Come Sopravvivere Fuori Dalla Terra

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Anonim
Come sopravvivere al di fuori della Terra: biosfera, colonizzazione
Come sopravvivere al di fuori della Terra: biosfera, colonizzazione

Quando, infine, rimarranno le nostre tracce sui sentieri polverosi di pianeti lontani? L'umanità prepara costantemente una risposta a questa domanda, conducendo ricerche su larga scala e creando tecnologie per lo sviluppo di altri mondi.

Le parole di Konstantin Tsiolkovsky, dette più di un secolo fa, "L'umanità non rimarrà per sempre sulla Terra …" in realtà stanno appena iniziando ad avverarsi. Finora, una persona è stata in grado di allontanarsi dal suo pianeta natale solo alla distanza dell'orbita lunare, ma anche in orbite inferiori, le moderne tecnologie non possono fornire un volo con equipaggio completamente autonomo della durata di più di 3-4 mesi: dopo questo tempo, l'equipaggio della navicella avrà sicuramente bisogno di materiali di consumo consegnati dalla Terra.

Non è ancora possibile organizzare un'alimentazione adeguata, l'approvvigionamento idrico, un apporto costante di ossigeno e un utilizzo efficace dei prodotti di scarto in isolamento dalla biosfera terrestre.

In questa fase, la risposta alla domanda "Come sopravvivere nello spazio profondo?" suona così: "porta con te" una certa parte minima necessaria di questa biosfera, "costringendola" a funzionare in condizioni di bassa gravità, piccoli spazi confinati e un eccesso di radiazioni ad alta energia.

Sfortunatamente, tutti i tentativi di implementare un ciclo così chiuso, anche in condizioni "terrestri" più miti, non possono essere definiti di successo. Il più famoso di questi è senza dubbio il progetto americano "Biosphere-2", realizzato da Space Biosphere Ventures (finanziato principalmente dal miliardario Edward Bass).

Il destino della "Biosfera"

Nell'estate del 1991, in una zona desertica vicino alla città di Oracle (Arizona), fu completata la costruzione di una struttura di grandi dimensioni, che comprendeva un'enorme struttura in vetro-metallo, che copriva un'area di 1,27 ettari.

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Insieme agli edifici ausiliari, era un sistema sigillato con un volume di 203.760 m3. In questo volume è stata modellata una serie di biomi: foresta pluviale, savana, macchia mediterranea rigida, deserto, palude d'acqua dolce e salata (mangrovie) e persino un mini-oceano con barriere coralline viventi.

MARTE-500

In preparazione per un volo con equipaggio su Marte, gli specialisti russi hanno lanciato un esperimento su larga scala "Mars-500". L'obiettivo principale del progetto è studiare le peculiarità della convivenza di sei persone in una stanza isolata per lungo tempo in condizioni di comunicazione limitata con la Terra. Il complesso Mars-500 non era un sistema biologicamente chiuso; il compito di indagare sulla possibilità di autosufficienza dell'equipaggio non è stato posto per molto tempo. L'esperimento è durato 519 giorni, dal 3 giugno 2010 al 4 novembre 2011.

È vero, la loro "rappresentazione" relativa era molto diversa da quella reale - in particolare, l'oceano costituiva meno di un terzo della "Biosfera", mentre sulla Terra gli spazi acquatici occupano il 71% della superficie. Tutta questa biodiversità è stata "popolata" con quasi quattromila specie di animali, piante e microrganismi.

La loro composizione in specie è stata selezionata in modo da simulare al meglio la circolazione biosferica delle sostanze, compresa la produzione e la decomposizione della materia organica (compresa la decomposizione naturale dei rifiuti umani). I compressori giganti hanno regolato la pressione interna in modo che corrisponda alla pressione esterna, riducendo al minimo le perdite d'aria.

Il 26 settembre 1991, otto persone - quattro uomini e quattro donne - entrarono a far parte della biosfera artificiale. Dovevano trascorrere esattamente due anni in completo isolamento dal mondo esterno (avendo però la possibilità di comunicare con lui al telefono). Come cibo hanno dovuto usare altri abitanti di "Biosphere-2" - pesci, gamberi, capre, polli e maiali, oltre a verdure e frutta coltivate in aree appositamente designate.

Si presumeva che il complesso funzionasse in modo autonomo, poiché disponeva di tutte le condizioni per la normale circolazione delle sostanze. La luce solare, secondo gli scienziati, avrebbe dovuto essere sufficiente per la riproduzione dell'ossigeno da parte delle piante a causa della fotosintesi, i vermi e i microrganismi fornivano il trattamento dei rifiuti, gli insetti - l'impollinazione delle piante, ecc. La circolazione e la depurazione dell'acqua avveniva grazie al funzionamento di persiane che regolano l'illuminazione solare, le quali provocavano correnti convettive di aria calda, che contribuivano all'evaporazione dalla superficie dell'"oceano".

Condensando, l'umidità è caduta sotto forma di pioggia sulla "foresta tropicale". Da lì, è filtrato nelle "paludi" e di nuovo è entrato nell'"oceano" attraverso i filtri del suolo. Nel processo di fotosintesi, l'anidride carbonica rilasciata durante la respirazione veniva assorbita e, in teoria, avrebbe dovuto essere mantenuto il contenuto di ossigeno richiesto nell'aria. Tuttavia, sia i partecipanti diretti all'esperimento che i suoi leader "dall'esterno" potrebbero interferire in una certa misura nel funzionamento dei sistemi di supporto vitale.

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Tutti i prodotti di scarto venivano decomposti con metodi biologici, fornendo nutrimento alle piante, alcune delle quali, a loro volta, servivano da cibo per persone, pesci e animali domestici. L'uso di sostanze chimiche tossiche (insetticidi e pesticidi) è stato completamente escluso. Il controllo dei parassiti è stato effettuato con metodi "naturali": sono stati raccolti e distrutti a mano o allevati i loro nemici naturali.

Non è stato inoltre consentito l'utilizzo di fonti energetiche inquinanti per l'ambiente, come le fiamme libere. I pannelli solari fornivano energia per cucinare, illuminare e alimentare le apparecchiature.

Sembrava che tutto fosse stato preso in considerazione e si fosse costruito un mondo ideale… tuttavia, i problemi non si sono fatti attendere. La Biosfera-2 si è rivelata sovrappopolata. Le persone non avevano abbastanza cibo ad alto contenuto calorico: dovevano piantare alcune banane e papaia nella "giungla", compattare la semina dei cereali senza aumentare l'area e introdurre la distribuzione del cibo.

Al mattino, sul "deserto" sul tetto di vetro, l'acqua si è condensata e la pioggia è caduta. Era impossibile eliminarlo, quindi il deserto si "trasformava" gradualmente in una steppa. Pochi mesi dopo, le chiome di molti alberi hanno iniziato a rompersi sotto il loro stesso peso: si è scoperto che per la normale formazione del legno è estremamente necessario un fattore apparentemente insignificante come il vento.

Orto ucraino in orbita

Il primo cosmonauta dell'Ucraina indipendente, Leonid Kadenyuk, era impegnato in ricerche nel campo della biologia spaziale durante il suo volo sulla navetta Columbia. Questi includevano, in particolare, esperimenti sull'impollinazione artificiale di germogli di soia e colza al fine di ottenere semi a gravità zero. Questi studi avevano uno scopo pratico: gli equipaggi dei veicoli spaziali interplanetari che volano verso pianeti lontani avranno sicuramente bisogno di "giardini spaziali" che forniranno agli astronauti cibo e ossigeno.

Una riproduzione rapida e incontrollata di insetti e microrganismi, assorbendo attivamente l'ossigeno, iniziò molto rapidamente. Il suo contenuto nell'aria è sceso al 14% (nella norma del 21%) - questo corrisponde alla pressione parziale a un'altitudine di 4080 m sul livello del mare. Di conseguenza, lo stato di salute degli abitanti di "Biosphere-2" è peggiorato e la loro capacità lavorativa è notevolmente diminuita. Una delle donne si è tagliata un dito mentre lavorava su attrezzature agricole. Non era possibile cucirlo da soli e la vittima doveva essere evacuata "nel grande mondo".

Successivamente, la "purezza dell'esperimento" è stata completamente violata: a causa del fenomeno climatico eccessivamente attivato "El Niño", il cielo sopra l'Arizona è stato coperto di nuvole molto più spesso del previsto e non c'era abbastanza luce solare per riprodurre l'ossigeno durante la fotosintesi.

Per evitare gravi conseguenze, Edward Base decise di iniziare a pompare questo gas sotto la cupola dall'esterno. In totale, ne sono state pompate più di 20 tonnellate. Nel frattempo, gli "sperimentali", oltre alle loro principali occupazioni, hanno strenuamente sterminato scarafaggi e formiche eccessivamente allevati (principalmente hanno semplicemente premuto - non sono riusciti a trovare questi insetti tra gli abitanti della "Biosfera").

Abbastanza rapidamente, il team si è diviso in due gruppi opposti, uno dei quali ha chiesto l'immediata conclusione dell'esperimento e il secondo ha insistito sul fatto che era necessario "tenere duro fino alla fine". Poiché il desiderio di "resistere" era condiviso dalla direzione del progetto, entrambi i gruppi furono costretti a convivere sotto lo stesso tetto fino al 26 settembre 1993, quando sette abitanti emaciati ed esausti del "paradiso terrestre" lo lasciarono definitivamente. Ma anche 20 anni dopo, i rappresentanti di diversi gruppi evitano diligentemente incontri e qualsiasi altra comunicazione.

Gli scienziati non volevano abbandonare il complesso unico, quindi, già alla fine del 1993, è stato avviato il suo restauro: per due anni di esperimento, il design di "Biosphere-2" e molti dei suoi sistemi sono stati gravemente usurati. Il 6 marzo 1994, la cupola ricevette sette nuovi "residenti", tra cui una donna. Tenendo conto dell'esperienza dei loro predecessori, cinque di loro sono stati in grado di trascorrere sei mesi in un sistema chiuso - fino al 6 settembre (anche se inizialmente era stato annunciato un esperimento di dieci mesi) - e sono riusciti a organizzare l'autosufficienza alimentare, ma il i problemi con la riproduzione incontrollata di microbi e insetti non potevano essere risolti.

5 aprile 1994 Abigail Elling e Mark Van Thillo (Abigail Ailing, Mark Van Thillo) - due partecipanti al primo esperimento - riuscirono ad aprire una camera di equilibrio e tre porte di uscita di emergenza, rompendo la tenuta del complesso per un quarto d'ora. Hanno anche rotto cinque pannelli di vetro del tetto. Elling ha spiegato il suo atto con il fatto che voleva dare alle persone all'interno la scelta tra libertà e "reclusione".

Il 1 giugno 1994, Space Biospheres Ventures cessò ufficialmente di esistere, trasferendo tutte le attività (incluso il secondo esperimento) a un team di gestione temporaneo assunto da Decisions Investment Co.

A metà del 1996, dopo che la gestione della "Biosfera" è stata trasferita alla Columbia University (New York City), gli scienziati hanno lanciato un nuovo esperimento, questa volta senza la partecipazione delle persone. Stavano per scoprire se la resa aumenta davvero con l'aumento della percentuale di anidride carbonica (e in che misura), cosa succede all'anidride carbonica in eccesso e dove si accumula, e anche se è possibile un catastrofico processo inverso con un incontrollato aumento del contenuto di CO2 nell'atmosfera. Non è stato possibile ottenere risposte chiare a nessuna di queste domande.

Per molto tempo, il complesso scientifico è stato utilizzato per la pratica degli studenti e nel 2005 è stato messo in vendita. L'acquirente è stato trovato solo nell'estate del 2007. Era Ranching & Development, che intendeva costruire un hotel e un complesso educativo nelle vicinanze, e la stessa Biosphere-2 doveva diventare un'attrazione turistica accessibile al pubblico. Il 26 luglio 2007, il laboratorio unico è stato trasferito a disposizione dell'Università dell'Arizona.

… Su una delle pareti interne della "Biosfera" ci sono ancora diverse righe scritte da uno dei partecipanti alla prima missione: "Solo qui ci siamo sentiti dipendenti dalla natura circostante. Se non ci sono alberi, non avremo nulla da respirare; se l'acqua è inquinata, non avremo nulla da bere". Questa saggezza conquistata a fatica è forse il risultato più importante di un esperimento ambizioso.

Progetto BIOS

La ricerca sulla possibilità di creare sistemi biofisici stabili di biosintesi continua è iniziata poco dopo i primi voli spaziali con equipaggio. Uno dei lavori più interessanti e di successo in questa direzione è stato il progetto BIOS, lanciato dai dipendenti dell'Istituto di biofisica di Krasnoyarsk (URSS, ora Federazione Russa). Lì, sono stati sviluppati sistemi di supporto vitale per la permanenza umana nello spazio, in condizioni estreme di latitudini polari, deserti, altopiani, sott'acqua.

Nel 1964, nel sistema BIOS-1, fu implementato un sistema di supporto vitale umano-clorella a due collegamenti, chiuso in termini di scambio di gas. Le alghe assorbivano anidride carbonica e producevano ossigeno, ma non potevano essere utilizzate per il cibo.

Nel complesso BIOS-2, che iniziò a essere creato nel 1965, oltre alle alghe, erano coinvolte piante superiori: grano, verdure. Nel 1968 furono effettuati i primi esperimenti nel sistema a tre anelli "uomo - microalghe - piante superiori". Raggiunto l'85% di riutilizzo dell'acqua. Sulla base di questi esperimenti, è stato creato BIOS-3, un sistema di supporto vitale umano ecologico chiuso con controllo autonomo.

Schema di scambio di gas e acqua nel complesso sperimentale "Bios-3". I percorsi del gas sono indicati con linee arancioni, acqua - nere. Le frecce blu mostrano la direzione di marcia. Le lettere indicano: B - coltivatori di alghe clorella, G - soffiatore a gas, U - filtro a carbone attivo, C - collettori di acque reflue in cucina e servizi igienici, Q - collettore di raccolta della condensa dell'umidità nel phytotron, D - serbatoio per l'ebollizione e la conservazione dell'acqua domestica, M - collettore di urina, F - unità per il trattamento terziario di assorbimento dell'acqua potabile.

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La costruzione del complesso BIOS-3 è stata completata nel 1972. Nel seminterrato dell'Istituto di Biofisica nell'Accademia di Krasnoyarsk, è stata costruita una stanza sigillata con dimensioni di 14x9x2,5 m e un volume di circa 315 m3. Era diviso in 4 scomparti uguali, due dei quali erano occupati da fitotroni per la coltivazione delle piante, uno da coltivatori di microalghe e l'ultimo era un blocco abitativo con cabine per l'equipaggio, attrezzature domestiche e ausiliarie. Gli scomparti erano collegati da porte sigillate.

Sulla base di BIOS-Z, sono stati effettuati 10 esperimenti con equipaggi da una a tre persone. Il più lungo è durato 180 giorni (1972-1973). È stato possibile ottenere una "chiusura" completa dell'impianto per gas e acqua, il fabbisogno alimentare dell'equipaggio è stato soddisfatto dell'80% a discapito delle risorse interne. L'ingegnere Nikolai Bugreev ha vissuto nel complesso per il tempo più lungo (13 mesi in totale).

Nelle serre sotto illuminazione artificiale venivano coltivate varietà speciali di grano, soia, lattuga, chufa (coltivazione di semi oleosi dell'Asia centrale), carote, ravanelli, barbabietole, patate, cetrioli, acetosella, cavoli, aneto e cipolle. Il grano nano, allevato dal professor G. M. Lisovsky, ha gli steli accorciati, il che ha permesso di ridurre la quantità di rifiuti. Cibo in scatola con prodotti di origine animale è stato utilizzato anche per il cibo.

Alla fine degli anni '80, gli esperimenti in BIOS-Z furono temporaneamente interrotti.

Nel 1991, il Centro internazionale per i sistemi ecologici chiusi è stato istituito sotto la guida dell'accademico I. I. Gitelzon, che è diventato una suddivisione strutturale dell'Istituto di biofisica di Krasnoyarsk del ramo siberiano dell'Accademia delle scienze russa. Lo scopo della sua ricerca è creare prototipi e modelli funzionanti di ecosistemi chiusi per il supporto della vita umana a lungo termine in condizioni terrestri e spaziali estreme sulla base dello studio dei processi di circolazione delle sostanze nella biosfera terrestre.

Lo sviluppo di un nuovo modello di biosistema è iniziato a Krasnoyarsk nel 2005 con il supporto dell'Agenzia spaziale europea. Al momento, nell'ambito di questo progetto, sono in corso ricerche nel campo del riciclaggio dei rifiuti e della coltivazione di piante in ecosistemi chiusi.

La NASA progetta i biosistemi

Gli specialisti della NASA, ovviamente, non potevano stare lontani dallo sviluppo di biosistemi chiusi, che in seguito potrebbero essere utilizzati per supportare gli equipaggi delle stazioni spaziali e dei veicoli spaziali interplanetari. I loro risultati in questo settore sono molto più piccoli, ma hanno un successo commerciale tangibile.

Si tratta di un modulo biologico chiamato Ecosfera, che è una palla-acquario di vetro sigillata con un diametro di 10-20 cm, riempita di acqua di mare con una piccola bolla d'aria e "popolata" con diversi gamberetti Halocaridina rubra, pezzi di corallo, alghe e batteri che scompongono le funzioni vitali alimentari dei gamberetti. Sul fondo dell'acquario, piuttosto per ragioni estetiche, viene versata della sabbia e delle conchiglie.

Secondo le assicurazioni dei produttori, tutto questo mondo doveva essere completamente autonomo per un tempo illimitato: aveva solo bisogno della luce solare e del mantenimento di una temperatura più o meno costante. I gamberetti si moltiplicarono e morirono, però, senza andare oltre la quantità che le risorse disponibili potevano "nutrire". L'ecosfera divenne immediatamente incredibilmente popolare.

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È vero, divenne presto chiaro che la sua "eternità" era di soli 2-3 anni, dopo di che l'equilibrio biologico all'interno dell'acquario fu disturbato e i suoi abitanti morirono. Tuttavia, gli acquari ermetici sono ancora popolari - dopotutto, ogni civiltà ha la sua "durata di conservazione", e anche due anni per gli standard di un gambero non sono poi così male.

"Formicaio spaziale" sulla tua tavola

Le formiche sono creature straordinarie. Si trovano in quasi tutte le zone naturali (ad eccezione dei deserti artici). I loro antichi antenati, poco diversi dai rappresentanti moderni di questa famiglia, vivevano sulla Terra oltre 100 milioni di anni fa, come dimostrano i loro resti trovati nel limo pietrificato. È molto probabile che anche allora avessero le capacità di una "comunità collettiva" e fossero suddivisi in "caste" - formiche operaie, guerrieri, cacciatori, ecc.

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Ci sono oltre 12,5 mila specie classificate di formiche da sole. Il numero totale di questi insetti sulla Terra può raggiungere un quadrilione (un milione di miliardi, o 1015). Con una massa media di un esemplare di circa 3 mg, la loro biomassa totale risulta essere solo un ordine di grandezza inferiore alla biomassa dell'umanità, mentre ci sono circa centinaia di migliaia di formiche per persona. È ovvio che una famiglia così numerosa di esseri viventi è uno degli elementi più importanti della biosfera. Pertanto, i mirmecologi (la mirmecologia è una branca dell'entomologia che studia le formiche) sono attivamente coinvolti nella maggior parte degli studi sulla creazione di ecosistemi chiusi.

La maggior parte della vita delle formiche si svolge in rifugi sotterranei o di difficile accesso, dove è estremamente difficile osservarle. Gli scienziati hanno speso molti sforzi per risolvere questo problema. La versione più semplice dell'"osservatorio delle formiche" può essere considerata un formicaio artificiale di due pannelli di vetro trasparente (plastica) e riempitivo di sabbia tra di loro. Le osservazioni vengono effettuate in condizioni di scarsa illuminazione o raggi infrarossi.

Poiché la sabbia è opaca, in un simile formicaio puoi vedere solo i tunnel direttamente adiacenti alla parete di vetro. Inoltre, questo design è molto poco trasportabile: anche con un leggero scossone, i passaggi allineati dalle formiche si sbriciolano e collassano. Pertanto, per sperimentarli sulle astronavi dello Space Shuttle, i dipendenti della NASA hanno dovuto progettare un habitat in cui le formiche potessero vivere e costruire tunnel in grado di resistere agli effetti di improvvisi cambiamenti di gravità.

Concept per il progetto Mars One

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Per questo, è stato sviluppato uno speciale riempitivo gelatinoso, adatto alle formiche per viverci e costruire tunnel. Serve anche come fonte di cibo per loro. Questa tecnologia è stata utilizzata per costruire l'Antquarium "formicaio da tavolo", che offre a tutti gli amanti della fauna selvatica una rara opportunità di osservare l'affascinante vita di questi insetti.

L'Antquarium non è un ecosistema chiuso, ma l'approvvigionamento di acqua e sostanze nutritive (oltre all'aria) è limitato. Anche la probabilità che batteri patogeni e parassiti delle formiche vi entrino è ridotta al minimo. Pertanto, un "formicaio trasparente" può sostenere la vita dei suoi abitanti per un periodo piuttosto lungo, a condizione che vengano osservate le condizioni di luce e temperatura specificate nelle istruzioni.

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