit sa bawat 1 kg ng masa o 1 m 2 ng ibabaw ng katawan. Oo, para sa isang tao E Ang 1 ay 32.1 kcal bawat araw bawat 1 kg ng timbang ng katawan. Bawat unit ng surface area E 1 magkaibang organismo (mammal) ay halos pareho.
Component E Kasama sa 2 ang pagkonsumo ng enerhiya ng katawan para sa thermoregulation kapag nagbabago ang temperatura sa paligid, gayundin para sa iba't ibang uri mga aktibidad at gawain ng katawan: nginunguya, panunaw at asimilasyon ng pagkain, trabaho ng kalamnan kapag gumagalaw ang katawan, atbp. Sa dami E 2 ang ambient temperature ay may malaking impluwensya. Kapag ang temperatura ay tumaas at bumaba mula sa pinakamainam na antas para sa katawan, ang karagdagang paggasta ng enerhiya ay kinakailangan upang makontrol ito. Ang proseso ng pag-regulate ng pare-pareho ang temperatura ng katawan sa mainit-init na dugo na mga hayop at tao ay lalo na binuo.
Component E Kasama sa 3 ang dalawang bahagi: ang enerhiya ng paglaki ng sariling biomass (o populasyon) ng organismo at ang enerhiya ng karagdagang produksyon.
Ang isang pagtaas sa sariling biomass ay nangyayari, bilang panuntunan, sa isang batang lumalagong organismo na patuloy na tumataba, gayundin sa isang organismo na bumubuo ng mga reserbang nutrients. Ang bahaging ito ng sangkap E Ang 3 ay maaaring katumbas ng zero, at kumuha din ng mga negatibong halaga kapag may kakulangan ng pagkain (nawalan ng timbang ang katawan).
Ang enerhiya ng karagdagang produksyon ay nakapaloob sa mga sangkap na ginawa ng katawan para sa pagpaparami, proteksyon mula sa mga kaaway, atbp.
Limitado ang bawat indibidwal minimum na dami mga produktong nilikha sa proseso ng kanilang aktibidad sa buhay. Ang isang medyo mataas na rate ng paglikha ng mga pangalawang produkto ay maaaring ituring na isang tagapagpahiwatig ng 10-15% (ng natupok na feed), katangian, halimbawa, ng mga balang. Ang parehong tagapagpahiwatig para sa mga mammal, na gumugugol ng malaking halaga ng enerhiya sa thermoregulation, ay nasa antas ng 1 - 2%.
Component E 4 ay ang enerhiya na nakapaloob sa mga sangkap ng pagkain na hindi ginamit ng katawan at hindi pumasok sa katawan para sa isang kadahilanan o iba pa.
Enerhiya E 5, na nakapaloob sa mga pagtatago ng katawan bilang isang resulta ng hindi kumpletong panunaw at asimilasyon ng pagkain, mula sa 30-60% ng pagkain na natupok (sa malalaking ungulates) hanggang 1-20% (sa mga rodent).
Ang kahusayan ng conversion ng enerhiya ng isang organismo ng hayop ay natutukoy sa dami ng ratio ng net (pangalawang) produksyon sa kabuuang halaga ng pagkain na natupok o ang ratio ng netong produksyon sa dami ng natutunaw na pagkain. Sa isang food chain, ang kahusayan (efficiency) ng bawat trophic link (level) ay humigit-kumulang 10%. Nangangahulugan ito na sa bawat kasunod na antas ng trophic ng isang layunin sa pagkain, ang mga produkto ay nabuo na hindi lalampas sa caloric na nilalaman (o sa mga tuntunin ng masa) 10% ng enerhiya ng nauna. Sa ganitong mga tagapagpahiwatig, ang pangkalahatang kahusayan ng paggamit ng pangunahing solar energy sa food chain ng isang ecosystem na may apat na antas ay magiging isang maliit na bahagi ng isang porsyento: sa karaniwan, 0.001% lamang.
Sa kabila ng tila mababang halaga ng pangkalahatang kahusayan ng pagpaparami ng produksyon, ang karamihan sa populasyon ng Daigdig ay ganap na nagbibigay ng sarili sa isang balanseng diyeta hindi lamang mula sa pangunahin, kundi pati na rin mula sa mga pangalawang producer. Tulad ng para sa isang buhay na organismo nang paisa-isa, ang kahusayan ng paggamit ng pagkain (enerhiya) sa ilan sa mga ito ay medyo mataas at lumampas sa mga tagapagpahiwatig ng kahusayan ng maraming mga teknikal na paraan. Halimbawa, binago ng baboy ang 20% ng enerhiya ng pagkain na natupok sa high-calorie na karne.
Ang kahusayan ng paggamit ng mga mamimili ng enerhiya na ibinibigay ng pagkain ay karaniwang tinatasa sa ekolohiya gamit ang mga pyramids ng ekolohikal na enerhiya. Ang kakanyahan ng naturang mga pyramid ay isang visual na representasyon ng mga link ng food chain sa anyo ng isang subordinate arrangement ng mga parihaba sa ibabaw ng bawat isa, ang haba o lugar na tumutugma sa enerhiya na katumbas ng kaukulang trophic level bawat oras ng yunit. Upang makilala ang mga kadena ng pagkain, ginagamit din ang mga pyramids ng mga numero (ang mga lugar ng mga parihaba ay tumutugma sa bilang ng mga indibidwal sa bawat antas ng kadena ng pagkain) at mga pyramids ng biomass (parehong may kaugnayan sa dami ng kabuuang biomass ng mga organismo sa bawat isa. antas).
Gayunpaman, ang energy pyramid ay nagbibigay ng pinaka kumpletong larawan ng functional na organisasyon ng mga biological na komunidad sa loob ng isang tiyak na food chain, dahil pinapayagan nito ang isa na isaalang-alang ang dinamika ng pagpasa ng biomass ng pagkain sa pamamagitan ng chain na ito.
ARTIFICIAL AT NATURAL BIOSPHERE ECOSYSTEMS: PAGKAKAPAREHO AT PAGKAKAIBA
Si K. E. Tsiolkovsky ang unang nagmungkahi ng paglikha ng isang saradong sistema sa isang space rocket para sa sirkulasyon ng lahat ng mga sangkap na kinakailangan para sa buhay ng mga tripulante, ibig sabihin, isang saradong ecosystem. Naniniwala siya na sa isang spacecraft, ang lahat ng mga pangunahing proseso ng pagbabagong-anyo ng mga sangkap na nagaganap sa biosphere ng Earth ay dapat na muling gawin sa maliit na larawan. Gayunpaman, sa halos kalahating siglo ang panukalang ito ay umiral bilang isang hypothesis ng science fiction.
Praktikal na gawain sa paglikha ng mga artificial space ecosystem batay sa mga proseso ng biological na sirkulasyon ng mga sangkap na mabilis na binuo sa USA, USSR at ilang iba pang mga bansa sa huling bahagi ng 50s at unang bahagi ng 60s. Walang alinlangan na ito ay pinadali ng mga tagumpay ng astronautics, na nagbukas ng panahon ng paggalugad sa kalawakan sa paglulunsad ng unang artipisyal na satellite ng Earth noong 1957.
Sa mga sumunod na taon, habang ang mga gawaing ito ay lumawak at lumalim, karamihan sa mga mananaliksik ay maaaring kumbinsido na ang problema na ibinabanta ay naging mas kumplikado kaysa sa orihinal na naisip. Nangangailangan ito ng pagsasakatuparan hindi lamang batay sa lupa kundi pati na rin sa pagsasaliksik sa kalawakan, na, sa turn, ay nangangailangan ng malaking gastos sa materyal at pananalapi at nahadlangan ng kakulangan ng malalaking spacecraft o mga istasyon ng pananaliksik. Gayunpaman, sa USSR sa panahong ito, ang mga hiwalay na pang-eksperimentong sample ng mga ekosistema ay nilikha kasama ang ilang mga biological na link at mga tao sa kasalukuyang siklo ng sirkulasyon ng mga sangkap ng mga sistemang ito. Ang isang hanay ng mga siyentipikong pag-aaral ay isinagawa din upang bumuo ng mga teknolohiya para sa paglilinang ng mga biological na bagay sa zero gravity sa mga satellite space, barko at istasyon: "Cosmos-92", "Cosmos-605", "Cosmos-782", "Cosmos-936 ”, “Salyut-6” at iba pa. Ang mga resulta ng pananaliksik ngayon ay nagpapahintulot sa amin na bumalangkas ng ilang mga probisyon na kinuha bilang batayan para sa pagtatayo ng mga hinaharap na closed space ecosystem at biological life support system para sa mga astronaut.
Kaya, kung ano ang karaniwan sa malalaking artificial space ecosystem at ang natural na biosphere. mga ekosistema? Una sa lahat, ito ang kanilang kamag-anak na paghihiwalay, ang kanilang pangunahing mga karakter ay mga tao at iba pang nabubuhay na biological unit, ang biological cycle ng mga sangkap at ang pangangailangan para sa isang mapagkukunan ng enerhiya.
Ang mga closed ecological system ay mga system na may organisadong cycle ng mga elemento, kung saan ang mga substance na ginamit sa isang tiyak na rate para sa biological exchange ng ilang mga yunit ay muling nabuo sa parehong average na bilis mula sa mga huling produkto ng kanilang palitan sa kanilang orihinal na estado ng iba pang mga yunit at muli ginagamit sa parehong mga cycle ng biological exchange (Gitelzon et al., 1975).
Kasabay nito, ang ecosystem ay maaaring manatiling sarado nang hindi nakakamit ang isang kumpletong cycle ng mga sangkap, na hindi maibabalik sa pagkonsumo ng ilan sa mga sangkap mula sa mga naunang nilikha na reserba.
Ang natural na terrestrial ecosystem ay halos sarado sa matter, dahil ang mga terrestrial substance at kemikal na elemento lamang ang lumahok sa mga cycle ng sirkulasyon (ang bahagi ng cosmic matter na taun-taon ay nahuhulog sa Earth ay hindi lalampas sa 2 × 10–14 porsiyento ng masa ng Earth). Ang antas ng pakikilahok ng mga makalupang sangkap at elemento sa paulit-ulit na paulit-ulit na mga siklo ng kemikal ng ikot ng mundo ay medyo mataas at, tulad ng nabanggit na, tinitiyak ang pagpaparami ng mga indibidwal na siklo ng 90-98%.
Sa isang artipisyal na saradong ecosystem, imposibleng gayahin ang lahat ng pagkakaiba-iba ng mga proseso sa biosphere ng mundo. Gayunpaman, ang isang tao ay hindi dapat magsikap para dito, dahil ang biosphere sa kabuuan ay hindi maaaring magsilbi bilang isang perpekto ng isang artipisyal na saradong ecosystem sa mga tao, batay sa biological cycle ng mga sangkap. Mayroong ilang mga pangunahing pagkakaiba na nagpapakilala sa biological cycle ng mga sangkap na artipisyal na nilikha sa isang limitadong nakapaloob na espasyo para sa layunin ng suporta sa buhay ng tao.
Ano ang mga pangunahing pagkakaiba na ito?
Ang sukat ng artipisyal na biological cycle ng mga sangkap bilang isang paraan ng pagtiyak ng buhay ng tao sa isang limitadong nakapaloob na espasyo ay hindi maihahambing sa sukat ng biological cycle ng mundo, kahit na ang mga pangunahing pattern na tumutukoy sa kurso at kahusayan ng mga proseso sa mga indibidwal na biological na link nito. maaaring ilapat upang makilala ang mga katulad na link sa isang artipisyal na ecosystem. Sa biosphere ng Earth, ang mga aktor ay halos 500 libong species ng mga halaman at 1.5 milyong species ng mga hayop, na may kakayahang palitan ang isa't isa sa ilang mga kritikal na pangyayari (halimbawa, ang pagkamatay ng isang species o populasyon), na pinapanatili ang katatagan ng biosphere. Sa isang artipisyal na ekosistema, ang pagiging kinatawan ng mga species at ang bilang ng mga indibidwal ay napakalimitado, na matalas na nagpapataas ng "responsibilidad" ng bawat buhay na organismo na kasama sa artipisyal na ecosystem at naglalagay ng mas mataas na mga pangangailangan sa biological na katatagan nito sa matinding mga kondisyon.
Sa biosphere ng Earth, ang sirkulasyon ng mga sangkap at elemento ng kemikal ay batay sa isang malaking bilang ng magkakaibang, independiyente at mga cross cycle, na hindi pinagsama sa oras at espasyo, na ang bawat isa ay nangyayari sa sarili nitong bilis ng katangian. Sa isang artipisyal na ecosystem, ang bilang ng mga naturang cycle ay limitado, ang papel ng bawat cycle sa cycle ng mga substance; tataas nang maraming beses, at ang mga napagkasunduang rate ng mga proseso sa system ay dapat na mahigpit na mapanatili bilang isang kinakailangang kondisyon para sa napapanatiling operasyon ng isang biological na sistema ng suporta sa buhay.
Ang pagkakaroon ng mga dead-end na proseso sa biosphere ay hindi makabuluhang nakakaapekto sa natural na cycle ng mga sangkap, dahil sa Earth mayroon pa ring makabuluhang dami ng mga reserba ng mga sangkap na kasangkot sa cycle sa unang pagkakataon. Bilang karagdagan, ang masa ng mga sangkap sa mga dead-end na proseso ay hindi masusukat kaysa sa mga kakayahan ng buffer ng Earth. Sa artipisyal na espasyo LSS, ang palaging umiiral na pangkalahatang mga paghihigpit sa masa, dami at pagkonsumo ng enerhiya ay nagpapataw ng kaukulang mga paghihigpit sa masa ng mga sangkap na nakikilahok sa cycle ng biological LSS. Ang pagkakaroon o pagbuo sa kasong ito ng anumang dead-end na proseso ay makabuluhang binabawasan ang kahusayan ng system sa kabuuan, binabawasan ang tagapagpahiwatig ng pagsasara nito, nangangailangan ng naaangkop na kabayaran mula sa mga reserba ng mga paunang sangkap, at, dahil dito, isang pagtaas sa mga reserbang ito. sa sistema.
Ang pinakamahalagang katangian ng biological cycle ng mga substance sa artipisyal na ecosystem na isinasaalang-alang ay ang pagtukoy sa papel ng mga tao sa qualitative at quantitative na mga katangian ng cycle ng mga substance. Ang sirkulasyon sa kasong ito ay isinasagawa sa huli sa mga interes na matugunan ang mga pangangailangan ng tao (crew), na siyang pangunahing puwersang nagtutulak. Ang natitirang mga biological na bagay ay gumaganap ng mga tungkulin ng pagpapanatili ng kapaligiran ng tao. Batay dito, ang bawat biological species sa isang artipisyal na ecosystem ay binibigyan ng pinakamainam na kondisyon ng pag-iral upang makamit ang pinakamataas na produktibidad ng mga species. Sa biosphere ng Earth, ang intensity ng mga proseso ng biosynthesis ay pangunahing tinutukoy ng daloy ng solar energy sa isang partikular na rehiyon. Sa karamihan ng mga kaso, ang mga posibilidad na ito ay limitado: ang intensity ng solar radiation sa ibabaw ng Earth ay humigit-kumulang 10 beses na mas mababa kaysa sa labas ng kapaligiran ng Earth. Bilang karagdagan, ang bawat nabubuhay na organismo, upang mabuhay at umunlad, ay patuloy na kailangang umangkop sa mga kondisyon ng pamumuhay, alagaan ang paghahanap ng pagkain, paggastos ng isang makabuluhang bahagi ng mahalagang enerhiya nito. Samakatuwid, ang intensity ng biosynthesis sa biosphere ng Earth ay hindi maituturing na pinakamainam mula sa pananaw ng pangunahing pag-andar ng mga biological na likidong sumusuporta sa buhay - nakakatugon sa mga pangangailangan sa nutrisyon ng tao.
Hindi tulad ng biosphere ng Earth, ang mga artipisyal na ecosystem ay nagbubukod ng malakihang abiotic na mga proseso at mga kadahilanan na gumaganap ng isang kapansin-pansin, ngunit madalas na bulag na papel sa pagbuo ng biosphere at mga elemento nito (mga epekto sa panahon at klima, naubos na mga lupa at hindi angkop na mga teritoryo, mga kemikal na katangian ng tubig, atbp.).
Ang mga ito at iba pang mga pagkakaiba ay nag-aambag sa pagkamit ng makabuluhang mas higit na kahusayan ng pagbabagong-anyo ng bagay sa mga artipisyal na ecosystem, isang mas mataas na bilis ng pagpapatupad ng mga siklo ng sirkulasyon, at mas mataas na mga halaga ng kahusayan ng biological life support system ng tao.
TUNGKOL SA BIOLOGICAL LIFE SUPPORT SYSTEMS FOR SPACE CREWS
Ang suporta sa buhay ng biyolohikal ay isang artipisyal na hanay ng mga partikular na napili, magkakaugnay at magkakaugnay na mga biyolohikal na bagay (mga mikroorganismo, mas matataas na halaman, hayop), mga consumable na sangkap at teknikal na paraan, na nagbibigay sa isang limitadong nakapaloob na espasyo ng mga pangunahing pisyolohikal na pangangailangan ng isang tao para sa pagkain, tubig at oxygen , pangunahin sa batayan ng napapanatiling biological na sirkulasyon ng mga sangkap.
Ang kinakailangang kumbinasyon ng mga buhay na organismo (bioobjects) at teknikal na paraan sa mga biological na sistema ng suporta sa buhay ay nagpapahintulot sa amin na tawagin ang mga sistemang ito din na biotechnical. Sa kasong ito, ang mga teknikal na paraan ay nauunawaan bilang mga subsystem, bloke at aparato na nagbibigay ng mga kinakailangang kondisyon para sa normal na buhay ng mga biological na bagay na kasama sa biocomplex (komposisyon, presyon, temperatura at halumigmig ng kapaligiran ng gas, pag-iilaw ng living space, sanitary at hygienic indicator ng kalidad ng tubig, operational collection, processing o waste disposal, atbp.). Ang pangunahing teknikal na paraan ng biological life support ay kinabibilangan ng mga subsystem para sa supply ng enerhiya at conversion ng enerhiya sa liwanag, regulasyon at pagpapanatili ng gas composition ng atmospera sa isang limitadong nakapaloob na espasyo, temperatura control, space greenhouse units, kusina at paraan ng pisikal at kemikal na pagbabagong-buhay. ng tubig at hangin, pagpoproseso, transportasyon at mga kagamitan sa mineralisasyon ng basura atbp. Ang ilang mga proseso para sa pagbabagong-buhay ng mga sangkap sa sistema ay maaari ding epektibong isagawa gamit ang mga physico-chemical na pamamaraan (tingnan ang figure sa pahina 52).
Ang mga biyolohikal na bagay ng LSS kasama ng mga tao ay bumubuo ng isang biocomplex. Mga species at lakas ng numero Ang mga buhay na organismo na kasama sa biocomplex ay tinutukoy upang matiyak nito ang isang matatag, balanse at kontroladong metabolismo sa pagitan ng mga tripulante at ng mga buhay na organismo ng biocomplex sa buong tinukoy na panahon. Ang mga sukat (scale) ng biocomplex at ang bilang ng mga species ng mga nabubuhay na organismo na kinakatawan sa biocomplex ay nakasalalay sa kinakailangang produktibidad, ang antas ng pagsasara ng sistema ng suporta sa buhay at itinatag na may kaugnayan sa mga tiyak na teknikal at mga kakayahan sa enerhiya ng espasyo istraktura, ang tagal ng operasyon nito, at ang bilang ng mga tripulante. Ang mga prinsipyo para sa pagpili ng mga buhay na organismo sa isang biocomplex ay maaaring hiramin mula sa ekolohiya ng mga natural na pamayanang terrestrial at pinamamahalaang biogeocenoses, batay sa mga itinatag na trophic na relasyon ng mga biological na bagay.
Ang pagpili ng mga biological species para sa pagbuo ng mga trophic cycle ng biological na mga likidong sumusuporta sa buhay ay ang pinakamahirap na gawain.
Ang bawat biological object na nakikilahok sa isang biological life-sustaining system ay nangangailangan para sa aktibidad ng buhay nito ng isang tiyak na living space (ecological niche), na kinabibilangan hindi lamang ng purong pisikal na espasyo, kundi pati na rin ang isang hanay ng mga kinakailangang kondisyon ng pamumuhay para sa isang partikular na biological species: pagtiyak ng paraan nito ng buhay, paraan ng nutrisyon, at mga kondisyon sa kapaligiran. Samakatuwid, para sa matagumpay na paggana ng mga buhay na organismo bilang isang bahagi ng isang biological na sistema ng suporta sa buhay, ang dami ng espasyo na kanilang sinasakop ay hindi dapat masyadong limitado. Sa madaling salita, dapat mayroong maximum na minimum na dimensyon ng isang manned spacecraft, sa ibaba kung saan hindi kasama ang posibilidad ng paggamit ng mga biological life support component dito.
Sa isang perpektong kaso, ang buong unang nakaimbak na masa ng mga sangkap, na nilayon para sa suporta sa buhay ng mga tripulante at kasama ang lahat ng nabubuhay na naninirahan, ay dapat lumahok sa sirkulasyon ng mga sangkap sa loob ng space object na ito nang hindi nagpapakilala ng karagdagang masa dito. Kasabay nito, ang ganitong saradong biological na sistema ng suporta sa buhay na may pagbabagong-buhay ng lahat ng mga sangkap na kinakailangan para sa mga tao at isang walang limitasyong oras ng pagpapatakbo ay mas teoretikal ngayon kaysa sa isang praktikal na tunay na sistema, kung isasaisip natin ang mga variant nito na isinasaalang-alang. para sa mga ekspedisyon sa kalawakan sa malapit na hinaharap.
Sa termodinamikong kahulugan (sa mga tuntunin ng enerhiya), ang anumang ecosystem ay hindi maaaring sarado, dahil ang patuloy na pagpapalitan ng enerhiya sa pagitan ng mga buhay na bahagi ng ecosystem at ang nakapalibot na espasyo ay isang kinakailangang kondisyon para sa pagkakaroon nito. Ang Araw ay maaaring magsilbi bilang isang mapagkukunan ng libreng enerhiya para sa biological life support system ng spacecraft sa circumsolar space. Gayunpaman, ang pangangailangan para sa malaking halaga ng enerhiya para sa paggana ng malakihang biological life support system ay nangangailangan ng epektibong teknikal na solusyon sa problema ng patuloy na pagkolekta, konsentrasyon at pagpasok ng solar energy sa isang spacecraft, pati na rin ang kasunod na pagpapalabas ng mababang potensyal na enerhiya sa outer space thermal energy.
Ang isang espesyal na tanong na lumitaw na may kaugnayan sa paggamit ng mga nabubuhay na organismo sa paglipad sa kalawakan ay kung paano sila naaapektuhan ng matagal na kawalan ng timbang? Hindi tulad ng iba pang mga kadahilanan ng paglipad sa kalawakan at kalawakan, ang epekto nito sa mga buhay na organismo ay maaaring gayahin at pag-aralan sa Earth, ang epekto ng kawalan ng timbang ay maaari lamang matukoy nang direkta sa paglipad sa kalawakan.
MGA HALAMAN NA BERDE BILANG BASIC LINK NG BIOLOGICAL LIFE SUPPORT SYSTEMS
Ang mga mas matataas na halamang terrestrial ay itinuturing na pangunahing at pinaka-malamang na elemento ng biological life support system. Ang mga ito ay may kakayahang hindi lamang gumawa ng pagkain na kumpleto ayon sa karamihan ng pamantayan para sa mga tao, kundi pati na rin ang pagbabagong-buhay ng tubig at atmospera. Hindi tulad ng mga hayop, ang mga halaman ay nakakapag-synthesize ng mga bitamina mula sa mga simpleng compound. Halos lahat ng bitamina ay nabuo sa mga dahon at iba pang berdeng bahagi ng halaman.
Ang kahusayan ng biosynthesis ng mas mataas na mga halaman ay natutukoy lalo na ng liwanag na rehimen: na may pagtaas sa kapangyarihan ng liwanag na pagkilos ng bagay, ang intensity ng photosynthesis ay tumataas sa isang tiyak na antas, pagkatapos kung saan ang light saturation ng photosynthesis ay nangyayari. Ang maximum (teoretikal) na kahusayan ng photosynthesis sa sikat ng araw ay 28%. Sa totoong mga kondisyon, para sa mga siksik na pananim na may magandang kondisyon sa paglilinang, maaari itong umabot sa: 15%.
Ang pinakamainam na intensity ng physiological (photosynthetically active) radiation (PAR), na nagsisiguro ng maximum na photosynthesis sa ilalim ng mga artipisyal na kondisyon, ay 150-200 W/m2 (Nichiporovich, 1966). Ang pagiging produktibo ng mga halaman (spring wheat, barley) ay umabot sa 50 g ng biomass bawat araw bawat 1 m2 (hanggang 17 g ng butil bawat 1 m2 bawat araw). Sa iba pang mga eksperimento na isinagawa upang pumili ng mga magaan na rehimen para sa paglilinang ng mga labanos sa mga saradong sistema, ang ani ng mga pananim ng ugat ay hanggang sa 6 kg bawat 1 m 2 sa 22 - 24 na araw na may biological na produktibo hanggang sa 30 g ng biomass (sa dry weight. ) bawat 1 m 2 bawat araw (Lisovsky , Shilenko, 1970). Para sa paghahambing, tandaan namin na sa mga kondisyon sa bukid ang average na pang-araw-araw na produktibidad ng mga pananim ay 10 g bawat 1 m 2.
Ang biocycle: "mas mataas na halaman - tao" ay magiging perpekto para sa suporta sa buhay ng tao kung sa isang pangmatagalang paglipad sa kalawakan posible na masiyahan lamang sa mga protina at taba sa nutrisyon pinagmulan ng halaman at kung matagumpay na mai-mineralize at magamit ng mga halaman ang lahat ng dumi ng tao.
Gayunpaman, hindi malulutas ng space greenhouse ang buong hanay ng mga isyu na itinalaga sa biological life support system. Ito ay kilala, halimbawa, na ang mas mataas na mga halaman ay hindi matiyak ang pakikilahok sa cycle ng isang bilang ng mga sangkap at elemento. Kaya, ang sodium ay hindi natupok ng mga halaman, na iniiwan ang problema ng NaCl (table salt) cycle. Ang pag-aayos ng molecular nitrogen ng mga halaman ay imposible nang walang tulong ng root nodule soil bacteria. Alam din na, alinsunod sa mga physiological na kaugalian ng nutrisyon ng tao na naaprubahan sa USSR, hindi bababa sa kalahati ng pang-araw-araw na pamantayan ng mga protina sa pandiyeta ay dapat na mga protina ng pinagmulan ng hayop, at mga taba ng hayop - hanggang sa 75% ng kabuuang pamantayan ng taba sa diyeta.
Kung ang calorie na nilalaman ng bahagi ng halaman ng diyeta alinsunod sa mga nabanggit na pamantayan ay 65% ng kabuuang nilalaman ng calorie ng diyeta (ang average na calorie na halaga ng pang-araw-araw na rasyon ng pagkain ng isang astronaut sa istasyon ng Salyut-6 ay 3150 kcal ), pagkatapos ay upang makuha ang kinakailangang halaga ng biomass ng halaman, isang greenhouse na may tinatayang lugar ng isang tao na hindi bababa sa 15 - 20 m2. Isinasaalang-alang ang basura ng halaman na hindi ginagamit para sa pagkain (mga 50%), pati na rin ang pangangailangan para sa isang conveyor ng pagkain para sa patuloy na pang-araw-araw na pagpaparami ng biomass, ang aktwal na lugar ng greenhouse ay dapat na tumaas ng hindi bababa sa 2-3 beses.
Ang kahusayan ng isang greenhouse ay maaaring tumaas nang malaki sa karagdagang paggamit ng hindi nakakain na bahagi ng nagreresultang biomass. Mayroong iba't ibang mga paraan upang magamit ang biomass: pagkuha ng mga sustansya sa pamamagitan ng pagkuha o hydrolysis, physico-chemical o biological mineralization, direktang paggamit pagkatapos ng angkop na pagluluto, paggamit sa anyo ng feed ng hayop. Ang pagpapatupad ng mga pamamaraang ito ay nangangailangan ng pagbuo ng naaangkop na karagdagang mga teknikal na paraan at mga gastos sa enerhiya, kaya ang pinakamainam na solusyon ay maaari lamang makuha na isinasaalang-alang ang kabuuang teknikal at mga tagapagpahiwatig ng enerhiya ng ecosystem sa kabuuan.
Sa mga paunang yugto ng paglikha at paggamit ng mga biyolohikal na likidong sumusuporta sa buhay, ang ilang mga isyu ng kumpletong pag-ikot ng mga sangkap ay hindi pa nalulutas; ang bahagi ng mga consumable na sangkap ay kukunin mula sa mga reserbang ibinigay sa spacecraft. Sa mga kasong ito, ipinagkatiwala sa greenhouse ang pag-andar ng pagpaparami ng minimum na kinakailangang halaga ng mga sariwang damo na naglalaman ng mga bitamina. Ang isang greenhouse na may lugar na pagtatanim na 3-4 m2 ay maaaring ganap na matugunan ang mga pangangailangan ng bitamina ng isang tao. Sa ganitong mga ecosystem, batay sa bahagyang paggamit ng biocycle ng mas mataas na mga halaman - mga tao, ang pangunahing pagkarga para sa pagbabagong-buhay ng mga sangkap at ang suporta sa buhay ng mga tripulante ay ginagawa ng mga system na may mga pamamaraan sa pagproseso ng physico-chemical.
Ang tagapagtatag ng praktikal na cosmonautics, S.P. Korolev, ay pinangarap ng isang paglipad sa kalawakan na hindi nakatali sa anumang mga paghihigpit. Tanging ang naturang paglipad, ayon kay S.P. Korolev, ay mangangahulugan ng tagumpay laban sa mga elemento. Noong 1962, bumuo siya ng isang hanay ng mga priyoridad na gawain para sa biotechnology ng kalawakan tulad ng sumusunod: "Kailangan nating simulan ang pagbuo ng "greenhouse ayon kay Tsiolkovsky", na may unti-unting pagtaas ng mga link o mga bloke, at kailangan nating magsimulang magtrabaho sa "mga ani ng espasyo." Ano ang komposisyon ng mga pananim na ito, anong mga pananim? Ang kanilang pagiging epektibo, pagiging kapaki-pakinabang? Reversibility (repeatability) ng mga pananim mula sa iyong sariling mga buto, batay sa pangmatagalang pag-iral ng greenhouse? Anong mga organisasyon ang gagawa ng gawaing ito: sa lugar ng produksyon ng pananim (at mga isyu ng lupa, kahalumigmigan, atbp.), Sa lugar ng mekanisasyon at teknolohiyang "light-heat-solar" at mga sistema ng regulasyon nito para sa mga greenhouse , atbp.?”
Ang pormulasyon na ito ay sumasalamin, sa katunayan, ang pangunahing pang-agham at praktikal na mga layunin at layunin, ang tagumpay at solusyon na dapat tiyakin bago ang isang "greenhouse ayon kay Tsiolkovsky" ay nilikha, ibig sabihin, isang greenhouse na magbibigay sa isang tao ng kinakailangang sariwang pagkain sa panahon ng mahabang paglipad sa kalawakan.pagkain na pinanggalingan ng halaman, pati na rin ang paglilinis ng tubig at hangin. Ang space greenhouse ng hinaharap na interplanetary spacecraft ay magiging mahalagang bahagi ng kanilang disenyo. Sa naturang greenhouse, ang pinakamainam na kondisyon para sa paghahasik, paglago, pag-unlad at pagkolekta ng mas mataas na mga halaman ay dapat ibigay. Ang greenhouse ay dapat ding nilagyan ng mga aparato para sa liwanag na pamamahagi at air conditioning, mga yunit para sa paghahanda, pamamahagi at pagbibigay ng mga solusyon sa nutrisyon, koleksyon ng transpiration moisture, atbp. Ang mga siyentipiko ng Sobyet at dayuhan ay matagumpay na nagtatrabaho sa paglikha ng mga malalaking greenhouse. para sa spacecraft sa malapit na hinaharap.
Ang planta sa kalawakan na lumalaki ngayon ay nasa unang yugto pa rin ng pag-unlad nito at nangangailangan ng bagong espesyal na pananaliksik, dahil maraming mga katanungan na may kaugnayan sa reaksyon ng mas matataas na halaman sa matinding kondisyon ng paglipad sa kalawakan, at higit sa lahat sa mga kondisyon ng kawalan ng timbang, ay nananatiling hindi malinaw. Ang estado ng kawalan ng timbang ay may napakalaking epekto sa maraming mga pisikal na phenomena, sa aktibidad ng buhay at pag-uugali ng mga nabubuhay na organismo, at maging sa pagpapatakbo ng mga kagamitan sa on-board. Ang pagiging epektibo ng impluwensya ng dynamic na kawalan ng timbang ay maaari lamang masuri sa tinatawag na full-scale na mga eksperimento na direktang isinasagawa sa mga istasyon ng orbital space.
Ang mga eksperimento sa mga halaman sa ilalim ng natural na mga kondisyon ay dati nang isinagawa sa mga istasyon ng Salyut at satellite ng serye ng Cosmos (Cosmos-92, 605, 782, 936, 1129, atbp.). Ang partikular na atensyon ay binayaran sa mga eksperimento sa lumalaking mas matataas na halaman. Para sa layuning ito, ginamit ang iba't ibang mga espesyal na aparato, na ang bawat isa ay binigyan ng isang tiyak na pangalan, halimbawa, "Vazon", "Svetoblok", "Fiton", "Biogravistat", atbp. Ang bawat aparato, bilang panuntunan, ay inilaan upang lutasin ang isang problema. Kaya, ang isang maliit na centrifuge na "Biogravistat" ay nagsilbi para sa isang comparative assessment ng mga proseso ng lumalagong mga seedlings sa zero gravity at sa larangan ng centrifugal forces. Sinubukan ng aparatong "Vazon" ang mga proseso ng paglaki ng mga sibuyas bilang suplemento ng bitamina sa diyeta ng mga astronaut. Sa aparatong "Svetoblok", sa unang pagkakataon, isang halaman ng Arabidopsis, na nakatanim sa isang nakahiwalay na silid sa isang artipisyal na nutrient medium, namumulaklak sa ilalim ng mga kondisyon ng zero-gravity, at sa aparatong "Fiton", nakuha ang mga buto ng Arabidopsis. Ang isang mas malawak na hanay ng mga problema ay nalutas sa Oasis research installations, na binubuo ng cultivation, lighting, water supply, sapilitang bentilasyon at mga sistema ng kontrol sa temperatura ng telemetric. Sa pag-install ng "Oasis", ang mga rehimen ng paglilinang na may elektrikal na pagpapasigla ay nasubok sa mga halaman ng gisantes at trigo bilang isang paraan ng pagbabawas ng epekto ng hindi kanais-nais na mga kadahilanan na nauugnay sa kakulangan ng grabidad.
Ang isang bilang ng mga eksperimento na may mas matataas na halaman sa ilalim ng mga kondisyon ng paglipad sa kalawakan ay isinagawa sa USA sa Skylab, Spacelab at sakay ng Columbia (Shuttle).
Maraming mga eksperimento ang nagpakita na ang problema ng lumalagong mga halaman sa mga bagay sa kalawakan sa ilalim ng mga kondisyon na makabuluhang naiiba mula sa mga ordinaryong makalupa ay hindi pa ganap na nalutas. Hindi rin karaniwan, halimbawa, para sa mga kaso kapag ang mga halaman ay tumigil sa paglaki sa generative na yugto ng pag-unlad. Mayroon pa ring malaking halaga ng siyentipikong eksperimento na isasagawa upang bumuo ng teknolohiya ng paglilinang ng mga halaman sa lahat ng yugto ng kanilang paglaki at pag-unlad. Kakailanganin din na bumuo at subukan ang mga disenyo ng mga cultivator ng halaman at mga indibidwal na teknikal na paraan na makakatulong na maalis ang negatibong impluwensya ng iba't ibang mga kadahilanan ng paglipad sa kalawakan sa mga halaman.
Bilang karagdagan sa mga mas matataas na halamang terrestrial, ang mga mas mababang halaman ay isinasaalang-alang din bilang mga elemento ng autotrophic na link ng mga closed ecosystem. Kabilang dito ang mga aquatic phototroph - unicellular algae: berde, asul-berde, diatoms, atbp. Sila ang pangunahing gumagawa ng pangunahing organikong bagay sa mga dagat at karagatan. Ang pinakakilala ay ang freshwater microscopic algae na Chlorella, na ginusto ng maraming siyentipiko bilang pangunahing biological object ng gumagawa ng link ng isang closed space ecosystem.
Ang kultura ng Chlorella ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang bilang ng mga positibong katangian. Sa pamamagitan ng pag-asimilasyon ng carbon dioxide, ang kultura ay naglalabas ng oxygen. Sa masinsinang paglilinang, ang 30–40 litro ng chlorella suspension ay maaaring ganap na matiyak ang gas exchange ng isang tao. Sa kasong ito, nabuo ang biomass, na, sa mga tuntunin ng komposisyon ng biochemical nito, ay katanggap-tanggap para sa paggamit bilang isang additive ng feed, at, na may naaangkop na pagproseso, bilang isang additive sa diyeta ng tao. Ang ratio ng mga protina, taba at carbohydrates sa chlorella biomass ay maaaring mag-iba depende sa mga kondisyon ng paglilinang, na nagbibigay-daan para sa isang kontroladong proseso ng biosynthesis. Ang pagiging produktibo ng masinsinang kultura ng chlorella sa panahon ng paglilinang sa laboratoryo ay umaabot mula 30 hanggang 60 g ng tuyong bagay kada 1 m2 bawat araw. Sa mga eksperimento sa mga espesyal na cultivator ng laboratoryo sa ilalim ng mataas na liwanag, ang ani ng chlorella ay umabot sa 100 g ng dry matter bawat 1 m2 bawat araw. Ang Chlorella ay hindi gaanong apektado ng kawalan ng timbang. Ang mga cell nito ay may matibay na shell na naglalaman ng selulusa at pinaka-lumalaban sa hindi kanais-nais na mga kondisyon pag-iral.
Ang mga disadvantages ng chlorella bilang isang link sa isang artipisyal na ecosystem ay kinabibilangan ng pagkakaiba sa pagitan ng coefficient ng CO 2 assimilation at ang coefficient ng respiration ng tao, ang pangangailangan para sa mas mataas na konsentrasyon ng CO 2 sa gas phase para sa epektibong operasyon ng biological regeneration link, ilang mga pagkakaiba sa mga pangangailangan ng chlorella algae para sa biogenic elemento na may presensya ng mga elementong ito sa mga dumi ng tao, ang pangangailangan para sa espesyal na paggamot ng mga cell ng chlorella upang makamit ang biomass digestibility. Unicellular algae sa pangkalahatan (sa partikular, Chlorella), hindi tulad ng mas matataas na halaman, kulang sa mga regulatory device at para sa maaasahan epektibong paggana sa kultura ay nangangailangan ng awtomatikong kontrol ng proseso ng biosynthesis.
Ang pinakamataas na halaga ng kahusayan sa mga eksperimento para sa lahat ng uri ng algae ay nasa hanay mula 11 hanggang 16% (ang teoretikal na kahusayan ng paggamit ng magaan na enerhiya ng microalgae ay 28%). Gayunpaman, ang mataas na produktibidad ng pananim at mababang pagkonsumo ng enerhiya ay karaniwang magkasalungat na mga kinakailangan, dahil ang pinakamataas na mga halaga ng kahusayan ay nakakamit sa medyo mababang optical densidad ng pananim.
Sa kasalukuyan, ang unicellular alga Chlorella, gayundin ang ilang iba pang uri ng microalgae (Scenedesmus, Spirulina, atbp.) ay ginagamit bilang modelo ng mga biological na bagay ng autotrophic na link ng mga artipisyal na ecosystem.
MGA ACHIEVEMENT AT PROSPECT
Sa akumulasyon ng praktikal na karanasan sa pag-aaral at pagbuo ng malapit sa Earth space, ang mga programa sa pananaliksik sa kalawakan ay nagiging mas kumplikado. Kinakailangang lutasin ang mga pangunahing isyu ng pagbuo ng mga biological life-support system para sa hinaharap na pangmatagalang misyon sa kalawakan ngayon, dahil ang mga pang-agham na eksperimento na isinagawa sa mga bahagi ng biological life-support system ay nailalarawan sa pamamagitan ng mahabang tagal mula sa simula hanggang sa huling nakuha ang resulta. Ito ay dahil, sa partikular, sa medyo matagal na mga siklo ng pag-unlad na may layunin na umiiral sa maraming mga buhay na organismo na pinili bilang mga link sa mga biological na sistema ng suporta sa buhay, pati na rin ang pangangailangan na makakuha ng maaasahang impormasyon sa mga pangmatagalang kahihinatnan ng trophic at iba pang mga koneksyon ng biolinks, na para sa mga buhay na organismo ay karaniwang makikita lamang sa mga susunod na henerasyon. Wala pang mga paraan para mapabilis ang mga naturang biological na eksperimento. Ito ang tiyak na pangyayari na nangangailangan ng paglulunsad ng mga eksperimento upang pag-aralan ang mga proseso ng enerhiya at mass transfer sa mga biological life-support system, kabilang ang mga tao, nang mas maaga.
Malinaw na ang mga pangunahing isyu ng paglikha ng mga biological life support system para sa mga crew ng kalawakan ay dapat munang ayusin at lutasin sa mga kondisyon sa lupa. Para sa mga layuning ito, nilikha at ginagawa ang mga espesyal na sentrong teknikal at medikal-biyolohikal, kabilang ang makapangyarihang mga base ng pananaliksik at pagsubok, malalaking volume na mga silid na may presyon, mga stand na tinutulad ang mga kondisyon ng paglipad sa kalawakan, atbp. Sa kumplikadong mga eksperimentong nakabatay sa lupa na isinasagawa sa may presyon mga silid na may partisipasyon ng mga grupo ng mga tagasubok, Natutukoy ang pagiging tugma ng mga system at mga link sa isa't isa at sa mga tao, ang katatagan ng mga biological na link sa isang mahabang gumaganang artipisyal na ekosistema ay nilinaw, ang pagiging epektibo at pagiging maaasahan ng mga desisyon na ginawa ay tinasa, at ang isang pagpipilian ng isang biological na opsyon sa suporta sa buhay ay ginawa para sa huling malalim na pag-aaral nito kaugnay sa isang partikular na bagay sa kalawakan o paglipad.
Noong 60s at 70s, ang isang bilang ng mga natatanging pang-agham na eksperimento ay isinagawa sa USSR na naglalayong lumikha ng mga biological life support system para sa mga crew ng artipisyal na ecosystem ng espasyo. Noong Nobyembre 1968, isang pang-matagalang (taong-haba) na eksperimento na may pakikilahok ng tatlong tester ay nakumpleto sa USSR. Ang mga pangunahing layunin nito ay upang subukan at subukan ang mga teknikal na paraan at teknolohiya ng isang pinagsama-samang sistema ng suporta sa buhay batay sa physico-kemikal na pamamaraan ng pagbabagong-buhay ng mga sangkap at isang biological na paraan ng muling pagdadagdag ng mga pangangailangan ng tao para sa mga bitamina at hibla kapag naglilinang ng mga berdeng pananim sa isang greenhouse. Ang eksperimentong ito, ang nahasik na lugar ng greenhouse ay 7, 5 m2 lamang, ang pagiging produktibo ng biomass bawat tao ay may average na 200 g bawat araw. Kasama sa hanay ng mga pananim ang Khibiny cabbage, borage, watercress at dill.
Sa panahon ng eksperimento, ang posibilidad ng normal na paglilinang ng mas mataas na mga halaman sa isang saradong dami na may presensya ng tao sa loob nito at ang paulit-ulit na paggamit ng transpiration na tubig nang walang pagbabagong-buhay nito para sa patubig ng substrate ay itinatag. Sa greenhouse, ang bahagyang pagbabagong-buhay ng mga sangkap ay isinasagawa, na tinitiyak ang isang minimum na paghihigpit ng pagkain at oxygen - sa pamamagitan ng 3 - 4%.
Noong 1970, sa Exhibition of Economic Achievements ng USSR, ipinakita ang isang eksperimentong modelo ng isang life support system, na ipinakita ng All-Union Scientific Research Biotechnical Institute ng Glavmicrobioprom ng USSR at nilayon upang matukoy ang pinakamainam na komposisyon ng isang complex ng mga biotechnical unit at ang kanilang operating mode. Ang sistema ng suporta sa buhay ng mock-up ay idinisenyo upang matugunan ang mga pangangailangan ng tatlong tao para sa tubig, oxygen at sariwang mga produkto ng halaman para sa isang walang limitasyong tagal ng panahon. Ang pangunahing mga bloke ng pagbabagong-buhay sa system ay kinakatawan ng isang algae cultivator na may kapasidad na 50 l at isang greenhouse na may kapaki-pakinabang na lugar na halos 20 m2 (Larawan 3). Ang pagpaparami ng mga produktong pagkain ng hayop ay ipinagkatiwala sa magsasaka ng manok.
 kanin. 3. Panlabas ng greenhouse |
Ang isang serye ng mga eksperimentong pag-aaral ng mga ecosystem kabilang ang mga tao ay isinagawa sa Institute of Physics ng Siberian Branch ng USSR Academy of Sciences. Ang isang eksperimento na may dalawang-link na sistema na "man - microalgae" (chlorella) na tumatagal ng 45 araw ay naging posible na pag-aralan ang paglipat ng masa sa pagitan ng mga link ng system at ng kapaligiran at makamit ang isang pangkalahatang pagsasara ng cycle ng mga sangkap na katumbas ng 38% (pagbabagong-buhay ng atmospera at tubig).
Ang eksperimento sa isang three-link system na "tao - mas mataas na halaman - microalgae" ay isinagawa sa loob ng 30 araw. Ang layunin ay pag-aralan ang pagiging tugma ng mga tao na may mas matataas na halaman sa ilalim ng ganap na saradong palitan ng gas at bahagyang saradong pagpapalitan ng tubig. Kasabay nito, sinubukang isara ang food chain sa pamamagitan ng biomass ng halaman (gulay). Ang mga resulta ng eksperimento ay nagpakita ng kawalan ng mutual inhibitory na impluwensya ng mga link ng system sa pamamagitan ng pangkalahatang kapaligiran sa panahon ng eksperimento. Ang pinakamababang lugar ng pagtatanim para sa tuluy-tuloy na pananim ng gulay ay natukoy upang ganap na matugunan ang mga pangangailangan ng isang tao para sa sariwang gulay sa ilalim ng napiling rehimen ng pagtatanim (2.5 - 3 m2).
Sa pagpapakilala ng ika-apat na link sa system - isang microbial cultivator na idinisenyo upang iproseso ang basura ng halaman na hindi pagkain at ibalik ito sa system, nagsimula ang isang bagong eksperimento sa isang tao na tumatagal ng 73 araw. Sa panahon ng eksperimento, ang palitan ng gas ng mga yunit ay ganap na sarado, ang pagpapalitan ng tubig ay halos ganap na sarado (hindi kasama ang mga sample para sa pagsusuri ng kemikal), at ang pagpapalitan ng pagkain ay bahagyang sarado. Sa panahon ng eksperimento, ang isang pagkasira sa pagiging produktibo ng mas mataas na mga halaman (trigo) ay ipinahayag, na ipinaliwanag sa pamamagitan ng akumulasyon ng mga metabolite ng halaman o kasamang microflora sa nutrient medium. Napagpasyahan na hindi naaangkop na magpasok ng isang link ng mineralization para sa mga solidong dumi ng tao sa system batay sa mga teknikal at pang-ekonomiyang tagapagpahiwatig ng apat na link na biological system.
Noong 1973, isang anim na buwang eksperimento ang nakumpleto sa suporta sa buhay ng isang tripulante ng tatlong tao sa isang saradong ecosystem na may kabuuang dami na humigit-kumulang 300 m 3, na kasama, bilang karagdagan sa mga tester, mga link ng mas mataas at mas mababang mga halaman. Ang eksperimento ay isinagawa sa tatlong yugto. Sa unang yugto, na tumagal ng dalawang buwan, lahat ng pangangailangan ng oksiheno at tubig ng mga tripulante ay natugunan ng mas matataas na halaman, na kinabibilangan ng trigo, beets, carrots, dill, turnips, kale, labanos, pipino, sibuyas at kastanyo. Ang wastewater mula sa domestic compartment ay ibinibigay sa daluyan ng paglaki ng trigo. Ang mga solid at likidong pagtatago ng mga tripulante ay inalis mula sa may presyon ng dami hanggang sa labas. Ang mga pangangailangan sa nutrisyon ng mga tripulante ay nasiyahan sa bahagi ng mas matataas na halaman, at isang bahagi ng mga dehydrated na pagkain mula sa mga reserba. Araw-araw, 1953 g ng biomass (sa tuyong timbang), kabilang ang 624 g ng nakakain, ay na-synthesize sa mas mataas na mga halaman mula sa isang planting area na humigit-kumulang 40 m2, na nagkakahalaga ng 30% ng kabuuang pangangailangan ng mga tripulante. Kasabay nito, ang mga pangangailangan ng oxygen ng tatlong tao ay ganap na natugunan (mga 1500 litro bawat araw). Ang pagsasara ng sistema ng "tao - mas mataas na halaman" sa yugtong ito ay 82%.
Sa ikalawang yugto ng eksperimento, ang bahagi ng greenhouse ay pinalitan ng isang link ng mas mababang mga halaman - chlorella. Ang mga pangangailangan ng mga tripulante para sa tubig at oxygen ay nasiyahan sa pamamagitan ng mas mataas na (mga pananim na trigo at gulay) at mas mababang mga halaman, ang mga likidong pagtatago ng mga tripulante ay ipinadala sa isang algae reactor, at ang mga solidong pagtatago ay pinatuyo upang ibalik ang tubig sa cycle. Ang mga pagkain ng tripulante ay isinagawa nang katulad sa unang yugto. Ang isang pagkasira sa paglago ng trigo ay ipinahayag dahil sa pagtaas ng dami ng basurang tubig na ibinibigay sa nutrient medium bawat yunit ng lugar ng pagtatanim, na nabawasan ng kalahati.
Sa ikatlong yugto, ang mga pananim na gulay lamang ang naiwan sa mas mataas na seksyon ng mga halaman, at ang pangunahing pag-load para sa pagbabagong-buhay ng kapaligiran ng hermetic volume ay isinagawa ng algae reactor. Walang naidagdag na basurang tubig sa nutrient solution ng halaman. Gayunpaman, sa yugtong ito ng eksperimento, natuklasan ang pagkalasing ng mga halaman sa kapaligiran ng hermetic volume. Ang pagsasara ng sistema, kabilang ang chlorella, na gumagamit ng mga likidong pagtatago ng tao, ay tumaas sa 91%.
Sa panahon ng eksperimento, ang espesyal na pansin ay binayaran sa isyu ng pagpantay-pantay ng pansamantalang pagbabagu-bago sa pagpapalitan ng mga exometabolite ng mga tripulante. Para sa layuning ito, namuhay ang mga tester ayon sa isang iskedyul na nagsisiguro ng pagpapatuloy ng pamamahala ng ecosystem at pagkakapareho ng antas ng mass transfer sa panahon ng autonomous na pagkakaroon ng ecosystem. Sa loob ng 6 na buwan ng eksperimento, mayroong 4 na tester sa system, ang isa sa kanila ay patuloy na naninirahan dito, at tatlo - sa loob ng 6 na buwan bawat isa, na pinapalitan ayon sa isang iskedyul.
Ang pangunahing resulta ng eksperimento ay patunay ng posibilidad ng pagpapatupad ng isang biological life support system, autonomously controlled mula sa loob, sa isang limitadong nakapaloob na espasyo. Ang pagsusuri sa pisyolohikal, biochemical at teknolohikal na pag-andar ng mga paksa ng pagsubok ay hindi nagpahayag ng anumang mga pagbabago sa direksyon na dulot ng kanilang pananatili sa artipisyal na ecosystem.
Noong 1977, isang apat na buwang eksperimento ang isinagawa sa Institute of Physics ng Siberian Branch ng USSR Academy of Sciences na may isang artipisyal na saradong ecosystem na "man - higher plants". Ang pangunahing gawain ay upang makahanap ng isang paraan upang mapanatili ang pagiging produktibo ng mas mataas na mga halaman sa isang saradong ecosystem. Kasabay nito, pinag-aralan din ang posibilidad ng pagtaas ng pagsasara ng sistema sa pamamagitan ng pagtaas ng proporsyon ng rasyon ng pagkain ng mga tripulante na maaaring kopyahin dito. Dalawang tester ang lumahok sa eksperimento (tatlong tester sa unang 27 araw). Ang nahasik na lugar ng phytotron ay halos 40 m2. Kasama sa hanay ng mga pananim ng mas matataas na halaman ang trigo, chufa, beets, karot, labanos, sibuyas, dill, kale, pipino, patatas at kastanyo. Sa eksperimento, ang sapilitang sirkulasyon ng panloob na kapaligiran ay inayos kasama ang contour na "living compartment - phytotrons (greenhouse) - living compartment." Ang eksperimento ay isang pagpapatuloy ng nakaraang eksperimento na may saradong ecosystem "tao - mas mataas na halaman - mas mababang halaman".
Sa panahon ng eksperimento, ang unang yugto kung saan muling ginawa ang mga kondisyon ng nauna, isang pagbawas sa photosynthesis ng halaman ay ipinahayag, na nagsimula sa ika-5 araw at tumagal ng hanggang 24 na araw. Susunod, ang thermocatalytic purification ng atmospera ay naka-on (pagkatapos ng pagkasunog ng naipon na nakakalason na mga impurities ng gas), bilang isang resulta kung saan ang epekto ng pagbabawal ng kapaligiran sa mga halaman ay tinanggal at ang photosynthetic productivity ng phytotrons ay naibalik. Dahil sa karagdagang carbon dioxide na nakuha mula sa nasusunog na dayami at selulusa, ang reproducible na bahagi ng diyeta ng mga tripulante ay nadagdagan sa 60% ng timbang (hanggang sa 52% ng calorie na nilalaman).
Ang palitan ng tubig sa sistema ay bahagyang sarado: ang pinagmumulan ng inumin at bahagyang sanitary na tubig ay ang condensate ng transpiration moisture ng halaman, isang nutrient medium na may pagdaragdag ng basurang tubig sa bahay ay ginamit upang patubigan ang trigo, at ang balanse ng tubig ay pinananatili sa pamamagitan ng pagpapakilala distilled water sa mga dami na kabayaran para sa pag-alis ng mga likidong dumi ng tao mula sa system.
Sa pagtatapos ng eksperimento, walang nakitang negatibong reaksyon ng mga katawan ng mga tester sa mga kumplikadong epekto ng mga kondisyon ng saradong sistema. Ang mga halaman ay ganap na nagbigay sa mga tagasubok ng oxygen, tubig at ang pangunahing bahagi ng pagkain ng halaman.
Gayundin noong 1977, natapos ang isang buwan at kalahating eksperimento sa dalawang paksa ng pagsubok sa Institute of Medical and Biological Problems ng USSR Ministry of Health. Ang eksperimento ay isinagawa upang pag-aralan ang isang closed ecosystem na modelo na may kasamang greenhouse at chlorella installation.
Ang mga eksperimento na isinagawa ay nagpakita na kapag isinasagawa ang biological na pagbabagong-buhay ng atmospera at tubig sa isang artipisyal na ekosistema sa tulong ng mga berdeng halaman, ang mas mababang mga halaman (chlorella) ay may higit na biological na pagkakatugma sa mga tao kaysa sa mas mataas. Ito ay kasunod ng katotohanan na ang kapaligiran ng living compartment at mga emisyon ng tao ay negatibong nakakaapekto sa pag-unlad ng mas mataas na mga halaman at ilang karagdagang pisikal at kemikal na paggamot sa hangin na pumapasok sa greenhouse ay kinakailangan.
Sa ibang bansa, ang gawaing naglalayong lumikha ng mga promising life-support system ay pinakamasinsinang isinasagawa sa United States. Isinasagawa ang pananaliksik sa tatlong direksyon: teoretikal (pagtukoy sa istraktura, komposisyon at mga katangian ng disenyo), pang-eksperimentong lupa (pagsubok ng mga indibidwal na biological link) at pang-eksperimentong paglipad (paghahanda at pagsasagawa ng mga biological na eksperimento sa manned spacecraft). Ang mga sentro at kumpanya ng NASA na bumubuo ng spacecraft at mga sistema para sa kanila ay nagtatrabaho sa problema ng paglikha ng mga biological na sistema ng suporta sa buhay. Maraming mga pag-aaral sa hinaharap ang nagsasangkot ng mga unibersidad. Ang NASA ay lumikha ng isang biosystems department na nag-coordinate ng trabaho sa programa para sa paglikha ng isang kinokontrol na biotechnical life-support system.
Ang proyekto upang lumikha ng isang engrande artipisyal na istraktura, na tinatawag na "Biosphere-2". Ang istraktura ng salamin, bakal at kongkreto na ito ay isang ganap na selyadong dami na katumbas ng 150,000 m 3 at sumasaklaw sa isang lugar na 10,000 m 2. Ang buong volume ay nahahati sa mga malalaking compartment kung saan nabuo ang mga pisikal na modelo ng iba't ibang klimatiko zone ng Earth, kabilang ang isang tropikal na kagubatan, tropikal na savanna, lagoon, mababaw at malalim na mga sona ng karagatan, disyerto, atbp. Ang "Biosphere-2" ay nagtataglay din ng mga tirahan para sa mga tester, laboratoryo, workshop, agricultural greenhouse at fish pond, waste processing system at iba pang kailangan para sa buhay ng mga tao na nagseserbisyo sa mga sistema at teknikal na paraan. Ang mga salamin na kisame at dingding ng mga kompartamento ng Biosphere-2 ay dapat tiyakin ang daloy ng nagniningning na solar energy sa mga naninirahan dito, na magsasama ng walong boluntaryong tester sa unang dalawang taon. Kailangan nilang patunayan ang posibilidad ng aktibong buhay at aktibidad sa mga nakahiwalay na kondisyon batay sa panloob na sirkulasyon ng biosphere ng mga sangkap.
Ang Institute of Ecotechnics, na nanguna sa paglikha ng Biosphere-2 noong 1986, ay nagpaplano na kumpletuhin ang pagtatayo nito sa taong ito. Maraming respetadong siyentipiko at teknikal na espesyalista ang sumali sa proyekto.
Sa kabila ng malaking halaga ng trabaho (hindi bababa sa 30 milyong dolyar), ang pagpapatupad ng proyekto ay gagawing posible na magsagawa ng natatanging siyentipikong pananaliksik sa larangan ng ekolohiya at biosphere ng Earth, upang matukoy ang posibilidad ng paggamit ng mga indibidwal na elemento ng "Biosphere -2” sa iba't ibang sektor ng ekonomiya (biological purification at water regeneration, hangin at pagkain). "Kailanganin ang gayong mga istruktura para sa paglikha ng mga pamayanan sa kalawakan, at marahil para sa pangangalaga ng ilang uri ng mga nilalang sa Earth," sabi ng US astronaut na si R. Schweickart.
Ang praktikal na kabuluhan ng mga nabanggit na eksperimento ay nakasalalay hindi lamang sa paglutas ng mga indibidwal na isyu ng paglikha ng mga closed space ecosystem na kinabibilangan ng mga tao. Ang mga resulta ng mga eksperimentong ito ay hindi gaanong mahalaga para sa pag-unawa sa mga batas ng ekolohiya at mga medikal at biyolohikal na pundasyon ng pag-angkop ng tao sa matinding mga kondisyon sa kapaligiran, paglilinaw ng mga potensyal na kakayahan ng mga biological na bagay sa intensive cultivation mode, pagbuo ng walang basura at environment friendly na mga teknolohiya upang matugunan ang mga pangangailangan ng tao para sa de-kalidad na pagkain, tubig at hangin sa mga artipisyal na nakahiwalay na mga istrukturang tinatahanan (mga pamayanan sa ilalim ng tubig, mga istasyon ng polar, mga nayon ng mga geologist sa Far North, mga istruktura ng depensa, atbp.).
Sa hinaharap, maiisip natin ang buong walang basura at environment friendly na mga lungsod. Halimbawa, ang direktor ng International Institute for Systems Analysis, C. Marchetti, ay naniniwala: “Ang ating sibilisasyon ay mabubuhay nang mapayapa, at, bukod pa rito, sa mga kondisyong mas mahusay kaysa sa kasalukuyan, na nakakulong sa mga isla na lungsod na ganap na nagsasarili. sapat, hindi umaasa sa mga pagbabago ng kalikasan, hindi nangangailangan ng anumang likas na yaman.” hilaw na materyales, hindi sa likas na enerhiya o garantisadong mula sa polusyon.” Idagdag pa natin na nangangailangan ito ng katuparan ng isang kundisyon lamang: ang pag-iisa ng mga pagsisikap ng buong sangkatauhan sa mapayapang gawaing malikhain sa Earth at sa kalawakan.
KONGKLUSYON
Ang matagumpay na solusyon sa problema ng paglikha ng malalaking artipisyal na ecosystem, kabilang ang mga tao at batay sa isang ganap o bahagyang saradong biological cycle ng mga sangkap, ay napakahalaga hindi lamang para sa karagdagang pag-unlad ng astronautics. Sa isang panahon kung saan "na may ganoong nakakatakot na kalinawan nakita namin na ang pangalawang harap, ang kapaligiran, ay papalapit sa harap ng banta sa espasyo ng nukleyar at sumasali dito" (mula sa talumpati ng Ministro ng Panlabas ng USSR na si E. A. Shevardnadze sa ika-43 na sesyon ng ang General Assembly UN Assembly), ang isa sa mga tunay na paraan sa paparating na krisis sa kapaligiran ay ang paglikha ng halos walang basura at environment friendly na intensive agro-industrial na teknolohiya, na dapat ay nakabatay sa biological cycle ng mga substance at mas mahusay na paggamit. ng solar energy.
Pinag-uusapan natin ang isang panimula na bagong pang-agham at teknikal na problema, ang mga resulta nito ay maaaring maging napakahalaga para sa proteksyon at pangangalaga ng kapaligiran, ang pag-unlad at malawakang paggamit ng mga bagong masinsinang at walang basurang biotechnologies, ang paglikha ng autonomous na awtomatiko at robotic complexes para sa produksyon ng biomass ng pagkain, ang solusyon ng food program sa mataas na antas.modernong siyentipiko at teknikal na antas. Ang kosmiko ay hindi mapaghihiwalay mula sa makalupa, samakatuwid, kahit na ngayon ang mga resulta ng mga programa sa kalawakan ay may makabuluhang pang-ekonomiya at panlipunang epekto sa iba't ibang lugar ng pambansang ekonomiya.
Ang kalawakan ay nagsisilbi at dapat maglingkod sa mga tao.
PANITIKAN
Blinkin S. A., Rudnitskaya T.V. Nasa paligid natin ang mga phytoncides. – M.: Kaalaman, 1981.
Gazenko O. G., Pestov I. D., Makarov V. I. Sangkatauhan at espasyo. – M.: Nauka, 1987.
Lumalaki ang halaman ng Dadykin V.P. Space. – M.: Kaalaman, 1968.
Dazho R. Mga Batayan ng ekolohiya. – M.: Pag-unlad, 1975.
Sarado na sistema: tao - mas mataas na mga halaman (apat na buwang eksperimento) / Ed. G. M. Lisovsky. – Novosibirsk-Nauka, 1979.
Cosmonautics. Encyclopedia. / Ed. V. P. Glushko - M.: Soviet Encyclopedia, 1985.
Lapo A.V. Mga bakas ng mga nakaraang biosphere. – M.: Kaalaman, 1987.
Nichiporovich A. A. Episyente ng berdeng dahon. – M.: Kaalaman 1964.
Mga batayan ng space biology at gamot. / Ed. O G Gazenko (USSR) at M. Calvin (USA). – T. 3 – M.: Nauka, 1975.
Plotnikov V.V. Sa sangang-daan ng ekolohiya. – M.: Mysl, 1985
Sytnik K. M., Brion A. V., Gordetsky A. V. Biosphere, ekolohiya, pangangalaga ng kalikasan. – Kyiv: Naukova Dumka, 1987.
Mga eksperimental na sistema ng ekolohiya kabilang ang mga tao / Ed. V. N. Chernigovsky. – M.: Nauka, 1975
Yazdovsky V.I. Artipisyal na biosphere. – M.: Nauka, 1976
Aplikasyon
SPACE TOURISM
V. P. MIKHAILOV
Sa konteksto ng pag-unlad ng turismo na nagsimula sa lahat ng dako noong 60s, binigyang pansin ng mga eksperto ang posibilidad ng paglalakbay sa kalawakan para sa mga layunin ng turismo.
Ang turismo sa kalawakan ay umuunlad sa dalawang direksyon. Ang isa sa kanila ay puro terrestrial - walang mga flight sa kalawakan. Ang mga turista ay bumibisita sa mga makalupang bagay - mga cosmodrome, flight control center, "star" na mga bayan, mga negosyo para sa pagpapaunlad at paggawa ng mga elemento ng teknolohiya sa espasyo, at dumalo at nagmamasid sa paglulunsad ng lumilipad na spacecraft at paglulunsad ng mga sasakyan.
Ang turismo sa kalawakan na nakabatay sa lupa ay nagsimula noong Hulyo 1966, nang isinaayos ang mga unang bus tour ng mga pasilidad ng paglulunsad ng NASA sa Cape Kennedy. Noong unang bahagi ng 70s, binisita ng mga turista sa pamamagitan ng bus ang site ng complex No. 39, kung saan inilunsad ang mga astronaut sa kanilang paglipad sa Buwan, ang vertical assembly building (isang hangar na higit sa 100 m ang taas), kung saan na-assemble ang Saturn-V launch vehicle. at nasubok at ang spacecraft ay nakadaong sa Apollo ship, ang paradahan ng natatanging sinusubaybayang chassis na naghahatid ng sasakyang panglunsad sa launch pad, at marami pang iba. Sa isang espesyal na bulwagan ng sinehan ay nanood sila ng mga newsreels ng mga kaganapan sa kalawakan. Sa oras na iyon, hanggang sa 6-7 libong mga turista ang nagsagawa ng gayong iskursiyon araw-araw sa tag-araw, at mga 2 libo sa mababang panahon.
Sa simula pa lamang, ang gayong mga pamamasyal ay nakakuha ng malawak na katanyagan. Noong 1971, naitala ang kanilang ika-apat na milyong kalahok. Sa ilang paglulunsad (halimbawa, sa Buwan), daan-daang libo ang bilang ng mga turista.
Ang isa pang direksyon ay direktang turismo sa espasyo. Bagama't ngayon ito ay nasa simula pa lamang, ang mga prospect nito ay malawak. Bilang karagdagan sa puro turista na aspeto, dapat isaalang-alang ang estratehiko at pang-ekonomiyang aspeto.
Ang estratehikong aspeto ay nakasalalay sa posibleng bahagyang pag-areglo ng sangkatauhan sa loob ng solar system. Siyempre, ito ay isang bagay ng malayong hinaharap. Ang pag-aayos ay magaganap sa daan-daang taon at millennia. Ang isang tao ay dapat masanay na manirahan sa kalawakan, manirahan dito, makaipon ng ilang karanasan - maliban kung, siyempre, anumang terrestrial o cosmic cataclysms ang nangyari, kapag ang prosesong ito ay kailangang mapabilis. At ang turismo sa kalawakan ay isang magandang modelo para sa paggawa ng prosesong ito. Sa kabilang banda, ang karanasan sa pagtiyak ng buhay ng tao sa kalawakan, na naipon sa paglalakbay ng turista, pamilyar sa mga kagamitan at mga aparatong pangsuporta sa buhay sa kalawakan ay magbibigay-daan sa isang tao na mabuhay at magtrabaho nang mas matagumpay sa Earth sa mga kondisyon ng pagkasira ng kapaligiran, at gumamit ng espasyo. -based na "earthed" na mga teknikal na paraan at sistema.
Ang pang-ekonomiyang aspeto ng turismo sa kalawakan ay napakahalaga din para sa mga astronautika. Ang ilang mga eksperto ay nakikita ang turismo sa kalawakan, na nakatuon sa paggamit ng mga personal na pondo ng mga turista sa kalawakan, bilang isang makabuluhang mapagkukunan ng pagpopondo para sa mga programa sa kalawakan. Sa kanilang opinyon, ang pagtaas ng daloy ng kargamento sa kalawakan bilang resulta ng turismo sa kalawakan ng 100 beses kumpara sa kasalukuyang isa (na makatotohanan) ay, sa turn, ay magbabawas sa tiyak na halaga ng paglulunsad ng isang yunit ng kargamento ng 100 - 200 beses para sa buong cosmonautics sa kabuuan nang hindi nagsasangkot ng karagdagang pamumuhunan ng pamahalaan.
Ayon sa mga eksperto, ang taunang paggasta ng sangkatauhan sa turismo ay humigit-kumulang 200 bilyong pounds. Art. Sa mga darating na dekada, ang turismo sa kalawakan ay maaaring account para sa 5% ng figure na ito, ibig sabihin, £10 bilyon. Art. Ito ay pinaniniwalaan na kung ang gastos ng isang paglilibot sa kalawakan ay mahusay na balanse at sa parehong oras sapat na mataas na kaligtasan ng paglipad ay natiyak (maihahambing sa hindi bababa sa antas ng kaligtasan ng paglipad sa isang modernong pampasaherong jet airliner), kung gayon mga 100 milyong tao ang magsasabi isang pagnanais na gumawa ng isang paglalakbay sa kalawakan sa mga darating na dekada. Ayon sa iba pang mga pagtatantya, ang daloy ng mga turista sa kalawakan ay aabot sa 100 libong tao taun-taon sa pamamagitan ng 2025, at sa susunod na 50 taon ang bilang ng mga tao na nasa kalawakan ay aabot sa humigit-kumulang 120 milyong katao.
Magkano ang magagastos sa isang paglilibot sa kalawakan sa mga araw na ito? Tantyahin natin ang pinakamataas na limitasyon ng "tour package". Sa USSR, ang pagsasanay sa isang astronaut ay nagkakahalaga ng halos 1 milyong rubles, ang isang serial launch na sasakyan ay nagkakahalaga ng 2-3 milyong rubles, ang isang two-seat spacecraft ay nagkakahalaga ng 7-8 milyong rubles. Kaya, ang isang "flight para sa dalawa" ay humigit-kumulang 11-13 milyong rubles, hindi binibilang ang tinatawag na suporta sa lupa. Ang figure na ito ay maaaring makabuluhang bawasan kung ang spacecraft ay idinisenyo sa isang purong bersyon ng turista: hindi pinupunan ito ng mga kumplikadong kagamitang pang-agham, sa gayon ay tumataas ang bilang ng mga pasahero, naghahanda sa kanila para sa paglipad hindi ayon sa programa ng astronaut, ngunit ayon sa isang mas simple. , atbp. Ito ay magiging kawili-wiling upang matukoy ang halaga ng isang paglipad ng turista nang mas tumpak, ngunit ito ay dapat gawin. mga ekonomista sa larangan ng rocket at space technology.
Mayroong iba pang mga paraan upang mabawasan ang gastos ng paglipad ng turista sa kalawakan. Isa na rito ang paglikha ng isang espesyal na reusable tourist ship. Naniniwala ang mga optimist na ang halaga ng isang paglipad sa pangalawa at pangatlong henerasyon na mga sasakyang pang-transportasyon sa kalawakan ay maihahambing sa halaga ng isang paglipad sa isang pampasaherong jet, na magpapasiya sa mass space tourism. Gayunpaman, iminumungkahi ng mga eksperto na ang halaga ng paglilibot para sa mga unang turista ay magiging humigit-kumulang $1 milyon. Sa mga susunod na dekada, mabilis itong bababa at aabot sa $100 libo. Habang ang pinakamainam na saturated na imprastraktura ng turismo sa kalawakan, kabilang ang isang fleet ng spacecraft, ay nakakamit , mga hotel sa mga orbit ng Earth at sa Buwan, patuloy na paggawa ng mga kagamitan sa turista, pagsasanay sa mga hakbang sa kaligtasan, atbp., sa mga kondisyon ng mass turismo, ang halaga ng paglilibot ay bababa sa 2 libong dolyar. Nangangahulugan ito na ang ang halaga ng paglulunsad ng isang payload sa kalawakan ay hindi dapat higit 20 dolyares/kg. Sa kasalukuyan ang figure na ito ay 7-8 thousand.
Marami pa ring mga paghihirap at hindi nalutas na mga problema sa landas ng turismo sa kalawakan. Gayunpaman, ang turismo sa kalawakan ay isang katotohanan at isang 21st milestone. Samantala, 260 katao mula sa sampung bansa ang nag-ambag na ng pera sa isa sa mga organisasyong Amerikano na nagsimulang magtrabaho sa direksyong ito para sa pagbuo at pagpapatupad ng isang paglipad ng turista sa kalawakan. Ang ilang mga ahensya sa paglalakbay sa Amerika ay nagsimulang magbenta ng mga tiket para sa unang paglipad ng turista sa Earth-to-Moon. Bukas ang petsa ng pag-alis. Ito ay itatatak sa tiket, pinaniniwalaan, sa loob ng 20 hanggang 30 taon.
Ngunit ang mga Amerikano ay hindi ang una dito. Noong 1927, naganap ang unang internasyonal na eksibisyon ng spacecraft sa Tverskaya Street sa Moscow. Nag-compile ito ng mga listahan ng mga gustong lumipad sa Buwan o Mars. Nagkaroon ng maraming mga tao na interesado. Marahil ang ilan sa kanila ay hindi pa nawawalan ng pag-asa na makapunta sa unang paglalakbay ng turista sa kalawakan.
CHRONICLE OF COSMONAUtics*
* Ipinagpatuloy (tingnan ang Blg. 3, 1989). Batay sa mga materyales mula sa iba't ibang mga ahensya ng balita at ang mga peryodiko ay nagbibigay ng data sa paglulunsad ng ilang artipisyal na Earth satellite (AES), simula noong Nobyembre 15, 1989. Ang mga paglulunsad ng Cosmos satellite ay hindi nakarehistro. Regular silang iniuulat, halimbawa, ng journal Nature, at tinutukoy namin ang mga interesadong mambabasa. Ang isang hiwalay na apendiks ay nakatuon sa mga manned space flight.
NOONG NOBYEMBRE 15, 1988, ang unang pagsubok na paglulunsad ng unibersal na rocket at space transport system na "Energia" kasama ang magagamit muli na spacecraft na "Buran" ay isinagawa sa Unyong Sobyet. Matapos makumpleto ang isang two-orbit unmanned flight, matagumpay na nakarating ang Buran orbital vehicle sa awtomatikong mode sa landing strip ng Baikonur Cosmodrome. Ang barkong Buran ay itinayo ayon sa disenyo ng isang tailless na sasakyang panghimpapawid na may delta wing ng variable sweep. May kakayahang gumawa ng kontroladong pagbaba sa kapaligiran na may lateral na maniobra hanggang 2000 km. Ang haba ng barko ay 36.4 m, ang wingspan ay halos 24 m, ang taas ng barko na nakatayo sa chassis ay higit sa 16 m. Ang bigat ng paglulunsad ay higit sa 100 tonelada, kung saan 14 tonelada ang gasolina. Ang kompartimento ng kargamento nito ay maaaring tumanggap ng isang payload na tumitimbang ng hanggang toneladang 30. Ang isang naka-pressure na cabin para sa mga tripulante at kagamitan na may dami na higit sa 70 m 3 ay itinayo sa kompartimento ng bow. Ang pangunahing sistema ng propulsion ay matatagpuan sa likuran ng barko; dalawang pangkat ng mga makina para sa pagmamaniobra ay matatagpuan sa dulo ng seksyon ng buntot at sa harap ng katawan ng barko. Ang thermal protective coating, na binubuo ng halos 40 libong indibidwal na profiled tile, ay gawa sa mga espesyal na materyales - mataas na temperatura na kuwarts at mga organikong hibla, pati na rin ang carbon-based na materyal. Ang unang paglipad ng reusable na Buran spacecraft ay nagbubukas ng isang qualitatively na bagong yugto sa programa ng Soviet space research.
NOONG DISYEMBRE 10, 1988, inilunsad ng Proton launch vehicle ang susunod na (ika-19) na satellite ng Sobyet ng Ekran television broadcast sa orbit. Inilunsad sa geostationary orbit sa 99°E. (international registration index "Stationary T"), ang mga satellite na ito ay ginagamit upang magpadala ng mga programa sa telebisyon sa hanay ng wavelength ng decimeter sa mga rehiyon ng Urals at Siberia sa mga aparatong tumatanggap ng subscriber para sa kolektibong paggamit.
NOONG DISYEMBRE 11, 1988, mula sa Kourou spaceport sa French Guiana, sa tulong ng Western European Ariane-4 launch vehicle, dalawang satellite ng komunikasyon ang inilunsad sa geostationary orbit - ang English Sky-net-4B at ang Astra-1 na kabilang sa ang Luxembourg consortium SES. Ang satellite ng Astra-1 ay inilaan para sa muling paghahatid ng mga programa sa telebisyon sa mga lokal na sentro ng pamamahagi sa mga bansa sa Kanlurang Europa. Ang satellite ay may 16 na medium-power repeater, karamihan sa mga ito ay inuupahan ng British na organisasyong British Telecom. Ang tinantyang posisyon ng satellite na "Astra-1" ay 19.2° W. d. Sa una, ang English satellite ay dapat na ilulunsad gamit ang American Space Shuttle. Gayunpaman, ang aksidente sa Challenger noong Enero 1986 ay nakagambala sa mga planong ito, at nagpasya silang gamitin ang Ariane launch vehicle para sa paglulunsad. Ang paglulunsad ng dalawang satellite ay isinagawa ng Ariane-4 launch vehicle, na nilagyan ng dalawang solid propellant at dalawang liquid boosters. Ang Arianespace consortium ay inihayag sa mga potensyal na mamimili na ang rocket model na ito ay may kakayahang maghatid ng isang payload na tumitimbang ng 3.7 tonelada sa isang transfer orbit na may apogee altitude na 36 libong km. Sa bersyong ito, ang Ariane-4 ay ginamit sa pangalawang pagkakataon. Ang unang paglulunsad ng sasakyang paglulunsad sa pagsasaayos na ito ay isang pagsubok na paglulunsad. Pagkatapos, noong 1988, sa tulong nito, tatlong satellite ang inilunsad sa orbit: ang Western European meteorological Meteosat-3 at ang amateur radio Amsat-3, pati na rin ang American communications satellite Panamsat-1.
NOONG DISYEMBRE 22, 1988, sa USSR, ang Molniya LV ay inilunsad sa isang mataas na elliptical orbit na may taas na apogee na 39,042 km sa Northern Hemisphere ang susunod na (ika-32) na satellite ng Molniya-3 upang matiyak ang operasyon ng isang malayong distansya. sistema ng komunikasyon sa radyo ng telepono at telegrapo at ang paghahatid ng mga programa sa telebisyon ayon sa sistema ng Orbit.
NOONG DISYEMBRE 23, 1988, ang ika-24 na satellite ng People's Republic of China ay inilunsad mula sa Xichang Cosmodrome gamit ang Long March-3 launch vehicle. Ito ang ikaapat na Chinese communications satellite na inilunsad sa geostationary orbit. Ang pag-commissioning ng satellite ay kukumpleto sa paglipat ng lahat ng mga pambansang programa sa telebisyon sa muling pag-broadcast sa pamamagitan ng satellite system. Ang Premyer ng Konseho ng Estado ng Republikang Bayan ng Tsina na si Li Peng ay naroroon sa paglulunsad ng satellite.
NOONG DISYEMBRE 25, 1988, sa USSR, inilunsad ng Soyuz launch vehicle sa orbit ang automatic cargo spacecraft na Progress-39, na nilalayon na magbigay ng Soviet orbital station na Mir. Ang barko ay naka-dock kasama ang istasyon noong Disyembre 27, na-undock mula dito noong Pebrero 7, 1989, at sa parehong araw ay pumasok sa atmospera at tumigil na umiral.
NOONG DISYEMBRE 28, 1988, sa USSR, ang Molniya LV ay inilunsad sa isang mataas na elliptical orbit na may apogee altitude na 38,870 km sa Northern Hemisphere ng susunod na (ika-75) na satellite ng komunikasyon na Moliya-1. Ang satellite na ito ay pinapatakbo bilang bahagi ng isang satellite system na ginagamit sa Unyong Sobyet para sa mga komunikasyon sa radyo sa telepono at telegrapo, gayundin sa pagpapadala ng mga programa sa telebisyon sa pamamagitan ng Orbit system.
NOONG ENERO 26, 1989, inilunsad ng Proton LV ang susunod na (ika-17) Horizon communications satellite sa USSR. Inilagay sa geostationary orbit sa 53°E. atbp., natanggap nito ang international registration index na "Stationar-5". Ang Horizon satellite ay ginagamit upang magpadala ng mga programa sa telebisyon sa isang network ng mga ground station na "Orbita", "Moscow" at "Intersputnik", pati na rin para sa komunikasyon sa mga barko at sasakyang panghimpapawid gamit ang mga karagdagang repeater.
ENERO 27, 1989 Inilunsad ng Ariane-2 launch vehicle ang Intelsat-5A satellite (F-15 model) sa isang transfer orbit para magamit sa pandaigdigang commercial satellite communications system ng ITSO international consortium. Inilipat sa isang nakatigil na punto sa geostationary orbit 60° silangan. d., papalitan ng satellite ang Intelsat-5A satellite na matatagpuan doon (modelo F-12), na inilunsad noong Setyembre 1985.
NOONG FEBRUARY 10, 1989, sa USSR, inilunsad ng Soyuz launch vehicle ang awtomatikong cargo spacecraft na Progress-40, na nilayon upang matustusan ang istasyon ng orbital ng Sobyet na Mir. Dumaong ang barko kasama ng istasyon noong Pebrero 12 at nag-undock mula dito noong Marso 3. Pagkatapos ng pag-undock, isinagawa ang isang eksperimento upang i-deploy sa mga kondisyon ng open space ang dalawang malalaking multi-link na istruktura na nakatiklop sa panlabas na ibabaw ng Progress-40 spacecraft. Sa utos ng on-board automation, ang mga istrukturang ito ay binuksan nang paisa-isa. Ang kanilang pag-deploy ay isinagawa sa pamamagitan ng paggamit ng mga elemento na gawa sa materyal na may epekto sa memorya ng hugis. Noong Marso 5, naka-on ang propulsion system sa barko. Bilang resulta ng pagpepreno, ang barko ay pumasok sa atmospera at hindi na umiral.
NOONG FEBRUARY 15, 1989, ang USSR Molniya LV ay inilunsad sa isang mataas na elliptical orbit na may apogee altitude na 38,937 km sa Northern Hemisphere sa pamamagitan ng susunod na (ika-76) na satellite ng komunikasyon ng Molniya-1. Ang satellite na ito ay kasama sa satellite system na ginagamit sa Unyong Sobyet para sa mga komunikasyon sa radyo sa telepono at telegrapo, gayundin sa pagpapadala ng mga programa sa telebisyon sa pamamagitan ng Orbita system.
NOONG MARSO 16, sa USSR, inilunsad ng Soyuz launch vehicle ang automatic cargo spacecraft na Progress-41, na nilalayon upang matustusan ang Soviet orbital station na Mir. Dumaong ang barko kasama ng istasyon noong Marso 18.
Chronicle of Manned Flights 1
1 Ipinagpatuloy (tingnan ang Blg. 3, 1989).
2 Ang bilang ng mga flight sa kalawakan, kabilang ang huli, ay ipinahiwatig sa mga panaklong.
3 Ekspedisyon sa istasyon ng Mir.
4 Ang mga kosmonaut na sina A. Volkov at S. Krikalev ay nanatili sa mga tripulante ng istasyon ng Mir. Disyembre 21, 1988, kasama si J.-L. Bumalik si Chretien sa lupa mula sa istasyon ng Mir, V. Titov at M. Manarov, na nakumpleto ang pinakamahabang paglipad sa kasaysayan ng astronautics, na tumagal ng 1 taon.
BALITA NG ASTRONOMY
THREAD SA WONDERLAND
Nabanggit na namin sa aming mga maikling tala ang tungkol sa isa sa mga cosmological na kahihinatnan ng ilang mga modelo ng Grand Unification - ang hula ng pagkakaroon ng mga cosmological thread. Ito ay mga one-dimensional na pinahabang istruktura na may mataas na linear mass density (~Ф 0 2, kung saan ang Ф 0 ay isang non-zero vacuum average) at isang kapal na ~1/Ф 0.
Kabilang sa maraming makatotohanang mga modelo ng Grand Unification (dahil mayroon ding mga hindi makatotohanan), ang pinakamatagumpay ay ang mga may kasamang mga particle ng salamin, na mahigpit na simetriko sa kanilang mga katangian sa kaukulang ordinaryong mga particle. Hindi lamang mga particle ng matter (electrons, quarks), kundi pati na rin ang mga particle na nagdadala ng mga interaksyon (photon, W-boson, gluon, atbp.). Sa mga scheme ng ganitong uri, ang paglabag sa kumpletong simetrya ay humahantong sa isang paglipat mula sa mga ordinaryong particle hanggang sa mga particle ng salamin. Ang mga thread na lumalabas sa mga modelong ito ay tinatawag na mga Alice thread. Ang mga ito ay nakikilala mula sa "ordinaryong" cosmological na mga thread sa pamamagitan ng sumusunod na karagdagang pag-aari: ang paglalakad sa paligid ng thread ay nagbabago sa specularity ng bagay.
Mula sa pag-aari na ito ng "salamin" ay sumusunod na ang mismong kahulugan ng specularity ay nagiging kamag-anak: kung ang isang macroscopic na bagay ay itinuturing nating ordinaryo kapag umikot tayo sa thread sa kaliwa, kung gayon ito ay lumiliko na salamin kung ang thread ay umiikot sa kanan (o: vice versa). Bilang karagdagan, ang electromagnetic radiation na nakikita naming normal sa kaliwa ng thread ni Alice ay makikita sa kanan nito. Hindi ito mairerehistro ng aming mga ordinaryong electromagnetic receiver.
Ngunit lahat ito ay nasa teorya. Mayroon bang anumang mga posibleng pagpapakita ng pagmamasid ng mga alice thread? Ang lahat ng mga katangian na mayroon ang mga ordinaryong cosmological thread ay matatagpuan din sa mga thread ni Alice. Ngunit hindi tulad ng una, dapat baguhin ng mga thread ni Alice ang relatibong specularity ng mga particle at light ray sa panahon ng kanilang ebolusyon. Ang pagkakaroon ng mga particle ng salamin ay humahantong sa katotohanan na ang mga bituin at, marahil, ang mga globular na kumpol ay dapat magkaroon ng isang specularity, habang ang mga kalawakan at mas malalaking inhomogeneities (mga kumpol, supercluster) ay binubuo ng pantay na bilang ng salamin at ordinaryong mga particle. Bukod dito, ang kanilang mga average na katangian (spectrum, ningning, pamamahagi ng mga masa at bilis, atbp.) ay pareho. Samakatuwid, kung hindi natin "malutas" ang kalawakan sa mga indibidwal na bituin, kung gayon hindi natin mapapansin ang pagdaan ng Alice filament sa pagitan nila at ng kalawakan, dahil pareho ang specular at ordinaryong liwanag at spectra ng kalawakan ay ganap na simetriko.
Maaari mong subukang tuklasin ang pagpapakita ng Alice thread (bilang, sa katunayan, isang cosmological thread ng anumang kalikasan) sa pamamagitan ng gas glow effect na dulot nito sa shock wave. Ang huli ay nabuo kapag ang bagay ay nababagabag ng conical gravitational field ng thread. Totoo, ang liwanag ng gas sa shock wave sa likod ng filament ay mahirap ihiwalay mula sa background ng pangkalahatang ningning ng naturang gas. Ang parehong naaangkop sa kaguluhan ng temperatura ng cosmic microwave background radiation sa direksyon ng filament. Samakatuwid, ang pinaka-promising, ayon sa mga theorists, ay ang paghahanap para sa gravitational lens effect na dulot ng Alice thread.
CONSTANT BA?
Pinag-uusapan natin ang gravitational constant ni Newton G. Maraming mga teorya na hinuhulaan ang pangangailangang baguhin ito. Gayunpaman, hindi lamang ito, kundi pati na rin ang iba pang mga pangunahing constants - sa ilang mga modelo ng superstring theory, halimbawa, ang mga constant na ito ay dapat magbago sa edad ng Uniberso (kasama ang pagpapalawak ng Uniberso G, halimbawa, dapat bumaba).
Wala sa mga eksperimento na isinagawa hanggang sa kasalukuyan ang nagbigay ng anumang katibayan na pabor sa hindi pagkakapare-pareho G. Tanging ang pinakamataas na limitasyon ng pagbabagong ito ang naitatag - mga 10–11 bahagi bawat taon. Kamakailan lamang, kinumpirma ng mga siyentipikong Amerikano ang pagtatasa na ito sa pamamagitan ng pagmamasid sa isang dobleng radio pulsar.
Natuklasan noong 1974, ang binary pulsar na PSR 1913+16 ay binubuo ng isang neutron star na umiikot sa isa pang compact object. Nagkataon lang na ang rate ng pagbabago ng orbital period nito ay kilala na may napakataas na katumpakan.
Ang pangkalahatang relativity ay hinuhulaan na ang naturang binary system ay maglalabas ng mga gravitational wave. Sa kasong ito, ang orbital period ng double pulsar ay nagbabago. Ang rate ng pagbabago nito, hinulaang sa ilalim ng pagpapalagay ng katatagan G, perpektong tumutugma sa naobserbahan.
Ang mga obserbasyon ng mga Amerikanong siyentipiko ay nagpapahintulot sa amin na matantya ang limitasyon sa pagkakaiba-iba G sa pamamagitan ng maliit na pagkakaiba sa pagitan ng mga obserbasyon at mga hula pangkalahatang teorya relativity. Ang pagtatantya na ito, tulad ng nabanggit na, ay nagbibigay ng halaga ng pagkakasunud-sunod ng 10-11 bahagi bawat taon. Kaya malamang G hindi nagbabago.
"LIGHT ECHO" NG SUPERNOVA-87
Ang mga astronomo ng Australia at Amerikano ay nakakita ng medyo malakas na pagtaas ng infrared radiation mula sa LMC Supernova. Ang katotohanan ng naturang radiation sa kanyang sarili ay walang espesyal. Ang kanyang pagsabog ay hindi maintindihan at hindi inaasahan.
Ilang hypotheses ang iminungkahi. Ayon sa isa sa kanila, ang isang pulsar ay "nakaupo" sa gas na pinalabas ng isang sumasabog na bituin (bagaman ang pulsar radiation ay dapat na mas maikli ang haba ng daluyong). Ayon sa pangalawang hypothesis, ang mga gas mula sa pagsabog ay nagpapalapot sa mga solidong macrodust na particle, na, kapag pinainit, naglalabas ng infrared radiation.
Ang ikatlong hypothesis ay "dust" din. Libu-libong taon bago ang pagsabog, ang orihinal na bituin ay nawawalan ng gas na nakolekta sa paligid nito. Ang dust shell ay nakaunat sa paligid ng Supernova nang halos isang light year - ganoon katagal ang liwanag mula sa sumasabog na bituin upang maabot ang dust cloud. Ang pinainit na alikabok ay muling nagliliwanag sa infrared, at ang radiation ay tumatagal ng isa pang taon upang maabot ang mga nagmamasid sa Earth. Ipinapaliwanag nito ang oras na lumipas mula sa pagpaparehistro ng pagsabog ng Supernova hanggang sa pagtuklas ng flash ng infrared radiation.
NAWAWANG MISA
Kung ang modernong teorya ng ebolusyon ng mga bituin ay tama (at tila walang dahilan upang pagdudahan ito), kung gayon ang mga bituin na may mababang masa (na may mass na mas mababa kaysa sa masa ng Araw) ay hindi "may temper" upang wakasan. kanilang buhay sa anyo ng isang planetary nebula - isang makinang na ulap ng gas, sa gitna kung saan ang labi ng orihinal na bituin.
Gayunpaman, sa loob ng mahabang panahon ang pagbabawal na ito ay misteryosong nilabag - sa maraming mga kaso ang masa ng planetary nebula ay naging mas mababa kaysa sa masa ng Araw. Sinuri ng mga astronomo ng Ingles at Dutch ang tatlong maliwanag na planetary nebulae (o sa halip, ang kanilang mga maliliit na shell). Gamit ang spectra na kanilang nakuha, ang masa ng parehong shell at ang nebula mismo ay kinakalkula. Ang problema ng mass deficiency ay naging mas malinaw - mayroong mas maraming bagay sa shell kaysa sa nebula mismo. Sa una, ang mga bituin - ang "mga organizer" ng planetary nebulae - ay dapat na mas mabigat. Ang nawawalang masa ay nasa shell.
Ngunit pagkatapos ay lumitaw ang isang bagong misteryo. Ang mga temperatura ng gas na kinakalkula para sa nebula at ang sobre ay naiiba - ang sobre ay naging 2 beses na mas mainit kaysa sa nebula. Tila na dapat itong maging kabaligtaran, dahil ang gitnang bituin ay obligadong magpainit ng shell gas. Isa sa mga pagpapalagay na nagpapaliwanag sa kabalintunaan na ito: ang enerhiya para sa pag-init ng shell ay ibinibigay ng isang mabilis na "hangin" na umiihip mula sa gitnang bituin.
BABALA - FLASH
Ang American SMM satellite, na idinisenyo upang pag-aralan ang Araw, ay hinulaan ang napaaga nitong "kamatayan" - umaalis sa orbit. Ang data na nakuha mula sa satellite na ito ay nagmumungkahi na, ayon sa mga eksperto mula sa National Oceanic and Atmospheric Administration, gugugol tayo sa susunod na apat na taon sa isang kapaligiran ng mas mataas na aktibidad ng solar. Sa lahat ng mga kasunod na kahihinatnan - mga magnetic storm, kumplikado ang mga komunikasyon sa radyo at nabigasyon, nakakasagabal sa pagpapatakbo ng mga radar, na naglalagay ng isang tiyak na panganib sa mga crew ng spacecraft, nakakapinsala sa mga pinong elektronikong bahagi ng mga satellite, atbp.
Ang mga solar flare ay naglalabas ng matitigas na ultraviolet radiation na nagpapainit sa itaas na kapaligiran. Bilang resulta, tumataas ang taas ng upper (conditional) na hangganan nito. Sa madaling salita, ang kapaligiran ay nagiging "nabalisa," na pangunahing nakakaapekto sa mga satellite sa mababang orbit. Umiikli ang kanilang buhay. Sa isang pagkakataon, nangyari ito sa istasyon ng American Skylab, na umalis sa orbit nang mas maaga sa iskedyul. Ang parehong kapalaran, tulad ng nabanggit na, ay naghihintay sa SMM satellite.
Ang mga siklo ng aktibidad ng solar ay kilala sa mahabang panahon, ngunit ang likas na katangian ng mga proseso na nagdudulot ng mga phenomena na ito ay nananatiling hindi lubos na nauunawaan.
BAGONG TELESCOPE
Ang Mount Mauna Kea (4170 m, Hawaii, USA) ay malapit nang maging isang astronomical na Mecca. Bilang karagdagan sa mga teleskopyo na mayroon na sa obserbatoryo na matatagpuan sa bundok na ito, ang mga bago, mas malakas na optical telescope ay idinisenyo (at nasa ilalim na ng konstruksiyon).
Ang Unibersidad ng California ay gumagawa ng isang 10-metro na teleskopyo, dahil makumpleto at mai-install sa 1992. Ito ay bubuo ng 36 hexagonal conjugate mirrors na nakaayos sa tatlong concentric ring. Ang mga electronic sensor na naka-install sa lahat ng dulo ng mga salamin ng segment ay magpapadala ng data tungkol sa kanilang kasalukuyang posisyon at oryentasyong nauugnay sa isa't isa sa computer, na maglalabas ng mga utos sa mga aktibong mirror drive. Bilang isang resulta, ang pagpapatuloy ng pinagsama-samang ibabaw at ang hugis nito ay natiyak sa ilalim ng impluwensya ng mga paggalaw ng makina at pag-load ng hangin.
Sa parehong Mauna Kea noong 1995, pinlano na mag-install ng 7.5-meter teleskopyo na binuo ng mga Japanese scientist. Ito ay matatagpuan higit sa isang daang metro mula sa Amerikano. Ang "asparagus" na ito ang magiging pinakamakapangyarihang optical-interferometric system, na gagawing posible na tumingin sa napakalaking distansya, pag-aralan ang mga quasar, at tumuklas ng mga bagong bituin at galaxy.
Apat na magkakahiwalay na teleskopyo (bawat 8 m ang lapad), na pinagsama ng fiber optics sa isang solong focal plane, ay iminungkahi na itayo sa Southern Observatory (Chile) ng 8 Western European na bansa - mga co-owners ng observatory na ito. Ang pagtatayo ng unang salamin (i.e., ang unang teleskopyo) ay nakatakdang matapos sa 1994, at ang natitirang tatlo sa 2000.
KUNG SAAN NAGMULA
Tulad ng nalalaman, ang kapaligiran ng Martian ay may medyo mataas na konsentrasyon ng carbon dioxide. Ang gas na ito ay tumatakas sa kalawakan, kaya ang patuloy na konsentrasyon nito ay dapat mapanatili ng ilang pinagmulan.
Naniniwala ang mga eksperto na ang naturang mapagkukunan ay ang mineral scapolite, bihira sa Earth (sa ating planeta ito ay isang semi-mahalagang bato na naglalaman, bilang karagdagan sa carbon, silikon, oxygen, pati na rin ang sodium, calcium, chlorine, sulfur, hydrogen), na maaari mag-imbak ng malaking halaga ng carbon dioxide bilang bahagi ng kristal na istraktura nito (carbonate). Maraming scapolite sa Mars.
1 slide
Ang bawat buhay na organismo sa kalikasan ay matatagpuan lamang kung saan matatagpuan ang lahat ng mga kondisyon para sa buhay: init at liwanag, proteksyon mula sa mga kaaway, sapat na pagkain at tubig. Ito ang kanyang tirahan. Ang isang buhay na organismo ay nararamdaman sa bahay dito, ngunit sa ibang lugar madali itong mamatay. Oso - sa kagubatan Cactus - sa disyerto Pating - sa dagat Sundew - sa latian SINO Kmportable KUNG SAAN
2 slide
Ang iba't ibang nabubuhay na nilalang na naninirahan sa parehong tirahan ay malapit na magkakaugnay. Marami sa kanila ang hindi magagawa kung wala ang isa't isa. Ang mga organismo na magkasamang naninirahan at ang kapirasong lupa kung saan sa tingin nila ay magkasama silang bumubuo ng isang ekolohikal na sistema, o simpleng ekosistema. Ang ecosystem ay idinisenyo nang lubos na matalino: mayroong lahat ng kailangan mo para sa buhay, at walang labis. Ang sikreto ng isang ecosystem ay nakasalalay sa mga koneksyon sa pagkain ng mga naninirahan dito. Sa kalikasan, ang mga organismo ng isang species ay nagsisilbing pagkain para sa mga organismo ng ibang species.
3 slide
Ang pangunahing papel sa ecosystem ay kabilang sa mga halaman. Nagbibigay sila ng mga organikong sangkap sa lahat ng mga naninirahan sa ecosystem. Dahil ang mga halaman ay lumilikha ng mga organikong sangkap mula sa liwanag, hangin, tubig at mineral. Ang mga halaman ay nagsisilbing mapagkukunan ng pagkain para sa natitirang mga naninirahan sa ecosystem, kaya naman tinawag silang "breadwinners". Bilang karagdagan, ang mga halaman ay naglilinis ng hangin sa pamamagitan ng pagpapakawala ng oxygen na kinakailangan para sa mga buhay na organismo upang huminga.
4 slide
Hindi maaaring i-convert ng mga hayop ang mga mineral sa organikong bagay. Pinapakain nila ang mga halaman o iba pang mga hayop at kumukuha ng mga kinakailangang organikong sangkap mula sa kanilang pagkain. Samakatuwid, ang mga hayop ay tinatawag na "mga kumakain" - ito ang kanilang pangunahing papel sa ecosystem. Bilang karagdagan, ang mga hayop ay humihinga, kumukuha ng oxygen mula sa hangin at naglalabas ng carbon dioxide.
5 slide
Kung sa mga nabubuhay na nilalang ay mayroon lamang "mga breadwinner" at "mga kumakain," kung gayon maraming basura ang maiipon sa ecosystem: ang mga damo noong nakaraang taon, mga nahulog na dahon at mga sanga, at mga labi ng hayop. Ngunit hindi sila maipon, ngunit mabilis na nawasak ng fungi, microscopic bacteria, pati na rin ang maliliit na hayop na naninirahan sa ilalim ng mga nahulog na dahon. Lahat sila ay nagpoproseso ng natural na basura at ginagawa itong mga mineral na magagamit muli ng mga halaman. Samakatuwid, ang mga buhay na organismo na ito ay tinatawag na "mga scavenger." Ang mga nasira na labi ng mga halaman at hayop ay nagdaragdag ng pagkamayabong sa tuktok na layer ng lupa, na tinatawag na lupa.
6 slide
Ang mga sangkap sa isang ecosystem ay dumadaan mula sa isang organismo patungo sa isa pa sa isang bilog. Ang mga sangkap ay pinoproseso, binabago ang kanilang mga katangian, ngunit hindi nawawala, ngunit ginagamit nang paulit-ulit. Ang ecosystem ay walang kailangan kundi ang sikat ng araw. Salamat dito, maaari siyang mabuhay nang napakahabang panahon kung walang makagambala. Ang mga halaman ay hindi kailangang didiligan, lagyan ng pataba o damo. Hindi kailangang pakainin ang mga hayop. Hindi na kailangang linisin ang mga basura pagkatapos nila - ginagawa iyon ng mga "scavenger".
7 slide
Ang ecosystem ay isang "komonwelt" ng buhay at walang buhay na kalikasan kung saan ang lahat ng mga naninirahan ay pakiramdam sa tahanan. Ang mga organismo sa isang ecosystem ay gumaganap ng tatlong tungkulin: "mga breadwinner," "mga kumakain," at "mga scavenger." Nasa isang ecosystem ang lahat ng kailangan ng mga naninirahan dito upang mabuhay. Nakatanggap lamang sila ng liwanag mula sa kalawakan mula sa araw. Walang labis o hindi kailangan sa isang ecosystem: lahat ng bagay na ginawa ay ganap na ginagamit ng mga naninirahan dito. Ang isang ecosystem ay maaaring umiral hangga't ninanais nang walang tulong mula sa labas.
Paksa:"Ang tao at ang kanyang lugar sa kalikasan."
Mga layunin.
Pang-edukasyon:
- ipagpatuloy ang sistematikong gawain sa pagbuo ng elementarya holistic na larawan ng mundo sa mga nakababatang mag-aaral;
- ipakilala ang mga artipisyal na ecosystem ng mga lungsod at nayon bilang mga lugar ng buhay ng tao (tirahan);
- turuan upang makita ang pagkakaiba sa mga ekonomiya ng mga sinaunang tao at modernong mga tao, upang maunawaan ang mga detalye ng mga artipisyal na ecosystem;
- turuan ang mga mag-aaral na maghanap ng mga kontradiksyon sa pagitan ng ekonomiya ng tao at kalikasan at magmungkahi ng mga paraan upang maalis ang mga ito;
- upang makabuo ng isang konsepto ng isang ekolohikal na uri ng ekonomiya na maayos na pinagsama sa kalikasan.
Pang-edukasyon:
- paunlarin ang kakayahang makilala at maunawaan ang mundo sa paligid natin, makabuluhang ilapat ang nakuhang kaalaman upang malutas ang mga problema sa edukasyon, nagbibigay-malay at buhay;
- bumuo ng pagsasalita at lohikal na pag-iisip;
Mga tagapagturo:
- upang linangin ang isang mapagmalasakit na saloobin sa kalikasan sa paligid natin, matipid na paggamit ng mga likas na yaman, at isang mapagmalasakit na saloobin sa mundo.
Uri ng aralin: aral ng pag-aaral ng bagong materyal.
Uri ng pagsasanay: may problema.
Mga pangunahing yugto ng aralin:
- Pagpapakilala ng bagong kaalaman batay sa nakaraang karanasan.
- Pagpaparami ng bagong kaalaman.
Kagamitan:
- mga pag-record ng video upang ipakita ang ecosystem ng lungsod at nayon;
- pahina ng trabaho;
- mga diagram ng sanggunian;
- mga paglalarawan ng isang makatwirang kumbinasyon ng sibilisasyon at kalikasan.
SA PANAHON NG MGA KLASE
I. Pag-activate ng kaalaman at pagbabalangkas ng problema.
1. Guys, ngayon ay mayroon tayong unang aralin ng huling seksyon ng ating aklat-aralin at ang ating buong kursong "Ang Mundo at Tao". Ang pamagat ng seksyong ito ay, sa aking palagay, medyo hindi karaniwan. Ano ang ginagawang hindi pangkaraniwan?
May tala sa pisara: “Paano tayo mabubuhay?”
Lumalabas na ang tanong na ito ay nag-aalala sa maraming tao sa ating planeta, anuman ang bansang kanilang tinitirhan at kung anong wika ang kanilang nakikipag-usap sa isa't isa. Ngunit ang pangunahing bagay ay ang mga taong ito ay hindi walang malasakit sa kapalaran ng ating planeta, ang ating karaniwang tahanan.
Kumbinsido ako na ikaw at ako ay hindi dapat tumabi at subukang hanapin ang sagot sa tanong na ito.
Alam mo ba kung ano iyon pagpupulong? At posible bang tawagan ang aming aralin " lesson-conference”?
Diksyunaryo: “Pagpupulong- isang pagpupulong, pagpupulong ng iba't ibang organisasyon, kabilang ang mga pang-edukasyon, upang talakayin ang ilang mga espesyal na isyu."
(Binabasa ng mga bata ang interpretasyon ng salitang "kumperensya" sa pahina ng trabaho at talakayin ang tanong na ibinigay).
At ngayon ay nagmumungkahi ako, na sumasalamin sa aming espesyal na tanong "Paano tayo mag mabuhay?" at " Ang tao at ang kanyang lugar sa kalikasan”, alalahanin ang ating nalalaman at napag-aralan.
2. Blitz - pagsusulit "Subukan ang iyong kaalaman":
- Ang Ural Mountains ay naghihiwalay sa Europa at Asya;
- Ang America ay natuklasan ni Christopher Columbus;
- Ang Volga, Ob, Yenisei, Lena, Amur ay ang mga ilog ng ating bansa;
- May iba pang mga kontinente sa timog ng Antarctica;
- Kung ikaw ay maingat sa paggamit ng tubig, liwanag, i.e. makatipid ng enerhiya, kung gayon ang kalikasan ay mapangalagaan at ang mga tao ay mabubuhay nang mas madali;
- Ang Sahara Desert ay matatagpuan sa South America;
- Ang mga manlalakbay ay bumisita sa bawat isa mula sa mga isla hanggang sa mga isla sa paglalakad;
- Ang pagkolekta ng mga nakakain na halaman at pangangaso ng mga ligaw na hayop ay ang pinakalumang aktibidad ng tao;
- Ang ecosystem ay isang komunidad ng nabubuhay at walang buhay na kalikasan sa mundo kung saan pakiramdam ng lahat ay nasa tahanan.
- Ang sistemang ekolohikal ay isang cell ng buhay na shell ng Earth.
(Pakinggan ng mga bata ang mga pahayag na ito at ilagay ang "+" sa talahanayan sa pahina ng trabaho kung sumasang-ayon sila sa pahayag, at "-" kung hindi sila sumasang-ayon sa pahayag. Pagkatapos makumpleto ang gawain, ang guro ay nagsabit ng checklist sa pisara, at ang mga mag-aaral ay nagsasagawa ng self-monitoring at self-checking ng natapos na gawain.).
3. Paglutas ng crossword puzzle nang magkapares.
- Scientist na nag-aaral ng ecosystem.
- Mga buhay na organismo na kumakain ng ibang organismo.
- Ang pinakamaliit na "scavengers".
- Ang mga organismo na "kumakain" ay kumakain.
4. Dialogue ng problema.
Oo, ito ang aming mga kaibigan na sina Lena at Misha. Pakinggan natin sila...
Lena: Ang tao, ang pagbuo ng agham at teknolohiya, ay lumalabag sa natural na ekosistema. Kaya ba niyang mabuhay nang wala sila?
Misha: Hindi, Lena, nagkakamali ka. Ang isang tao, tulad ng ibang organismo, ay nangangailangan ng iba pang miyembro ng kanyang ecosystem, dahil kailangan niyang huminga, kumain, at lumahok sa cycle ng mga substance.
At muli, sa ikatlong pagkakataon, narinig natin ang parehong salita. Ilan sa inyo ang nagbigay pansin sa kanya? Tunay na ito ang salita "Ecosystem". (Naka-post sa board).
Ano ang isang ecosystem?
(Ang mga bata ay kumunsulta sa diksyunaryo sa pahina ng trabaho at nagbibigay ng iba't ibang kahulugan.)
Anong mga uri ng ecosystem ang mayroon?
- Natural- natural;
– artipisyal ay mga ecosystem na nilikha ng mga kamay ng tao.
Magbigay ng halimbawa ng natural na ecosystem; mga artipisyal na ekosistema.
5. Paglalahad ng suliranin.
Mga bata, ano sa palagay ninyo, alin sa mga ecosystem na iyong inilista ang may lugar para sa mga tao, para sa iyo at sa akin?
II. Tulungang pagtuklas ng kaalaman.
1. Isaalang-alang natin sa ating kumperensya ang mga isyu na dapat nating pag-aralan at talakayin:
- dalawang tao na sambahayan;
- saan nakatira ang isang tao;
- kung paano naaapektuhan ng mga tagumpay ng agham at teknolohiya ang buhay ng mga tao, paano sila kapaki-pakinabang, bakit nakakapinsala ang mga ito, at anong mga panganib ang nakatago sa kanilang paggamit.
2. Malayang pagkilala sa dalawang uri ng ekonomiya ng tao mula sa mga pahina ng isang aklat-aralin.
3. Sama-samang pakikipagtulungan sa klase sa pamamagitan ng pag-uusap sa paglutas ng problema upang ma-systematize ang nakuhang kaalaman:
- Ano ang ginawa ng mga sinaunang tao?
- Naiiba ba sila sa mababangis na hayop sa paraan ng pagkuha ng pagkain?
- Kung inilaan nila ang mga likas na yaman, ano ang tawag sa kanilang sakahan? Bumuo ng isang salita mula sa pandiwa na "ang angkop" na sumasagot sa tanong na anong uri ng sakahan? (Inaaangkop).
- Bakit nang maglaon ay natuto ang mga tao na magparami ng alagang hayop at mga nilinang na halaman?
- Saan nagsimulang mamuhay ang mga tao?
- Ano ang naging pangunahing hanapbuhay nila?
- Kung ang mga tao ay nagsimulang gumawa ng pagkain at iba pang mga produkto na kailangan para sa buhay, ano ang matatawag sa kanilang ekonomiya? Bumuo ng isang salita mula sa pandiwang “to produce” na sumasagot sa tanong na anong uri ng sakahan? (Paggawa)
4. Pagpapakita ng dalawang ecological pyramids:
- Alin sa mga ito ang sumasagisag sa appropriating economy, at alin ang producing economy?
- Alin sa mga ito ang maaaring maiugnay sa isang natural na ecosystem, at alin sa isang artipisyal na ecosystem?
- Ano ang tawag sa ecosystem na ito?
(Ecosystem ng isang bukid, hardin, barnyard, poultry house, livestock farm - agricultural ecosystem)
Ito ang unang artipisyal na ecosystem na nilikha ng mga tao. Dito nakatira ang mga magsasaka na nakikibahagi sa gawaing pang-agrikultura.
Ang pangalawang artificial ecosystem na nilikha ng mga tao para sa kanilang sariling buhay ay ang city ecosystem.
Kung ang mga patlang, hardin, at taniman ay kahawig ng mga natural na ekosistema, kung gayon ang lungsod ay kapansin-pansin sa hindi pagkakatugma nito sa natural na kapaligiran. Sa halip na kaluskos ng mga dahon at pag-awit ng mga ibon, sa lungsod ay naririnig natin ang ingay ng mga makina, ang paglangitngit ng mga preno, ang pagkatok ng mga gulong ng tram sa mga riles. Sa kapatagan, tumataas ang mga batong bundok mula sa maraming palapag na mga gusali. Sa kasamaang palad, kakaunti ang mga berdeng halaman sa lungsod. Ito ay tiyak na dahil sa kakulangan o kawalan ng halaman na ang mga tao - mga naninirahan sa lungsod sa katapusan ng linggo ay nagsisikap na umalis sa lungsod sa kanayunan, sa kagubatan, upang makalanghap ng sariwang hangin, upang magpahinga mula sa mga ingay ng lungsod. Minsan naniniwala ang mga tao na ang modernong tao ay halos independyente sa kalikasan. Ito ay isang napaka-mapanganib na maling kuru-kuro.
Tandaan! Ang tao sa nakaraan, kasalukuyan at hinaharap ay konektado sa kalikasan sa pamamagitan ng maraming hindi nakikitang mga thread. Ingatan mo siya!
Ngunit, sa kabila ng lahat, ang lungsod ay isang ecosystem na nilikha ng mga tao para manirahan dito.
5. Kumpletuhin ang gawain 2 sa pahina 59.
- Anong mga pagkakataon ang nakuha ng mga tao sa pamamagitan ng paglikha ng mga artipisyal na ecosystem?
- Ano ang kaugnayan ng natural at artipisyal na ecosystem? Bakit?
- Ano ang lakas ng tao?
- Ito ba ay palaging nakikinabang sa mga tao at sa kapaligiran?
- Sarado ba ang cycle sa kalikasan o hindi?
- Ano ang nangyayari sa ilalim ng impluwensya ng pamamahala ng tao? (Polusyon sa kapaligiran, pagkalipol ng mga halaman at hayop, pagbawas sa pagkamayabong ng lupa, kakulangan ng gasolina, atbp.)
6. Kumpletuhin ang gawain 3 sa pahina 59.
- Ano ang mga kahihinatnan ng paggamit ng isang tao sa kapangyarihang taglay niya?
- Ano ang humahantong dito?
- Ano ang kailangang ayusin?
- Kung ang cycle ay naging sarado, kung gayon ang ganitong uri ng ekonomiya ay matatawag na... (ecological).
- Anong gagawin? Maaari ba kaming tumulong?
Balik tayo sa konsepto "ecosystem".
(Ang kahulugan ay naka-post sa pisara)
Ecosystem- ito ay tulad ng isang interconnection (komonwelt) ng buhay at walang buhay na kalikasan, kung saan ang lahat ng mga naninirahan dito ay pakiramdam sa tahanan.
7. Magtrabaho sa mga keyword:
- Commonwealth
- Mabuhay ang kalikasan
- Walang buhay na kalikasan
- Lahat? Sino lahat?
- Kamusta ka sa bahay?
III. Workshop sa independiyenteng aplikasyon at paggamit ng nakuhang kaalaman.
- Mga sagot sa mga tanong sa pahina 59.
- Kumpletuhin ang 2–3 opsyonal na gawain (1, 4, 5, 7, 8).
- Punan ang talahanayan sa pahina ng trabaho. Kalkulahin ang iyong mga puntos at malalaman mo kung gaano mo kahusay ang pangangalaga sa kalikasan sa ecosystem ng lungsod.
| 1 | ||
| 1 | ||
| 1 | ||
| 1 | ||
| Pinakain ko ang mga ibon sa buong taglamig. | 2 | |
| Hindi ko ginagambala ang mga ibon sa pugad. | 1 | |
| Gumawa ako ng residential nesting house para sa mga ibon. | 3 | |
| 1 | ||
| Nagtanim ako ng puno. | 5 |
13–16 puntos - ikaw ay isang mahusay na tao, isang conservationist. Maaaring sundin ng lahat ang iyong halimbawa.
9–12 puntos – marunong kang makipagkaibigan sa kalikasan.
Wala pang 9 na puntos - mayroon kang dapat isipin. Subukang maging mas maingat sa kalikasan sa paligid mo.
IV. Pagbubuod ng aralin - kumperensya.
- Pagpapalitan ng mga opinyon sa pagkumpleto ng mga gawain;
- Ano ang bagong natutunan mo sa aralin?
- Bakit ang kapangyarihan ng tao ay isang malaking banta sa buong mundo sa ating paligid?
Ang isang tao ay may dalawang landas. Ang una ay para sa lahat ng tao na lumipad sa kalawakan nang magkasama at manirahan sa ibang mga planeta. Ngunit kung ito ay magiging posible, hindi ito magiging sa lalong madaling panahon, marahil sa daan-daang at daan-daang taon.
Ang pangalawang paraan ay ang makibagay sa kalikasan, matutong huwag sirain ito, huwag guluhin ang isang naitatag na ekonomiya, at subukang simulan ang pagpapanumbalik ng mga nawasak at nasira. At tratuhin ang kasalukuyang kalikasan nang may pag-iingat, pinoprotektahan ang nananatili. Marahil ang landas na ito ay ang tanging posible.
V. Takdang-Aralin.
Aralin Blg. 12, gawain 6.
ANNEX 1
PAGE NG TRABAHO
(mga) mag-aaral______________________________
PAKSA: “Paano tayo mabubuhay?Ang tao at ang kanyang lugar sa kalikasan."
Plano.
- Ang sakahan ng dalawang tao.
- Saan nakatira ang isang tao?
- Paano tayo dapat mabuhay?
Ehersisyo 1. Blitz - pagsusulit.
Gawain 2. Crossword.
- Scientist na nag-aaral ng ecosystem.
- Mga buhay na organismo na kumakain ng ibang organismo (halaman at hayop).
- Isang gas na kailangan para sa paghinga ng lahat ng nabubuhay na organismo.
- Ano ang natatanggap ng ecosystem mula sa kalawakan?
- Ang pinakamaliit na "scavengers".
- Mga organismo na nagpoproseso ng dumi at labi ng mga buhay na organismo.
- Ang organ ng isang halaman kung saan nangyayari ang pagbabago ng mga walang buhay na sangkap sa organikong materyal para sa lahat ng mga organismo.
- Pagpapataba upang mapataas ang ani ng halaman.
- Ang mga organismo na kumakain ay kumakain.
- Ang tuktok na mayabong na layer ng lupa kung saan ang halaman ay tumatanggap ng tubig at nutrients.
Gawain 3. Pagtuklas ng mga bagong konsepto.
1.____________________
2.____________________
3.____________________
4.____________________
5.____________________
6.____________________
7.____________________
8.____________?_______
Gawain 4. Talahanayan - pagsubok.
| Mga kapaki-pakinabang na bagay | Tanda ng pagkumpleto | Mga puntos |
| Pinatay ko ang ilaw paglabas ko ng kwarto. | 1 | |
| Pinatay ko ang gripo paglabas ko ng banyo. | 1 | |
| Sinisikap kong huwag mamitas ng mga bulaklak sa kagubatan at parke. | 1 | |
| Hindi ko pinuputol ang mga puno para sa apoy, ngunit kumukuha ako ng patay na kahoy. | 1 | |
| Pinakain ko ang mga ibon sa buong taglamig. | 2 | |
| Hindi ko ginagambala ang mga ibon sa pugad. | 1 | |
| Gumawa ako ng bird nesting house. | 3 | |
| Nag-aalaga ako ng mga halaman at hayop sa bahay. | 1 | |
| Nagtanim ako ng puno. | 5 |
APENDIKS 2
DIKSYONARYO.
CONFERENCE - isang pagpupulong ng iba't ibang mga organisasyon, kabilang ang mga organisasyong pang-edukasyon, upang talakayin ang ilang mga espesyal na isyu.
ECOSYSTEM– mga nabubuhay na organismo na magkasamang naninirahan at ang kapirasong lupa kung saan sila ay nasa tahanan.
ECOSYSTEM- isang maliit na bahagi ng biosphere. Sa sistemang ito mahahanap mo ang maraming elemento ng biosphere: hangin, lupa, tubig, bato.
ECOSYSTEM– ang pagkakaisa ng buhay at walang buhay na kalikasan, kung saan ang mga nabubuhay na organismo ng iba't ibang propesyon ay magkakasamang mapanatili ang sirkulasyon ng mga sangkap.
ECOSYSTEM – ito ay isang komunidad ng mga buhay na organismo na may pagkakaisa sa lugar na kanilang tinitirhan.
ECOSYSTEM – Ito ay tulad ng isang relasyon sa pagitan ng buhay at walang buhay na kalikasan, kung saan ang lahat ng mga naninirahan ay pakiramdam sa tahanan.
UDC 94:574.4
https://doi.org/10.24158/fik.2017.6.22
Tkachenko Yuri Leonidovich
kandidato teknikal na agham, associate professor, associate professor ng Moscow State teknikal na unibersidad ipinangalan sa N.E. Bauman
Morozov Sergey Dmitrievich
Senior Lecturer
Teknikal ng Estado ng Moscow
Unibersidad na pinangalanang N.E. Bauman
MULA SA KASAYSAYAN NG PAGLIKHA NG ARTIFICIAL ECOSYSTEMS
Tkachenko Yuri Leonidovich
PhD sa Teknikal na Agham, Katulong na Propesor, Bauman Moscow State Technical University
Morozov Sergey Dmitrievich
Senior Lecturer, Bauman Moscow State Technical University
MGA SULYAP NG KASAYSAYAN NG ARTIFICIAL ECOSYSTEMS" PAGLIKHA
Anotasyon:
Sinusuri ng artikulo ang dokumentaryong katibayan ng paglikha ng mga artipisyal na ecosystem na nilalayon para gamitin sa kalawakan at mga kondisyong panlupa. Ipinakita ang pangunguna na papel ng K.E. Tsiolkovsky, na unang bumuo ng konsepto ng paglikha ng isang saradong tirahan para sa mga tao sa kalawakan, at ang impluwensya ng mga gawa ng V.I. Vernadsky, na nakatuon sa biosphere, sa mga diskarte sa pagtatayo ng mga artipisyal na ecosystem. Ang mapagpasyang kontribusyon ng S.P. ay ipinakita. Korolev sa unang praktikal na pagpapatupad ng mga proyekto ni Tsiolkovsky para sa pagtatayo ng mga prototype ng mga pag-aayos sa espasyo. Ang pinakamahalagang makasaysayang yugto ng prosesong ito ay inilarawan: ang mga eksperimento na "Bios" (USSR), "Biosphere-2" (USA), "OEEP" (Japan), "Mars-500" (Russia), "Yuegong-1" (China).
Mga keyword:
artificial ecosystem, space settlements, closed habitat, K.E. Tsiolkovsky, S.P. Korolev, V.I. Vernadsky.
Inilalarawan ng artikulo ang mga dokumentaryo na katotohanan ng mga artipisyal na ekosistema" paglikha na idinisenyo para sa espasyo at pang-lupang mga aplikasyon. Ang pag-aaral ay nagpapakita ng pangunguna sa papel ng K.E. Tsiolkovsky na siyang unang bumuo ng konsepto ng mga closed ecological system para sa mga tao sa kalawakan at ang impluwensya ng V.I. Vernadsky" s biosphere gumagana sa mga diskarte upang bumuo ng mga artipisyal na ecosystem. Inilalahad ng artikulo ang mahalagang kontribusyon ng S.P. Korolev sa unang praktikal na pagpapatupad ng pagbuo ng mga prototype ng tirahan ng espasyo ayon kay K.E. Mga proyekto ni Tsiolkovsky. Inilalarawan ng artikulo ang mga pangunahing makasaysayang yugto ng prosesong ito na tulad ng mga eksperimento tulad ng BIOS (USSR), Biosphere 2 (USA), CEEF (Japan), Mars-500 (Russia), Yuegong-1 (China ).
artificial ecosystem, space habitats, closed ecological system, K.E. Tsiolkovsky, S.P. Korolev, V.I. Vernadsky.
Panimula
Ang ideya ng pangangailangan na lumikha ng isang artipisyal na saradong tirahan ng tao ay lumitaw nang sabay-sabay sa paglitaw ng pangarap ng paglipad sa kalawakan. Ang mga tao ay palaging interesado sa kakayahang lumipat sa hangin at kalawakan. Noong ika-20 siglo nagsimula ang praktikal na paggalugad sa kalawakan, at noong ika-21 siglo. Ang Astronautics ay naging mahalagang bahagi na ng ekonomiya ng mundo. Ang tagapagbalita ng astronautics, cosmist philosopher na si K.E. Tsiolkovsky sa "Monism of the Universe" (1925) ay sumulat: "Ang teknolohiya ng hinaharap ay gagawing posible upang madaig ang gravity ng mundo at maglakbay sa buong solar system. Pagkatapos mapuno ang ating solar system, magsisimulang dumami ang ibang mga solar system sa ating Milky Way. Mahirap para sa isang tao na humiwalay sa lupa." Sa pamamagitan ng "teknolohiya ng hinaharap," ang ibig sabihin ni Tsiolkovsky ay hindi lamang teknolohiya ng rocket gamit ang prinsipyo ng jet propulsion, kundi pati na rin ang sistema ng tirahan ng tao sa kalawakan, na binuo sa imahe at pagkakahawig ng biosphere ng lupa.
Ang pagsilang ng konsepto ng "space biosphere"
K.E. Si Tsiolkovsky ang unang nagpahayag ng ideya ng paggamit ng mga prinsipyo ng kalikasan at mga mekanismo ng biosphere para sa pagpaparami ng oxygen, nutrisyon, sariwang tubig at pagtatapon ng nabuong basura para sa suporta sa buhay ng mga tripulante ng kanyang "jet device". Ang isyung ito ay isinasaalang-alang ni Tsiolkovsky sa halos lahat ng kanyang mga akdang pang-agham, pilosopiko at kamangha-manghang mga gawa. Ang posibilidad ng paglikha ng gayong kapaligiran ay nabibigyang katwiran ng mga gawa ng V.I. Vernadsky, na nagpahayag ng mga pangunahing prinsipyo ng pagbuo at paggana ng biosphere ng Earth. Sa panahon mula 1909 hanggang 1910, inilathala ni Vernadsky ang isang serye ng mga tala na nakatuon sa mga obserbasyon ng pamamahagi ng mga elemento ng kemikal sa crust ng lupa, at nagtapos tungkol sa nangungunang kahalagahan ng mga buhay na organismo sa paglikha ng cycle ng bagay sa planeta. Ang pagkakaroon ng pamilyar sa mga gawang ito ni Vernadsky at iba pang mga gawa sa larangan ng noon ay bagong direksyong pang-agham - ekolohiya, isinulat ni Tsiolkovsky sa ikalawang bahagi ng artikulong "Pag-aaral ng mga puwang ng mundo na may mga reaktibong instrumento" (1911): "Tulad ng Earth's ang kapaligiran ay nililinis ng mga halaman sa tulong ng Araw, kaya maaari
mare-renew din ang ating artipisyal na kapaligiran. Kung paanong ang mga halaman sa Earth ay sumisipsip ng mga dumi kasama ng kanilang mga dahon at ugat at nagbibigay ng pagkain bilang kapalit, kaya ang mga halaman na nakukuha natin sa ating mga paglalakbay ay maaaring patuloy na gumana para sa atin. Kung paanong ang lahat ng bagay na umiiral sa lupa ay nabubuhay sa parehong dami ng mga gas, likido at solido, kaya tayo ay mabubuhay magpakailanman sa suplay ng bagay na kinuha natin.”
Si Tsiolkovsky ay nag-akda din ng isang proyekto para sa isang space settlement para sa isang malaking bilang ng mga naninirahan, kung saan ang pag-renew ng kapaligiran, tubig at mga mapagkukunan ng pagkain ay inayos sa pamamagitan ng isang closed cycle ng mga kemikal. Inilalarawan ni Tsiolkovsky ang gayong "kosmikong biosphere" sa isang manuskrito na isinulat niya hanggang 1933, ngunit hindi kailanman nagawang tapusin:
“Ang komunidad ay naglalaman ng hanggang isang libong tao ng parehong kasarian at lahat ng edad. Ang kahalumigmigan ay kinokontrol ng refrigerator. Kinokolekta din nito ang lahat ng labis na tubig na sumingaw ng mga tao. Ang dormitoryo ay nakikipag-usap sa isang greenhouse, kung saan ito ay tumatanggap ng purified oxygen at kung saan ito nagpapadala ng lahat ng mga produkto ng mga dumi nito. Ang ilan sa kanila ay tumagos sa lupa ng mga greenhouse sa anyo ng mga likido, ang iba ay direktang inilabas sa kanilang kapaligiran.
Kapag ang isang third ng ibabaw ng silindro ay inookupahan ng mga bintana, 87% ng pinakamalaking halaga ng liwanag ay nakuha, at 13% ay nawala. The passages are inconvenient everywhere...” (At this point the manuscript breaks off).
Mga unang pang-eksperimentong pag-install
Ang hindi natapos na manuskrito ni Tsiolkovsky, na pinamagatang "Life in the Interstellar Environment," ay inilathala ng Nauka publishing house pagkatapos ng higit sa 30 taon - noong 1964. Ang publikasyon ay pinasimulan ng pangkalahatang taga-disenyo ng teknolohiya sa espasyo, ang akademikong S.P. Korolev. Noong 1962, mayroon na siyang karanasan sa isang matagumpay na paglipad sa kalawakan na isinagawa ng unang kosmonaut na si Yu.A. Gagarin noong Abril 12, 1961, ay nagtakda ng isang panimula na bagong vector para sa pagbuo ng proyekto sa espasyo: "Kailangan nating simulan ang pagbuo ng isang" greenhouse ayon kay Tsiolkovsky ", na may unti-unting pagtaas ng mga link o mga bloke, at kailangan nating magsimulang magtrabaho sa "espasyo mga ani.” Anong mga organisasyon ang magsasagawa ng gawaing ito: sa lugar ng paggawa ng pananim at mga isyu ng lupa, kahalumigmigan, sa lugar ng mekanisasyon at teknolohiyang "light-heat-solar" at ang mga sistema ng regulasyon nito para sa mga greenhouse? .
Ang paglikha ng unang saradong artificial ecosystem sa mundo para sa mga layunin ng espasyo ay nagsimula sa isang pulong sa pagitan ng S.P. Korolev at Direktor ng Institute of Physics ng Siberian Branch ng USSR Academy of Sciences (IF SB AS USSR) L.V. Kirensky, kung saan ipinarating ni Korolev kay Kirensky ang kanyang mga panukala para sa isang "space greenhouse". Pagkatapos nito, isang serye ng mga pagpupulong ang ginanap sa Institute of Philosophy ng Siberian Branch ng USSR Academy of Sciences, kung saan napagpasyahan ang tanong kung aling departamento ang magiging batayan para sa pagbuo ng trabaho sa programa sa espasyo. Ang gawain na itinakda ni Korolev ng paglikha ng isang artipisyal na ekosistema sa isang selyadong kapsula, kung saan ang isang tao ay maaaring manatili ng mahabang panahon sa mga kondisyon sa kapaligiran na malapit sa lupa, ay ipinagkatiwala sa Kagawaran ng Protozoa. Ang hindi pangkaraniwang desisyon na ito, tulad ng nangyari sa ibang pagkakataon, ay naging tama: ito ang pinakasimpleng microalgae na ganap na nakapagbigay sa mga tripulante ng oxygen at malinis na tubig.
Mahalaga na sa parehong taon, 1964, nang mai-publish ang huling manuskrito ni Tsiolkovsky, nagsimula ang gawain sa praktikal na pag-unlad ng unang saradong artipisyal na sistemang ekolohikal sa kasaysayan, kabilang ang metabolismo ng tao sa panloob na siklo ng bagay. Sa Kagawaran ng Biophysics ng Institute of Philosophy ng Siberian Branch ng Academy of Sciences ng USSR, na kalaunan ay binago sa isang independiyenteng Institute of Biophysics ng Siberian Branch ng Academy of Sciences ng USSR, ang pagtatayo ng eksperimentong Ang pag-install ng "Bios-1" ay nagsimula sa Krasnoyarsk, kung saan ang I.I. Gitelzon at I.A. Terskov, na naging tagapagtatag ng isang bagong direksyon sa biophysics. Ang pangunahing gawain ay upang ayusin ang pagkakaloob ng oxygen at tubig sa mga tao. Ang unang pag-install ay binubuo ng dalawang bahagi: isang may presyon na cabin na may dami na 12 m3, sa loob kung saan inilagay ang isang tao, at isang espesyal na tangke ng magsasaka na may dami ng 20 litro para sa paglaki ng Chlorella vulgaris. Ang pitong eksperimento na may iba't ibang tagal (mula 12 oras hanggang 45 araw) ay nagpakita ng posibilidad na ganap na isara ang palitan ng gas, iyon ay, tinitiyak ang paggawa ng oxygen at paggamit ng carbon dioxide ng microalgae. Sa pamamagitan ng mahahalagang proseso ng chlorella, naitatag din ang sirkulasyon ng tubig, kung saan ang tubig ay dinadalisay sa halagang kinakailangan para sa pag-inom at pagtugon sa iba pang mga pangangailangan.
Sa Bios-1, ang mga eksperimento na tumatagal ng higit sa 45 araw ay hindi matagumpay, dahil tumigil ang paglaki ng microalgae. Noong 1966, upang bumuo ng isang artipisyal na ecosystem na naglalaman ng parehong mas mababa at mas mataas na mga halaman, ang Bios-1 ay na-upgrade sa Bios-2 sa pamamagitan ng pagkonekta ng isang 8 m3 phytotron sa may pressure na cabin. Ang phytotron ay isang espesyal na teknikal na aparato para sa pagpapalaki ng mas matataas na halaman: mga gulay at trigo sa ilalim ng artipisyal na pag-iilaw at mga kondisyon ng microclimate. Ang mga matataas na halaman ay nagsilbing pinagmumulan ng pagkain para sa mga tripulante at nagbigay ng air regeneration. Dahil ang mas matataas na halaman ay nagbigay din ng oxygen, posible na magsagawa ng mga eksperimento na may partisipasyon ng dalawang tester, na tumatagal ng 30, 73 at 90 araw. Ang pag-install ay pinatakbo hanggang 1970.
Ang "Bios-3" ay inilagay sa operasyon noong 1972. Ang selyadong istraktura na ito ay kasing laki ng isang 4 na silid na apartment, na nagpapatakbo pa rin ngayon, na may dami na 315 m3, ay itinayo sa basement ng Institute of Biophysics SB RAS sa Krasnoyarsk. Sa loob, ang pag-install ay nahahati sa pamamagitan ng hermetic bulkheads na may airlocks sa apat na compartment: dalawang greenhouse ng mga nakakain na halaman na lumago sa phytotrons gamit ang hydroponics, na hindi nangangailangan ng lupa, isang compartment para sa pag-aanak ng chlorella na gumagawa ng oxygen at malinis na tubig, at isang compartment para sa pagtanggap ng mga tripulante. mga miyembro. Ang living compartment ay naglalaman ng mga tulugan, kusina at silid-kainan, banyo, control panel, at kagamitan para sa pagproseso ng mga produkto ng halaman at pagtatapon ng basura.
Sa mga phytotron, pinalaki ng mga tripulante ang mga espesyal na lahi ng dwarf na uri ng trigo na naglalaman ng isang minimum na hindi nakakain na biomass. Ang mga gulay ay lumago din: mga sibuyas, pipino, labanos, litsugas, repolyo, karot, patatas, beets, kastanyo at dill. Ang Central Asian oilseed plant na "chufa" ay napili, na nagsilbi bilang isang mapagkukunan ng mga taba ng gulay na mahalaga para sa katawan ng tao. Nakuha ng mga tripulante ang kinakailangang mga protina sa pamamagitan ng pagkain ng de-latang karne at isda.
Sampung pang-eksperimentong kolonisasyon ang isinagawa sa Bios-3 sa buong 1970s at unang bahagi ng 1980s. Tatlo sa kanila ay tumagal ng ilang buwan. Ang pinakamahabang karanasan ng tuluy-tuloy na kumpletong paghihiwalay ng isang tripulante ng tatlo ay tumagal ng 6 na buwan - mula Disyembre 24, 1972 hanggang Hunyo 22, 1973. Ang eksperimentong ito ay may isang kumplikadong istraktura at isinagawa sa tatlong yugto. Ang bawat yugto ay may sariling komposisyon ng mga mananaliksik. Ang mga MP ay salit-salit na matatagpuan sa loob ng instalasyon. Shilenko, N.I. Petrov at N.I. Bugreev, na nagtrabaho ng 4 na buwan bawat isa. Ang kalahok sa eksperimento na si V.V. Nanatili si Terskikh sa Bios-3 sa lahat ng 6 na buwan.
Ang Bios-3 phytotrons ay gumawa ng sapat na ani ng butil at gulay bawat araw. Ginugol ng mga tripulante ang karamihan ng kanilang oras sa pagtatanim ng mga nakakain na halaman mula sa mga buto, pag-aani at pagproseso ng mga pananim, pagluluto ng tinapay at pagluluto. Noong 1976-1977 Isang eksperimento ang isinagawa na tumagal ng 4 na buwan, kung saan dalawang tester ang kasangkot: G.Z. Asinyarov at N.I. Bugreev. Mula sa taglagas ng 1983 hanggang sa tagsibol ng 1984, isang 5-buwang eksperimento ang isinagawa kasama ang pakikilahok ng N.I. Bugreeva at S.S. Alekseev, na nakumpleto ang gawain ng Bios. N.I. Sa gayon ay nagtakda si Bugreev ng isang ganap na rekord sa oras na iyon para sa pananatili sa isang saradong artipisyal na kapaligiran, na nanirahan sa pag-install para sa kabuuang 15 buwan. Sa huling bahagi ng 1980s, ang programa ng Bios ay natigil nang huminto ang pagpopondo ng pamahalaan.
"Biosphere" sa likod ng salamin
Kinuha ng mga Amerikano ang baton sa paglikha ng isang saradong tirahan. Noong 1984, sinimulan ng Space Biospheres Ventures ang pagbuo ng Biosphere 2, isang saradong experimental complex sa isang site na matatagpuan sa Arizona Desert ng United States.
Ang mga ideologist ng "Biosphere-2" ay sina Mark Nelson at John Allen, na napuno ng mga ideya ng V.I. Vernadsky, na pinagsasama ang halos 20 siyentipiko sa ibang bansa batay sa doktrina ng biosphere. Sa USSR, ang Mysl publishing house ay nag-publish ng isang libro ng grupong ito ng mga may-akda, "Biosphere Catalog," na naglalarawan sa paparating na eksperimento. Sumulat sina Allen at Nelson tungkol sa kanilang mga layunin na lumikha ng "kosmikong biosphere": "Sandatahan ng magagandang plano, ideya at modelo ng Vernadsky at iba pang mga siyentipiko, ang sangkatauhan ay masigasig na isinasaalang-alang hindi lamang ang mga posibleng paraan ng pakikipag-ugnayan sa biosphere, kundi pati na rin ang mga paraan ng pagtulong. "mitosis." nito, na inaangkop ang ating buhay sa lupa para sa ganap na pakikilahok sa kapalaran ng Cosmos mismo sa pamamagitan ng paglikha ng pagkakataong maglakbay at manirahan sa kalawakan."
Ang "Biosphere-2" ay isang istraktura ng kapital na gawa sa salamin, kongkreto at bakal, na matatagpuan sa isang lugar na 1.27 ektarya. Ang dami ng complex ay higit sa 200 thousand m3. Ang sistema ay selyadong, ibig sabihin, maaari itong ganap na ihiwalay mula sa panlabas na kapaligiran. Sa loob nito, ang aquatic at terrestrial ecosystem ng biosphere ay artipisyal na muling nilikha: isang mini-karagatan na may artipisyal na bahura na gawa sa mga korales, isang tropikal na kagubatan - gubat, savanna, kakahuyan ng mga matinik na halaman, disyerto, tubig-tabang at tubig-alat na mga latian. Ang huli ay kinuha ang anyo ng isang paikot-ikot na kama ng ilog, na binaha ng isang artipisyal na karagatan - isang estero na tinanim ng mga bakawan. Ang mga biyolohikal na komunidad ng mga ecosystem ay kinabibilangan ng 3,800 species ng mga hayop, halaman at microorganism. Sa loob ng Biosphere 2 mayroong mga residential apartment para sa mga kalahok sa eksperimento at mga lugar ng agrikultura, na bumubuo sa isang buong ranch na tinatawag na Sun Space.
Noong Setyembre 26, 1991, 8 katao ang nakahiwalay sa loob ng complex ng mga gusali - 4 na lalaki at 4 na babae. Ang mga eksperimento - "bionauts", kabilang ang ideologist ng proyekto, si Mark Nelson, ay nakikibahagi sa tradisyunal na agrikultura - paglaki ng bigas. Para sa layuning ito, ginamit ang mga bukid sa kanayunan at mga bakahan, ginamit ang lubos na maaasahang mga kasangkapan, na kailangang palakasin lamang ng lakas ng kalamnan ng tao. Ang mga damo, palumpong at puno ay itinanim sa loob ng instalasyon. Ang mga mananaliksik ay nagtanim ng palay at trigo, kamote at beets, saging at papaya, gayundin ng iba pang pananim, na magkakasamang naging posible upang makakuha ng 46 na uri ng iba't ibang pagkain ng halaman. Ang pagkain ng karne ay ibinigay ng pagsasaka ng mga hayop. Ang sakahan ng mga hayop ay may mga manok, kambing at baboy. Bilang karagdagan, ang mga bionauts ay nag-alaga ng isda at hipon.
Ang mga paghihirap ay nagsimula halos kaagad pagkatapos magsimula ang eksperimento. Pagkaraan ng isang linggo, isang Biosphere-2 technician ang nag-ulat na ang dami ng oxygen sa atmospera ay unti-unting bumababa at ang konsentrasyon ng carbon dioxide ay tumataas. Napag-alaman din na ang sakahan ay nagbigay lamang ng 83% ng kinakailangang diyeta ng mga mananaliksik. Bilang karagdagan, noong 1992, ang pagpaparami ng mga peste na gamu-gamo ay sumira sa halos lahat ng mga pananim na palay. Nanatiling maulap ang panahon sa buong taglamig ng taong ito, na humantong sa pagbaba sa produksyon ng oxygen at nutrisyon ng halaman. Naging acidified ang artipisyal na karagatan dahil sa pagkatunaw ng malaking volume ng carbon dioxide sa tubig nito, na naging sanhi ng pagkamatay ng coral reef. Nagsimula ang pagkalipol ng mga hayop sa gubat at savannah. Sa loob ng dalawang taon, ang konsentrasyon ng oxygen sa likod ng salamin ay bumaba sa 14% sa halip na ang orihinal na 21% ayon sa dami.
Ang Bionauts ay lumabas noong Setyembre 1993, pagkatapos ng dalawang taong pananatili sa likod ng salamin. Ito ay pinaniniwalaan na ang Biosphere 2 ay isang pagkabigo. Dahil sa maliit na sukat ng modelo, ang "ecological catastrophe" dito ay naganap nang napakabilis at ipinakita ang lahat ng pinsala. makabagong paraan pamamahala ng tao, na lumilikha ng mga problema sa kapaligiran: kakulangan ng nutrisyon, pag-alis ng biomass, polusyon ng atmospera at hydrosphere, pagbawas ng pagkakaiba-iba ng mga species. Ang karanasan sa Biosphere-2 ay may malaking ideolohikal na kahalagahan. Ang isa sa mga "bionaut", si Jane Poynter, na nagbibigay ng mga lektura pagkatapos ng pagtatapos ng eksperimento sa "Biosphere-2", ay nagsabi: "Dito lamang sa unang pagkakataon napagtanto ko kung gaano umaasa ang isang tao sa biosphere - kung ang lahat ng mga halaman mamatay, kung gayon ang mga tao ay walang makahinga at walang makakain. Kung marumi ang lahat ng tubig, wala nang maiinom ang mga tao.” Ang Biosphere-2 complex ay bukas pa rin sa publiko, dahil naniniwala ang mga may-akda nito na lumikha sila ng panimulang bagong batayan para sa pampublikong edukasyon sa larangan ng pangangalaga sa kapaligiran.
Mga prototype ng mga habitable space station
Ang mga pag-install na ginawa noong ikalawang kalahati ng 1990s sa simula ay may malinaw na layunin - ang pagmomodelo ng sistema ng suporta sa buhay ng isang spacecraft o habitable base para sa mga kondisyon ng paglipad at paggalugad ng Mars o ng Buwan. Mula 1998 hanggang 2001, isinagawa ang pananaliksik sa Japan sa CEEF (Closed Ecological Experimental Facility), na isang closed artificial ecosystem. Ang layunin ng mga eksperimento ay pag-aralan ang mga closed cycle ng gas exchange, sirkulasyon ng tubig at nutrisyon habang ginagaya ang mga kondisyon ng isang Martian habitable base. Kasama sa complex ang isang bloke ng phytotron para sa mga lumalagong halaman, isang kompartimento para sa pag-aanak ng mga alagang hayop (kambing), isang espesyal na bloke ng geohydrosphere na ginagaya ang mga terrestrial at aquatic na ecosystem, at isang matitirahan na module para sa isang crew ng dalawang tao. Ang lugar ng mga pagtatanim ay 150 m2, ang module ng hayop ay 30 m2, at ang module ng tirahan ay 50 m2. Ang mga may-akda ng proyekto ay mga empleyado ng Tokyo Aerospace Institute K. Nitta at M. Oguchi. Ang pasilidad ay matatagpuan sa isla ng Honshu sa lungsod ng Rokkasho. Walang data sa mga pangmatagalang eksperimento sa paghihiwalay ng mga tao sa pasilidad na ito; ang mga resulta ng pagmomodelo ng mga kahihinatnan ng global warming at pag-aaral ng paglipat ng radionuclides sa mga panloob na daloy ng bagay ay nai-publish.
Ang pagmomodelo ng isang saradong tirahan kapag ang pagtulad sa mga pangmatagalang flight sa espasyo ay isinasagawa sa Institute of Medical and Biological Problems (IMBP) ng Russian Academy of Sciences (Moscow), na itinatag ng M.V. Keldysh at S.P. Korolev noong 1963. Ang batayan ng gawaing ito ay ang pag-aaral ng mga taong nananatili sa ilang mga kondisyon sa loob ng mahabang panahon sa loob ng Mars-500 complex. Ang eksperimento sa 520-araw na paghihiwalay ng mga tripulante ay nagsimula noong Hunyo 2010 at natapos noong Nobyembre 2011. Ang mga lalaking mananaliksik ay nakibahagi sa eksperimento: A.S. Sitev, S.R. Kamolov, A.E. Smoleyevsky (Russia), Diego Urbina (Italy), Charles Romain (France), Wang Yue (China). Kasama sa isa sa mga module ng complex ang isang greenhouse para sa lumalagong mga gulay. Ang lugar ng pagtatanim ay hindi lalampas sa 14.7 m2 sa dami ng 69 m3. Ang greenhouse ay nagsilbi bilang isang mapagkukunan ng mga bitamina, pandagdag at pagpapabuti ng diyeta ng mga kalahok sa eksperimento. Ang Mars-500 complex ay nakabatay sa physico-chemical, sa halip na biological, na mga proseso ng pagbibigay sa mga tripulante ng oxygen at malinis na tubig gamit ang mga reserbang de-latang pagkain, at samakatuwid ay naiiba nang malaki sa pag-install ng Bios-3.
Ang pinakakonseptong malapit sa proyekto ng Bios ay ang Chinese complex na "Yuegong-1" ("Moon Palace"). Ang complex ay nagpaparami ng mga kondisyon ng isang lunar base. Ang Yuegong-1 ay binuo sa Beijing University of Aeronautics and Astronautics ni Propesor Li Hong. Pinayuhan ng mga siyentipiko mula sa Moscow at Krasnoyarsk ang mga tagalikha ng Chinese complex.
Ang Yuegong-1 complex ay sumasakop sa isang lugar na 160 m2 na may dami na 500 m3 at binubuo ng tatlong semi-cylindrical na mga module. Ang unang module ay isang residential module, na naglalaman ng isang wardroom, mga cabin para sa tatlong miyembro ng crew, isang sistema ng pagproseso ng basura at isang silid para sa personal na kalinisan. Ang natitirang dalawang module ay nagtataglay ng mga greenhouse para sa produksyon ng pagkain ng halaman. Ang mga nilinang na halaman ay binubuo ng higit sa 40% ng pagkain ng mga tripulante. Ang paghihiwalay ng kapaligiran sa pag-install sa tubig at hangin ay 99%.
Ang pagtatayo ng pag-install ng Yuegong-1 ay natapos noong Nobyembre 9, 2013. Mula Disyembre 23 hanggang Disyembre 30, 2014, ang mga tagasubok, na dalawang estudyante sa unibersidad, ay nagsagawa ng pagsubok na pag-aayos ng "Moon Palace". Ang mismong eksperimento ay isinagawa sa loob ng 105 araw - mula Pebrero 3 hanggang Mayo 20, 2014. Kasama rito ang tatlong tripulante: isang lalaki, si Xie Beizhen, at dalawang babae, sina Wang Minjuan at Dong Cheni. Ang eksperimento ay matagumpay at malawak na sakop sa Chinese media. Konklusyon
Ang ipinakita na kasaysayan ng paglikha ng mga saradong artipisyal na ekosistema ay isang fragment ng pandaigdigang makasaysayang proseso ng pag-unlad ng tao. Ang tao, salamat sa kanyang mga kakayahan sa pag-iisip, ay lumikha ng mga praktikal na astronautika at pinatunayan ang kanyang kakayahang lumampas sa planeta. Ang isang malalim na pag-aaral ng mga mekanismo ng biosphere para sa pagtatayo at paggana ng tirahan ay magpapahintulot sa mga tao na lumikha ng kanais-nais na mga kondisyon sa mga planeta at kanilang mga satellite, asteroid, at iba pang mga cosmic na katawan. Ang aktibidad na ito ay magiging posible upang mapagtanto ang kahulugan ng pagkakaroon ng tao.
SA AT. Sumulat si Vernadsky tungkol sa pagkalat ng buhay sa buong Earth at outer space. Tanging isang tao lamang na may kanyang katalinuhan ang may kakayahang manguna sa pagpapalawak pa ng ating biosphere, hanggang sa paggalugad sa mga na-explore na hangganan ng Cosmos. Kailangang palawakin ng sangkatauhan ang biosphere sa mga asteroid at kalapit na mga cosmic na katawan upang higit pa, lampas sa pinag-aralan na mga limitasyon ng Uniberso. Ito ay mahalaga para sa pagpapanatili hindi lamang sa ating biosphere, kundi pati na rin sa mga species ng tao mismo. Bilang resulta ng pag-unlad na inisip ni Tsiolkovsky, una sa malapit-Earth space, ang Solar system, at pagkatapos ng malalim na kalawakan, maaaring mabuo ang mga dinamikong populasyon ng sangkatauhan - iyon ay, ang ilang mga tao ay permanenteng maninirahan sa mga base ng kalawakan sa labas ng Earth. Ang kasaysayan bilang isang agham, kung gayon, ay lalampas sa planetary framework at magiging tunay na kasaysayan ng hindi lamang ng Earth, kundi pati na rin ng Cosmos.
1. Ang mundo ng pilosopiya. Sa 2 tomo T. 2. M., 1991. 624 p.
2. Tsiolkovsky K.E. Paggalugad ng espasyo sa industriya: koleksyon ng mga gawa. M., 1989. 278 p.
3. Mga kopya ng mga manuskrito ni K.E. Tsiolkovsky [Electronic na mapagkukunan]. URL: http://tsiolkovsky.org/wp-content/up-loads/2016/02/ZHizn-v-mezhzvezdnoj-srede.pdf (petsa ng access: 04/25/2017).
4. Grishin Yu.I. Mga artificial space ecosystem. M., 1989. 64 p. (Bago sa buhay, agham, teknolohiya. Serye "Cosmonautics, Astronomy". No. 7).
5. Gitelzon I.I., Degermendzhi A.G., Tikhomirov A.A. Mga saradong sistema ng suporta sa buhay // Agham sa Russia. 2011. Bilang 6. P. 4-10.
6. Degermendzhi A.G., Tikhomirov A.A. Paglikha ng mga artipisyal na saradong ecosystem para sa mga layunin ng terrestrial at espasyo // Bulletin ng Russian Academy of Sciences. 2014. T. 84, No. 3. P. 233-240.
7. Catalog ng biosphere. M., 1991. 253 p.
8. Nelson M., Dempster W.F., Allen J.P. "Modular Biospheres" - Mga Bagong Testbed na Platform para sa Pampublikong Edukasyon at Pananaliksik sa Pangkapaligiran // Mga Pagsulong sa Pananaliksik sa Kalawakan. 2008. Vol. 41, hindi. 5. R. 787-797.
9. Nitta K. The CEEF, Closed Ecosystem as a Laboratory for Determining the Dynamics of Radioactive Isotopes // Ibid. 2001. Vol. 27, hindi. 9. R. 1505-1512.
10. Grigoriev A.I., Morukov B.V. "Mars-500": mga paunang resulta // Earth at ang Uniberso. 2013. Bilang 3. P. 31-41.
11. Paveltsev P. "Yuegun-1" - ang kahalili ng proyekto ng BIOS-3 // Cosmonautics News. 2014. T. 24, blg. 7. pp. 63-65.
Kailangan ng sangkatauhan ang lahat ng kaalaman na nakolekta ng mga siyentipiko sa daan-daang taon upang simulan ang mga paglipad sa kalawakan. At pagkatapos ang tao ay nahaharap sa isang bagong problema - para sa kolonisasyon ng iba pang mga planeta at malayuan na mga flight, kinakailangan upang bumuo ng isang saradong ecosystem, kabilang ang pagbibigay ng mga astronaut ng pagkain, tubig at oxygen. Ang paghahatid ng pagkain sa Mars, na matatagpuan 200 milyong kilometro mula sa Earth, ay mahal at mahirap; magiging mas lohikal na maghanap ng mga paraan upang makagawa ng mga produkto na madaling ipatupad sa paglipad at sa Red Planet.
Paano nakakaapekto ang microgravity sa mga buto? Anong mga gulay ang hindi nakakapinsala kung itatanim sa mabigat na metal na lupa sa Mars? Paano mag-set up ng isang plantasyon sa board ng isang spaceship? Ang mga siyentipiko at astronaut ay naghahanap ng mga sagot sa mga tanong na ito sa loob ng higit sa limampung taon.
Ang ilustrasyon ay nagpapakita ng Russian cosmonaut na si Maxim Suraev na nakayakap sa mga halaman sa Lada installation sakay ng International Space Station, 2014.
Sumulat si Konstantin Tsiolkovsky sa "The Goals of Astronomy": "Isipin natin ang isang mahabang conical surface o funnel, ang base o malawak na pagbubukas nito ay natatakpan ng isang transparent na spherical surface. Direkta itong nakaharap sa Araw, at umiikot ang funnel sa mahabang axis nito (taas). Sa opaque na panloob na mga dingding ng kono ay may isang layer ng basa-basa na lupa na may mga halaman na nakatanim dito." Kaya iminungkahi niya ang artipisyal na paglikha ng gravity para sa mga halaman. Dapat piliin ang mga halaman na masagana, maliit, walang makapal na putot at mga bahagi na hindi nakalantad sa araw. Sa ganitong paraan, ang mga kolonisador ay maaaring bahagyang mabigyan ng biologically active substances at microelements at oxygen at tubig ay maaaring muling mabuo.
Noong 1962 punong taga-disenyo Itinakda ng OKB-1 Sergei Korolev ang gawain: "Kailangan nating simulan ang pagbuo ng "Greenhouse (OR) ayon kay Tsiolkovsky," na may unti-unting pagtaas ng mga link o mga bloke, at kailangan nating magsimulang magtrabaho sa "mga cosmic harvests."
Manuskrito ni K.E. Tsiolkovsky "Album ng paglalakbay sa kalawakan", 1933.
Inilunsad ng USSR ang unang artipisyal na Earth satellite sa orbit noong Oktubre 4, 1957, dalawampu't dalawang taon pagkatapos ng kamatayan ni Tsiolkovsky. Noong Nobyembre ng parehong taon, ang mongrel na si Laika ay ipinadala sa kalawakan, ang una sa mga aso na dapat magbukas ng daan patungo sa kalawakan para sa mga tao. Namatay si Laika dahil sa sobrang pag-init sa loob lamang ng limang oras, kahit na ang flight ay binalak para sa isang linggo - para sa oras na ito ay may sapat na oxygen at pagkain.
Iminungkahi ng mga siyentipiko na ang problema ay lumitaw dahil sa isang genetically tinutukoy na oryentasyon - ang punla ay dapat mag-abot patungo sa liwanag, at ang ugat - sa kabaligtaran ng direksyon. Pinahusay nila ang Oasis, at ang susunod na ekspedisyon ay kumuha ng mga bagong buto sa orbit.
Lumaki na ang sibuyas. Iniulat ni Vitaly Sevastyanov sa Earth na ang mga arrow ay umabot sa sampu hanggang labinlimang sentimetro. “Anong mga palaso, anong busog? Naiintindihan namin, ito ay isang biro, binigyan ka namin ng mga gisantes, hindi sibuyas, ”sabi nila mula sa Earth. Sumagot ang flight engineer na ang mga astronaut ay nakakuha ng dalawang bombilya mula sa bahay upang itanim ang mga ito nang higit sa plano, at tiniyak ang mga siyentipiko - halos lahat ng mga gisantes ay sumibol.
Ngunit ang mga halaman ay tumangging mamukadkad. Sa yugtong ito sila ay namatay. Ang parehong kapalaran ay naghihintay sa mga tulip, na namumulaklak sa pag-install ng Buttercup sa North Pole, ngunit hindi sa kalawakan.
Ngunit maaari kang kumain ng mga sibuyas, na matagumpay na ginawa ng mga kosmonaut na sina V. Kovalenok at A. Ivanchenkov noong 1978: "Mahusay ang iyong ginawa. Baka ngayon payagan na tayong kumain ng sibuyas bilang gantimpala."
Teknolohiya - kabataan, 1983-04, pahina 6. Mga gisantes sa pag-install ng Oasis
Noong Abril 1980, natanggap ng mga kosmonaut na sina V. Ryumin at L. Popov ang pag-install ng "Malachite" na may mga namumulaklak na orchid. Ang mga orchid ay nakakabit sa balat ng mga puno at mga guwang, at naniniwala ang mga siyentipiko na maaaring hindi sila madaling kapitan ng geotropism - ang kakayahan ng mga organo ng halaman na mahanap at lumaki sa isang tiyak na direksyon na may kaugnayan sa gitna ng mundo. Ang mga bulaklak ay nahulog pagkatapos ng ilang araw, ngunit ang mga orchid ay nabuo ng mga bagong dahon at aerial roots. Maya-maya, ang mga tauhan ng Sobyet-Vietnamese mula sa V. Gorbatko at Pham Tuay ay nagdala ng isang matandang Arabidopsis.
Ang mga halaman ay hindi nais na mamukadkad. Ang mga buto ay sumibol, ngunit, halimbawa, ang orkidyas ay hindi namumulaklak sa kalawakan. Kailangan ng mga siyentipiko na tulungan ang mga halaman na makayanan ang kawalan ng timbang. Ginawa ito, bukod sa iba pang mga bagay, gamit ang electrical stimulation ng root zone: naniniwala ang mga siyentipiko na ang electromagnetic field ng Earth ay maaaring makaimpluwensya sa paglago. Ang isa pang pamamaraan ay nagsasangkot sa plano na inilarawan ni Tsiolkovsky upang lumikha ng artipisyal na gravity - ang mga halaman ay lumaki sa isang centrifuge. Nakatulong ang centrifuge - ang mga sprouts ay nakatuon kasama ang vector ng centrifugal force. Sa wakas, nakamit ng mga astronaut ang kanilang layunin. Ang Arabidopsis ay namumulaklak sa Light Block.
Sa kaliwa sa larawan sa ibaba ay ang Fiton greenhouse na sakay ng Salyut 7. Sa unang pagkakataon sa orbital greenhouse na ito, ang rhizoid ng Thal (Arabidopsis) ay dumaan sa isang buong siklo ng pag-unlad at gumawa ng mga buto. Sa gitna ay ang "Svetoblok", kung saan ang Arabidopsis ay namumulaklak sa unang pagkakataon sakay ng Salyut-6. Sa kanan ay ang on-board na greenhouse na "Oasis-1A" sa istasyon ng Salyut-7: nilagyan ito ng isang sistema ng dosed semi-awtomatikong pagtutubig, aeration at electrical stimulation ng mga ugat at maaaring ilipat ang mga vegetation vessel na may mga halaman na may kaugnayan sa pinagmumulan ng liwanag.
"Fiton", "Svetoblok" at "Oasis-1A"
Pag-install ng "Trapezium" para sa pag-aaral ng paglago at pag-unlad ng mga halaman.
Mga set na may mga buto
Log ng flight ng istasyon ng Salyut-7, mga sketch ni Svetlana Savitskaya
Ang unang awtomatikong greenhouse sa mundo, si Svet, ay na-install sa istasyon ng Mir. Ang mga kosmonaut ng Russia ay nagsagawa ng anim na eksperimento sa greenhouse na ito noong 1990-2000s. Nagtanim sila ng litsugas, labanos at trigo. Noong 1996-1997, ang Institute of Medical and Biological Problems ng Russian Academy of Sciences ay nagplano na palaguin ang mga buto ng halaman na nakuha sa espasyo - iyon ay, upang gumana sa dalawang henerasyon ng mga halaman. Para sa eksperimento, pumili kami ng hybrid ng ligaw na repolyo na may taas na dalawampung sentimetro. Ang halaman ay may isang sagabal - ang mga astronaut ay kailangang mag-pollinate.
Ang resulta ay kawili-wili - ang mga buto ng ikalawang henerasyon ay natanggap sa kalawakan, at sila ay sumibol pa. Ngunit ang mga halaman ay lumago sa anim na sentimetro sa halip na dalawampu't lima. Margarita Levinskikh, mananaliksik sa Institute of Medical and Biological Problems ng Russian Academy of Sciences, nagsasabi na ang kahanga-hangang gawain ng polinasyon ng halaman ay isinagawa ng American astronaut na si Michael Fossum.
Roscosmos video tungkol sa paglaki ng mga halaman sa kalawakan. Sa 4:38 - mga halaman sa istasyon ng Mir
Noong Abril 2014, ang Dragon cargo ship ng SpaceX ay naghatid ng Veggie greens growing facility sa International Space Station, at noong Marso, sinimulan ng mga astronaut na subukan ang orbital planter. Kinokontrol ng pag-install ang supply ng liwanag at nutrient. Noong Agosto 2015, sa menu ng mga astronaut, lumaki sa mga kondisyon ng microgravity.
Ang litsugas ay lumago sa International Space Station
Ito ang maaaring hitsura ng isang plantasyon sa isang istasyon ng espasyo sa hinaharap.
Sa Russian segment ng International Space Station mayroong Lada greenhouse para sa Plants-2 experiment. Sa katapusan ng 2016 o simula ng 2017, lalabas ang bersyon ng Lada-2 sa board. Ang Institute of Medical and Biological Problems ng Russian Academy of Sciences ay nagtatrabaho sa mga proyektong ito.
Ang space horticulture ay hindi limitado sa zero-gravity na mga eksperimento. Upang kolonisahin ang iba pang mga planeta, ang mga tao ay kailangang bumuo ng agrikultura sa lupa na naiiba sa lupa, at sa isang kapaligiran na may ibang komposisyon. Noong 2014, ang biologist na si Michael Mautner ay nagluto ng asparagus at patatas sa meteorite soil. Upang makakuha ng lupa na angkop para sa paglilinang, ang meteorite ay giniling sa pulbos. Sa eksperimento, napatunayan niya na ang bacteria, microscopic fungi at mga halaman ay maaaring tumubo sa lupang extraterrestrial na pinagmulan. Ang materyal ng karamihan sa mga asteroid ay naglalaman ng mga phosphate, nitrates at kung minsan ay tubig.
Asparagus na lumago sa meteorite na lupa
Sa kaso ng Mars, kung saan maraming buhangin at alikabok, hindi na kakailanganin ang paggiling ng bato. Ngunit ang isa pang problema ay lilitaw - ang komposisyon ng lupa. Ang lupa ng Mars ay naglalaman ng mga mabibigat na metal, isang mas mataas na halaga nito sa mga halaman ay mapanganib para sa mga tao. Ginaya ng mga siyentipiko mula sa Holland ang lupa ng Martian at, mula noong 2013, ay nagtanim ng sampung pananim ng ilang uri ng halaman dito.
Bilang resulta ng eksperimento, natuklasan ng mga siyentipiko na ang nilalaman ng mabibigat na metal sa mga gisantes, labanos, rye at mga kamatis na itinanim sa kunwa ng lupa ng Martian ay hindi mapanganib para sa mga tao. Patuloy na pinag-aaralan ng mga siyentipiko ang patatas at iba pang pananim.
Sinusuri ng Researcher Wager Wamelink ang mga halaman na lumaki sa simulate na lupa ng Martian. Larawan: Joep Frissel/AFP/Getty Images
Metal Content ng Mga Pananim na Inani sa Earth at sa Simulated Moon at Mars Soils
Isa sa mga mahahalagang gawain ay ang lumikha ng isang closed life support cycle. Ang mga halaman ay tumatanggap ng carbon dioxide at basura ng crew, bilang kapalit ay nagbibigay sila ng oxygen at gumagawa ng pagkain. Ang mga siyentipiko ay may posibilidad na gumamit ng single-celled algae chlorella bilang pagkain, na naglalaman ng 45% na protina at 20% na taba at carbohydrates. Ngunit ang teoretikal na masustansyang pagkain na ito ay hindi natutunaw ng mga tao dahil sa siksik na pader ng selula. May mga paraan upang malutas ang problemang ito. Maaaring masira ang mga cell wall gamit ang mga teknolohikal na pamamaraan gamit ang heat treatment, fine grinding o iba pang mga pamamaraan. Maaari kang kumuha ng mga enzyme na partikular na binuo para sa chlorella, na dadalhin ng mga astronaut kasama ng pagkain. Ang mga siyentipiko ay maaari ring bumuo ng GMO chlorella, ang pader nito ay maaaring masira ng mga enzyme ng tao. Ang Chlorella ay kasalukuyang hindi ginagamit para sa nutrisyon sa kalawakan, ngunit ginagamit sa mga saradong ecosystem upang makagawa ng oxygen.
Ang eksperimento sa chlorella ay isinagawa sakay ng Salyut-6 orbital station. Noong 1970s, pinaniniwalaan pa rin na ang pagiging nasa microgravity ay walang negatibong epekto sa katawan ng tao - napakakaunting impormasyon. Sinubukan din nilang pag-aralan ang epekto sa mga buhay na organismo gamit ang chlorella, na ang ikot ng buhay ay tumatagal lamang ng apat na oras. Maginhawang ihambing ito sa chlorella na lumaki sa Earth.
Ang IFS-2 na aparato ay inilaan para sa lumalaking fungi, tissue culture at microorganism, at mga hayop sa tubig.
Mula noong 70s, ang mga eksperimento sa mga saradong sistema ay isinagawa sa USSR. Noong 1972, nagsimula ang gawain ng "BIOS-3" - ang sistemang ito ay may bisa pa rin. Ang complex ay nilagyan ng mga silid para sa lumalagong mga halaman sa kinokontrol na artipisyal na mga kondisyon - phytotrons. Nagtanim sila ng trigo, soybeans, chufu lettuce, carrots, radishes, beets, patatas, cucumber, sorrel, repolyo, dill at mga sibuyas. Nakamit ng mga siyentipiko ang halos 100% closed cycle sa tubig at hangin at hanggang 50-80% sa nutrisyon. Ang mga pangunahing layunin ng International Center for Closed Ecological Systems ay pag-aralan ang mga prinsipyo ng paggana ng mga naturang sistema na may iba't ibang antas ng pagiging kumplikado at bumuo ng siyentipikong batayan para sa kanilang paglikha.
Ang isa sa mga high-profile na eksperimento na ginagaya ang isang flight sa Mars at bumalik sa Earth ay. Sa loob ng 519 araw, anim na boluntaryo ang itinago sa isang saradong complex. Ang eksperimento ay inorganisa ng Rocosmos at ng Russian Academy of Sciences, at naging kasosyo ang European Space Agency. Mayroong dalawang mga greenhouse na "nakasakay sa barko" - ang lettuce ay lumago sa isa, ang mga gisantes ay lumago sa isa pa. Sa kasong ito, ang layunin ay hindi upang palaguin ang mga halaman sa mga kondisyon na malapit sa espasyo, ngunit upang malaman kung gaano kahalaga ang mga halaman para sa mga tripulante. Samakatuwid, ang mga pintuan ng greenhouse ay tinatakan ng isang opaque na pelikula at isang sensor ay na-install upang i-record ang bawat pagbubukas. Sa larawan sa kaliwa, nagtatrabaho ang tripulante ng Mars 500 na si Marina Tugusheva sa mga greenhouse bilang bahagi ng isang eksperimento.
Ang isa pang eksperimento sa board na "Mars-500" ay GreenHouse. Sa video sa ibaba, ang miyembro ng ekspedisyon na si Alexey Sitnev ay nagsasalita tungkol sa eksperimento at nagpapakita ng isang greenhouse na may iba't ibang mga halaman.
Ang tao ay magkakaroon ng maraming pagkakataon. Ito ay may panganib na bumagsak sa panahon ng landing, nagyeyelo sa ibabaw, o sa simpleng hindi paggawa nito. At, siyempre, mamatay sa gutom. Ang paglaki ng halaman ay kinakailangan para sa pagbuo ng isang kolonya, at ang mga siyentipiko at astronaut ay nagtatrabaho sa direksyon na ito, na nagpapakita ng mga matagumpay na halimbawa ng paglaki ng ilang mga species hindi lamang sa mga kondisyon ng microgravity, kundi pati na rin sa simulate na lupa ng Mars at ng Buwan. Ang mga colonist sa kalawakan ay tiyak na magkakaroon ng pagkakataon.
