Освоение Луны




Пятница
21.02.2020
17:25
Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0

Приветствуем Вас Гость
RSS
ГлавнаяРегистрацияВход
Разделы новостей
Вселенная
Модели и космология
Млечный путь
Новости из глубокого космоса
Межпланетные новости
Пороги новой космической эры
Космическая гонка
Ведущие космические державы заявляют о своих планах
Лунные программы
Анонсирование программ по освоению Луны
Земная орбита
Космические отели и гигантская свалка
Идеи и люди
Открытия и сегодняшняя реальность
Публичные расследования
Контроль за организациями, связанными с Космосом
На Земле
Главные события на родной планете
Online фильмы
Фантастика и документальные фильмы о Космосе и Земле
Форма входа

Календарь новостей
«  Январь 2012  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
      1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
3031
Итоги исследований
Наш опрос
Какую роль при освоении Луны будет играть женщина?
Всего ответов: 147
Поиск
Карта города Alliga Ter


Реклама:
Статистика
Рассылки Subscribe.Ru
Освоение космоса


Человек: перспективы и ресурсы - управление нервной системой
2007 © В Рунете ресурс входит
TOП-50 научные общества
TOП-50 наука, психология


Главная » 2012 » Январь » 5 » Проект "Пищевые инкубаторы для длительных космических экспедиций"
Проект "Пищевые инкубаторы для длительных космических экспедиций"
00:12
Космические планктацииСовременные системы  жизнеобеспечения космических кораблей не позволяют регенерировать пищевые продукты, но дальние космические экспедиции будущего потребуют полной автономности [1]. На сегодняшний день возобновляемость пищевых продуктов предполагается обеспечивать за счет выращивание растений, в специальных отсеках, или модулях – «Космических плантациях» или «Оранжереях» [2-4].

Массивные космические плантации плохо соответствуют запросам предельной легкости и функциональности [5], но фотосинтез растений не единственный источник возобновляемой биомассы. В качестве альтернативы может быть использован «Хемосинтез» бактерий, питающихся химическими веществами от систем жизнеобеспечения. На основе хемосинтеза могут быть сконструированы компактные и легкие пищевые инкубаторы, для культивации планктонных рачков, способных служить основой рациона экипажей.

Принцип культивации пищевых организмов за счет хемосинтеза позволяет снизить массу обитаемых станций для межпланетных перелетов и баз на других планетах.  Коммерциализация этой технологии на земле, позволяет создать новые направления в пищевой индустрии, с использованием природного газа или сухой растительной биомассы в качестве исходного сырья, снижая зависимость от разрушающей экосистему обработки почвы. 

Обеспечение людей пищевыми продуктами, не самая трудно решаемая задача для современной космонавтики. На околоземные станции продукты можно без больших затруднений доставлять с земли, то же можно сказать про пилотируемые полеты на луну, предполагаемые в близкой перспективе. 

Но при дальнейшем развитии космонавтики, с началом длительных, многолетних полетов и создания постоянных баз на других планетах, проблема источников пищевых продуктов значительно обострится. 
 
Питание одна из первоочередных потребностей для членов экипажей, а при удаленных от земли космических полетах, снабжение с земли будет невозможно или
сильно затруднено. Если вода и воздух могут постоянно возобновляться системами жизнеобеспечения пилотируемых кораблей, то с продуктами дело обстоит несколько сложнее.



Прямой химический синтез пищи из исходных элементов, как в футуристических  фильмах, в которых автоматы делают пищевые кубики или таблетки из воды и воздуха, невозможен. Хотя химический синтез был бы самым простым способом решения проблемы источников питания. Но полноценный пищевой рацион включает тысячи сложнейших органических веществ, для синтеза которых нужны мощности фармцевтической корпорации, сделать компактный аппарат для химического синтеза продуктов, задача, не решаемая в обозримой перспективе. 
Ресурсы для жизнеобеспечения членов экипажей в длительных межпланетных космических полетах и инопланетных баз, должны быть возобновляемыми. При колонизации других планет, предстоящей в перспективе, нужно максимально использовать инопланетные ресурсы, это одно из принципиальных условий колонизации.

Принятый сейчас вариант возобновления пищевых ресурсов предусматривает биологический метод воспроизводства за счет фотосинтеза. На кораблях предполагается выращивать растения и использовать полный оборот органических веществ от простейших элементов, до конечных продуктов, с использованием энергии света и фотосинтеза растений. Аналогично возобновлению органических веществ в биосфере земли, за счет поглощения солнечной энергии растениями, и кругообороту основных биогенных элементов, обеспечивающих непрерывный прирост биомассы. 
 
Фотосинтез может обеспечить полную автономность систем жизнеобеспечения, но у него есть свои недостатки и ограничения. Коэффициент полезного действия фотосинтеза очень низкий, всего доли процента, рост растений медленный процесс и для выращивания растений в «Космических плантациях» нужна большая площадь, в масштабах планеты это не имеет значения, но на космических кораблях пространство ограничено и энергию нужно использовать с максимальной эффективностью.  
 
Космические плантации, могут занимать пространство сравнимое с обитаемыми модулями, для обеспечения экипажей которых они предназначены. Стандартный современный модуль российского производства весит около 20 тонн и имеет внутреннюю площадь – 80 квадратных метров, для обеспечения продуктами одного человека нужна площадь около 25 квадратных метров [2]. Полезную площадь космической плантации можно увеличить за счет внутренних конструкций до 100, 125, квадратных метров, тогда космическая плантация сможет кормить 4, 5, человек, но все равно вес пищевого модуля в пересчете на члена экипажа будет не менее 4 тонн. В условиях жесткого  габаритно массового дефицита космических кораблей, дополнительный модуль немалый довесок к системе жизнеобеспечения. Вес 4 тонны соответствует запасу сублимированных и консервированных продуктов на 10, 18 лет. Для межпланетных полетов потребуется еще и дополнительная защита от радиации, вес которой сравним с весом модуля.  
Если масса космической плантации, не меньше десятилетнего запаса продуктов, возникает вопрос, стоит ли овчинка выделки? Создавать тяжелую, полностью автономную систему жизнеобеспечения, или просто обеспечить экипаж многолетним запасом продовольствия?            



В ближайшее время не предполагаются полеты длительностью больше нескольких лет, поэтому вопрос о целесообразности использования космических плантаций отпадает сам собой. Плантации могут оправдать себя только в экспедициях длительностью десятки лет или практически бессрочных постоянных экспедициях на другие планеты, рассчитанные на дальнейшую колонизацию [6]. 
Тем не менее, мысль о полностью автономных системах жизнеобеспечения остается очень заманчивой, так как человечество на данном этапе располагает техническими возможностями создавать постоянные базы на других планетах. Если будут решены проблемы с автономным жизнеобеспечением и сведены к минимуму потребности снабжения с земли, можно будет создавать постоянные базы на других планетах при умеренных затратах. 
В идеале вес источников возобновляемого питания не должен превышать тонны в пересчете на человека и занимать пространство не более нескольких кубических метров, такие габаритно массовые характеристики позволяли бы размещать системы регенерации питания непосредственно в обитаемых модулях, сделав их составной частью систем жизнеобеспечения. Получить такие параметры с использованием фотосинтеза маловероятно, даже если использовать высокопродуктивные растения, такие как, например, одноклеточные водоросли, к тому же каша из водорослей вряд ли будет полноценным источником пищи и придется по вкусу космонавтам. 
 Но культивация пищевых организмов не обязательно должна быть основана на фотосинтезе. Для этой цели можно использовать так называемый – «Хемосинтез», поглощение организмами простых химических веществ с использованием их энергии для прироста биомассы. Исходные питательные вещества, такие как водород, метан, или спирт, могут легко возобновляться системами жизнеобеспечения, так же как и кислород необходимый для дыхания. 
Растений или животных способных питаться водородом или метаном не существует, методом хемосинтеза можно культивировать только бактерий, а биомасса бактерий для питания людей не пригодна. Но высокая продуктивность хемо синтеза, позволяет культивировать более сложные организмы за счет простых пищевых цепей. Исходный питательный субстрат может поглощаться бактериями, биомасса бактерий может служить  питательным субстратом для простейших, простейшие в свою очередь для рачков, а мелкие рачки или креветки это полноценный пищевой продукт способный служить основой рациона. Некоторые виды планктонных рачков могут питаться бактериями, что может предельно упростить пищевую цепь, если удаться подобрать культуру бактерий способных синтезировать все необходимые питательные вещества. 
При культивации пищевых организмов в несколько стадий, большая часть энергии будет расходоваться на поддержание процессов их жизнедеятельности, а не накапливаться в виде конечной биомассы. Но КПД и биологическая продуктивность такого метода все равно в десятки раз выше, чем при выращивании зеленых растений. Скорость роста микроорганизмов при оптимальных условиях очень велика, их биомасса может многократно удваиваться в течение суток.  
Эффективность микро экосистем основанных на хемосинтезе наглядно демонстрируют небольшие природные сообщества, образующиеся вокруг подводных гейзеров, так называемых – «Черных курильщиков». Колонии бактерий, поглощающие сероводород, растворенный в воде извергаемой гейзерами, продуцируют первичную биомассу служащую пищей для  многочисленных полипов, червей, ракообразных и стай рыб, окружающих эти глубоководные оазисы жизни.  
  


 
Есть и более обыденные примеры высокой продуктивности микроорганизмов. Корова, которая питается травой, не может самостоятельно переваривать растительную клетчатку, корову фактически «Кормят» несколько килограмм бактерий и инфузорий, живущих в ее желудке. 
Рачки, конечное звено пищевой цепи, растут не с молниеносной скоростью, но все-таки достаточно быстро, планктонные ракообразные, питающиеся микроорганизмами, удваивают свою биомассу за несколько дней. Масса культивируемых рачков в 6, 10, килограмм может уверенно «Кормить» одного человека.   
  
При такой продуктивности биохимический пищевой инкубатор весом в несколько сотен килограмм и объемом 1 - 3 кубических метра, может обеспечивать одного члена экипажа, что вполне укладывается в габаритно массовые показатели приемлемые для систем жизнеобеспечения обитаемых модулей.



Недостатки «Креветочного инкубатора» в том, что он может давать только креветочную пасту, однообразную белковую пищу, а люди нуждаются в разнообразном питании и больше приспособлены к преимущественно углеводным продуктам. Мясо рачков, хоть и белковая, но достаточно легкая пища, чтобы не вызывать проблем с пищеварением. В качестве источника углеводов можно культивировать простейших, склонных к накоплению «Гликогена», близкого аналога растительного крахмала. Для разнообразия можно в дополнительных инкубаторах выращивать грибы, быстрорастущую мелкую рыбу и мелких животных питающихся креветочной пастой. В компактных «Микрофермах», можно выращивать быстрорастущую зелень, которая будет «Витаминной добавкой» к основному рациону. Для культивации зелени не нужен отдельный модуль, как для злаковых, будет достаточно нескольких «Микро грядок», сравнимых по размеру с солярием.     
Таким образом, культивация пищевых организмов за счет использования хемосинтеза бактерий и простых пищевых цепей, может обеспечить экипажи полноценным питанием, не выходя за рамки габаритно массовых ограничений стандартных обитаемых модулей. 
Предлагаемый метод возобновления пищевых ресурсов может снизить затраты на дальние пилотируемые экспедиции,  позволяя создавать практически автономные космические поселения, всего из нескольких стандартных модулей.
Технология культивации пищевых организмов за счет хемосинтеза может быть использована не только в космосе, но и на земле. Коммерциализация этого направления в промышленности может дать новое направление в пищевой индустрии.  Культивация пищевых продуктов промышленным методом, без обширных сельскохозяйственных земель более выгодна в современных крупных городах и во многом более щадящая для окружающей среды. 
Сейчас на рыбных фермах используется культивация рачков, дафнии или моины, для кормления рыбы, с использованием в качестве первоначального субстрата сухой травы, навоза и дрожжей. Но культивация микроорганизмов в стерильных емкостях на метане может дать более чистую культуру и более высокий прирост биомассы. Выращивание планктонных рачков на микроорганизмах, для изготовления «Креветочной пасты», может иметь значительно более высокую продуктивность, чем традиционное разведение рыбы.  
 
Промышленная культивация рачков, вместе с выращиванием быстрорастущих животных и зелени на гидропонике, по аналогии с перспективными космическими пищевыми системами, могла бы составить значительную часть пищевой индустрии городов будущего.
В сельской местности есть изобильный природный ресурс – «Растительная клетчатка», составляющая основную часть сухой биомассы растений, которая так же может служить субстратом для культивации пищевых организмов, через пищевые цепи, начинающиеся с бактерий. Но оборудование со специальными емкостями слишком дорогое и сложное в обслуживании для сельского хозяйства.  В агропромышленном комплексе можно использовать другой метод культивации организмов на естественном субстрате, имеющий близкую аналогию с природным разложением сухой листвы и травы, основой которого служит компост из растительной массы, поглощаемой микроорганизмами. «Компостная фермерская технология», или – «Комплексный метод культивации грибов и птицы на целлюлозном субстрате»,  предполагает последовательное выращивание грибов и дождевых червей на субстрате из сухой травы, древесных отходов, или хвойного лесного опада [7-8].
Хоты бактерии, питающиеся клетчаткой, являются «Гетеротрофами», питаются биомассой, а не химическими веществами как «Хемоафтотрофы», продуцирующие биомассу из поглощаемых химических веществ. В методе культивации пищевых организмов на компосте используется тот же принцип, простых пищевых цепей начинающихся с бактерий, что и в «Планктонных инкубаторах», с той разницей, что он приближен к природным аналогам, а потому не нуждается в специальном оборудовании.  
Компостная технология предусматривает последовательную культивацию грибов и червей на разлагающемся субстрате -  компосте, после чего черви служат кормом для птицы, а остатки компоста – «Биогумус», используются в качестве удобрения.  Субстрат, разлагающийся под действием бактерий, содержит сахар, в небольшой концентрации, образующийся при расщеплении клетчатки пищеварительными ферментами бактерий и служит питательной средой для грибов. После того как с субстрата сняты несколько урожаев грибов, субстрат с высоким содержанием бактерий и остатками грибного мицелия служит качественной средой для выращивания червей, благодаря высокому содержанию белка. Когда субстрат полностью истощится,   червей склевывают птицы, остатки субстрата состоят преимущественно из почвообразующего компонента «Гумуса».  

 

Технологии культивации грибов на растительном  субстрате и червей для получения гумуса, используются в агротехнологии. Но предлагаемая комплексная технология не традиционная, она имеет ряд специфических особенностей и преимуществ. Высокую отдачу, за счет практически полного использования питательных веществ субстрата, практически безотходность, так как все производимые продукты, грибы, птица, гумус, имеют коммерческую ценность. 
Комплексная компостная технология позволяет повысить производительность и рентабельность традиционного сельского хозяйства. А так же развивать фермерство без традиционной культивации земли, используя естественные источники субстрата, такие как дикорастущий тростник, кустарники, хвойный лесной опад, или отходы переработки древесины.  Такой способ ведения хозяйства может быть особенно щадящим для природы, так как позволяет использовать ресурсы естественной экосистемы, не уничтожая ее.
Культивация пищевых организмов с использованием пищевых цепей начинающихся с бактерий, растущих на питательном субстрате, может быть использована и в космосе, и на земле. 
В космосе, она позволяет получить легкие и компактные системы регенерации пищевых ресурсов, наличие которых может облегчить развитие космонавтики и ускорить колонизацию ближайших планет. На земле, создать новые направления в пищевой индустрии, способные снизить зависимость от традиционной культивации земли, для выращивания растений. Коммерческие пищевые технологии, не зависящие от агрокультуры, могут прокормить растущее население земли без ущерба для экосистемы. Кроме того они дают подстраховку на случай глобальных катастроф. В случае резкой перемены климата, ядерной, астероидной, или вулканической зимы, аграрные ресурсы будут уничтожены, но источники метана и сухой растительной биомассы останутся практически не поврежденными. 
Это один из многочисленных примеров того, как идеи, возникающие в процессе интеграции людей  в космическое пространство, могут придавать новое качество развитию технологий и жизненного пространства людей.

Автор:  Николай Агапов
 

Литература:

  1. Планы колонизации космоса на 100 лет. Первоначальные инвестиции и финансовая отдача - 14.04.2011
  2. Salisbury, F.B. (1991). "Lunar farming: achieving maximum yield for the exploration of space"/ HortScience : a publication of the American Society for Horticultural Science 26 (7): 827–33.
  3. Massimino D, Andre M (1999). "Growth of wheat under one tenth of the atmospheric pressure". Adv Space Res 24 (3): 293–6.
  4. Terskov, I.A.; Lisovskiĭ, G.M.; Ushakova, S.A.; Parshina, O.V.; Moiseenko, L.P. (May 1978). "Possibility of using higher plants in a life-support system on the moon". Kosmicheskaia biologiia i aviakosmicheskaia meditsina 12 (3): 63–6.
  5. "Lunar Agriculture"
  6. "Farming in Space". quest.nasa.gov.
  7. Компостная фермерская технология, http://www.spb-venchur.ru/projects/612.htm , Выполнение НИОКР, Россия, 2011.
  8. Обсуждение компостной фермерской технологии.

Категория: Идеи и люди | Просмотров: 3557 | Добавил: ligaspace | Рейтинг: 5.0/2 |
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]

 


Последние новости:





Прочитайте пожелания про защиту прав интеллектуальной собственности