Замкнутые биосистемы советских ученых

Разрабатывая прототипы будущих баз на луне и других планетах, в СССР сумели создать практически замкнутые системы, которые сами производили воздух, воду и частично пищу для участников эксперимента.

В 60-70-е годы в Красноярске по заказу Сергея Королёва создали прообраз космической станции, в которой люди могли месяцами жить без поступления снаружи воды, воздуха или пищи. Результат этого проекта до сих пор не повторен ни одним научным коллективом мира.

Как всё происходило? В красноярском Академгородке построили герметичный бункер, в котором поселились участники эксперимента. С собой было можно взять совсем небольшой запас воды, кислорода и пищи. Дальше всё должно было производиться и очищаться самой системой. По сути, это фактически поселение на Луне или Марсе.

Красноярские ученые в бункере дышали кислородом, который выделяли растущие в нем растения. Вода тоже очищалась внутри системы. Даже рацион «бионавтов» в значительной мере состоял из растительной пищи, которая росла в БИОСе. Эксперименты в БИОСе были более чем успешными: люди действительно смогли жить и работать в таких условиях, причем безо всякого вреда здоровью.

Институт физики им. Л. В. Киренского

Родоначальниками проекта БИОС стали «отец» космонавтики Сергей Королёв и Леонид Киренский, создатель и директор Института физики в Красноярске. Они встретились и познакомились как депутаты Верховного Совета СССР. В 1961 году по заданию Королёва в Красноярске начались работы по созданию замкнутой системы жизнеобеспечения для перспективных лунных и планетных баз. Первая экспериментальная установка (БИОС-1) появилась в 1964 году — производимого в ней водорослями кислорода было достаточно для одного человека. Затем ученые смогли увеличить время пребывания в замкнутом объеме с 12 часов до 30 суток. Позднее был замкнут и водообмен, что позволило провести 45-суточный опыт. В 1966 году были начаты эксперименты в системе «человек — микроводоросли — высшие растения» на установке БИОС-2. В ней уже выращивали овощи и пшеницу как источник пищи и средство регенерации атмосферы. К 1968 году состоялись эксперименты с экипажем из двух человек продолжительностью 30 и 73 суток, а также 90-суточный эксперимент, был достигнут 85 % уровень замкнутости системы. Эксперименты на БИОС-2 продолжались до 1970 года.

К 1973 году в подвале корпуса отделения биофизики в Академгородке построили автономную экосистему БИОС-3, имитирующую внеземное поселение людей, в которой полностью восстанавливаются использованные ими воздух, вода и, частично, пища. Она представляла собой герметичное помещение со стенами из металла площадью около 140 кв. метров и высотой 2,5 метра. Бункер был разделен на четыре равных по площади отсека: один жилой и три с растениями и водорослями. Установка стоила около 1 млн советских еще рублей (~200 млн рублей в сравнимых ценах 2015 года) и была рассчитана на пребывание в течение года до шести испытуемых.

Николай Бугреев, Владислав Терских и Николай Петров готовятся к 6-месячному эксперименту в комплексе «БИОС-3».

Полностью 6 месяцев в эксперименте участвовал только Терских, остальные исследователи менялись, так как в помещении «БИОС-3» могли разместиться только три человека (ограничения были по воздуху, исходя из площади растений). Бугреев, Шиленко и Петров участвовали в эксперименте по 2 месяца.

Фото на память перед началом 6-месячного эксперимента в «БИОС-3», слева направо: Николай Бугреев, Владислав Терских, Мария Шиленко и Николай Петров.

Идет сеанс очередной связи с испытателями в установке «БИОС-3». На связи испытатель Владислав Терских (в иллюминаторе), фото 1973 года.

Врачи обследуют Владислава Терских, фото 1973 года.

В установке «БИОС-3»

Сбор овощей для обеденного салата на «огороде» «БИОС-3».

Связь с внешним миром участников эксперимента на установке «БИОС-3» осуществляет Николай Петров с помощью переговорного пульта, фото 1973 года.

На фото запечатлен момент подготовки ко сну участника шестимесячного эксперимента в «БИОС-3» Николая Бугреева, фото 1973 года.

Николай Петров, фото 1973 года.

Теплица в бункере

В комплексе БИОС-3 провели три длительных эксперимента с экипажами численностью два и три человека. Ученым удалось достичь полного замыкания системы по воздуху и воде, при воспроизводстве пищи до 80 % от потребностей экипажа. В оранжереях при искусственном освещении выращивались пшеница, соя, салат, морковь, редис, свекла, картофель, огурцы, щавель, капуста, укроп, лук специально выведенных сортов. Продукты животного происхождения применялись в виде консервов.

Самый длительный и известный эксперимент занял 180 суток — с 24 декабря 1972 года по 22 июня 1973 года. Удалось достичь полного замыкания системы по кислороду и углекислому газу и почти полного (95 %) по воде. Экипаж получал 100 % необходимой растительной пищи (огурцы, редис, лук), выращенной в БИОСе.

Фитотронный зал: в бункере растет настоящая пшеница

Борис Ковров за пультом управления биологическими и медицинскими параметрами в установке «БИОС-3» (во время выполнения экспериментов по замыканию массообмена)

В установке «БИОС-3» с собранным урожаем пшеницы. Готовят обмолот в специально сконструированной для этого эксперимента мельнице, фото 1973 года.

Николай Петров в «БИОС-3» ведет обмолот выращенной пшеницы в специально сконструированной для этого эксперимента мельнице, эксперимент проходил 1973 году.

Получение муки из зерна, выращенного во время научного эксперимента на установке «БИОС-3»Помолом муки занимается Геннадий Асиньяров, фото 1973 года.

Участники эксперимента на экспериментальной установке «БИОС-3» приготовлением очередного обеда. Установка представляла собой замкнутую экологическую систему жизнеобеспечения с автономным управлением, фото 1973 года.

Выпечен свежий хлеб из выращенной пшеницы в экспериментальной установке «БИОС-3»

Обед участников 6-месячного эксперимента в «БИОС-3»: Мария Шиленко, ВладиславТерских и Николай Петров, фото 1973 года.

Во время шестимесячного научного эксперимента на установке «БИОС-3», представляющей собой замкнутую экологическую систему жизнеобеспечения с автономным управлением. У пульта управления установки слева направо руководители эксперимента: Генрих Лисовский, Юлий Окладников и Иосиф Гительзон, фото 1973 года.

Празднование 180-го дня эксперимента

В 1980 году академик Михаил Лаврентьев, во время визита в Красноярск, посетил отдел биофизики института. Ему представили установку «БИОС-3», в которой в 1973 году был проведен шестимесячный эксперимент

Юлий Окладников, один из руководителей эксперимента в «БИОС-3», фото 1973 года.

Иосиф Гительзон, один из руководителей эксперимента в «БИОС-3», в ходе которого экипаж их трех человек был полностью обеспечен кислородом и водой и на 30% пищевыми веществами за счет интенсивного биосинтеза специального набора зерновых и овощных культур, эксперимент проходил в 1973 году. Фото сделано в день окончания эксперимента.

В отделе биофизики разработана и изготовлена экспериментальная установка «Кулон», предназначенная для выращивания низших и высших растений в условиях космического полета. В 1980 году комплект технической документации, соответствующий утвержденным техническим условиям был передан заказчику.

Зимой 1976-1977 гг. прошел четырехмесячный эксперимент, в ноябре 1983 г. — апреле 1984 г. состоялся последний, пятимесячный эксперимент. В конце 1980-х годов финансирование проекта практически прекратилось и БИОС законсервировали.

Для его спасения в 1992 году был создан Международный центр замкнутых экологических систем, проводились совместные работы с Европейским космическим агентством и научными группами отдельных европейских стран. Но Россия тогда не нашла денег на возобновление экспериментов.

Однако красноярский опыт вовсе не пропал. Интерес к подобным работам проявили китайцы и европейцы. Именно гранты Европейского Союза стали толчком к модернизации БИОСа. Затем появилось небольшое финансирование и из российских источников, так что надежда на новые успехи еще есть.