Китайские учёные представили новую концепцию обеспечения долговременных лунных баз. Исследование посвящено одной из главных проблем будущего освоения Луны — созданию автономной системы жизнеобеспечения, которая позволит максимально сократить зависимость от регулярных грузовых поставок с Земли.
По мнению специалистов, постоянное присутствие человека на Луне станет возможным лишь в том случае, если будущие базы смогут самостоятельно производить воду, кислород, продукты питания и частично перерабатывать собственные отходы. Именно поэтому всё больше исследований посвящено созданию замкнутых биологических систем, в которых различные организмы поддерживают существование друг друга.
Почему невозможно постоянно снабжать лунную базу с Земли
Каждый килограмм груза, отправляемый на Луну, требует значительных затрат.
Даже при появлении более мощных и экономичных ракет доставка больших объёмов воды, воздуха, пищи и расходных материалов останется чрезвычайно дорогой.
Если речь идёт не о краткосрочной экспедиции, а о постоянной исследовательской станции, проблема становится ещё серьёзнее.
Людям ежедневно необходимы кислород, питьевая вода, пища и возможность безопасно утилизировать отходы. При полном обеспечении с Земли количество необходимых запусков быстро станет очень большим.
Поэтому ведущие космические державы рассматривают автономные системы жизнеобеспечения как одно из ключевых условий будущей колонизации Луны.
Что представляет собой замкнутая экосистема
Основная идея заключается в максимально полном использовании всех доступных ресурсов.
Вода после очистки вновь возвращается в систему.
Углекислый газ, который выдыхают люди, используется растениями.
Растения выделяют кислород и одновременно становятся источником пищи.
Органические отходы перерабатываются микроорганизмами, превращаясь в вещества, пригодные для дальнейшего использования.
Чем меньше ресурсов приходится получать извне, тем устойчивее становится вся система.
Подобные технологии уже много лет испытываются в земных лабораториях, однако условия Луны предъявляют значительно более жёсткие требования.
Китайский подход
Авторы нового исследования предлагают использовать многоуровневую биорегенеративную систему жизнеобеспечения.
Её основная задача — объединить человека, растения и микроорганизмы в единую экосистему, где продукты жизнедеятельности одного компонента становятся ресурсами для другого.
Такой подход позволяет значительно уменьшить объём запасов, которые необходимо доставлять с Земли.
Исследователи подчёркивают, что полностью замкнуть цикл пока невозможно, однако современные технологии уже позволяют существенно снизить потребность во внешнем снабжении.
Роль растений
Растения рассматриваются как один из важнейших элементов будущих лунных баз.
Они способны выполнять сразу несколько функций.
Во-первых, растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород.
Во-вторых, они становятся источником свежих овощей и зелени, содержащих витамины и другие необходимые человеку вещества.
Кроме того, выращивание растений помогает поддерживать психологическое состояние экипажа. Длительное пребывание в полностью искусственной среде создаёт серьёзную эмоциональную нагрузку, а наличие живой растительности может снижать уровень стресса.
Именно поэтому космические агентства разных стран уже много лет проводят эксперименты по выращиванию различных культур в условиях микрогравитации и моделируемой лунной среды.
Почему важны микроорганизмы
Не менее важную роль играют бактерии и другие микроорганизмы.
Они участвуют в разложении органических отходов и возвращают химические элементы обратно в биологический цикл.
Без подобных процессов система быстро перестала бы быть замкнутой.
Кроме того, микроорганизмы могут использоваться для очистки воды, переработки биологических отходов и даже получения некоторых полезных соединений.
Подобные технологии давно применяются на Земле, однако для космических условий их приходится адаптировать с учётом повышенной радиации, пониженной гравитации и ограниченных ресурсов.
Лунная база как искусственная экосистема
По сути, будущая база должна стать небольшим искусственным миром.
Все её элементы должны работать согласованно.
Воздух очищается.
Вода многократно проходит очистку и повторно используется.
Растения обеспечивают часть продуктов питания и вырабатывают кислород.
Микроорганизмы перерабатывают отходы.
Люди контролируют работу всей системы и при необходимости корректируют её.
Даже небольшие нарушения могут привести к серьёзным последствиям, поэтому подобные комплексы должны обладать высокой надёжностью и устойчивостью.
Какие проблемы ещё предстоит решить
Несмотря на значительный прогресс, полностью автономная система пока остаётся задачей будущего.
Учёным необходимо решить сразу несколько сложных вопросов.
Прежде всего требуется определить оптимальный набор растений, которые смогут стабильно расти в условиях ограниченного пространства и искусственного освещения.
Не менее важной задачей является создание эффективной переработки всех видов отходов.
Кроме того, оборудование должно безотказно работать многие месяцы и даже годы практически без ремонта.
Любая серьёзная поломка на Луне может поставить под угрозу безопасность экипажа.
Международный интерес к подобным технологиям
Исследования в этой области ведутся не только в Китае.
NASA, Европейское космическое агентство, Японское агентство аэрокосмических исследований и другие организации также разрабатывают технологии автономного жизнеобеспечения.
Практически все современные проекты долгосрочных лунных баз предполагают широкое использование биорегенеративных систем.
Это связано с тем, что традиционная схема постоянной доставки всего необходимого с Земли становится крайне неэффективной при длительном присутствии людей за пределами нашей планеты.
Связь с будущими пилотируемыми программами
В ближайшие десятилетия Луна рассматривается как основной полигон для подготовки экспедиций к Марсу.
Если автономные системы смогут успешно работать на лунной поверхности, аналогичные технологии впоследствии будут использоваться и во время значительно более продолжительных межпланетных полётов.
Путешествие к Марсу занимает многие месяцы, а помощь с Земли приходит с большой задержкой. Поэтому экипаж должен максимально самостоятельно обеспечивать себя водой, воздухом и пищей.
Таким образом, разработки для лунных баз одновременно становятся подготовкой к будущему освоению дальнего космоса.
Следующий шаг к постоянному присутствию человека на Луне
Новое исследование демонстрирует, что создание долговременных лунных поселений невозможно без перехода к автономным системам жизнеобеспечения. Вместо постоянной зависимости от поставок с Земли будущие базы должны научиться максимально эффективно использовать собственные ресурсы, многократно перерабатывать воду и отходы, а также выращивать часть продуктов непосредственно на Луне.
Хотя подобные технологии ещё находятся в стадии развития, они уже становятся одним из важнейших направлений современной космической науки. Именно их успешное внедрение во многом определит, смогут ли люди превратить кратковременные экспедиции на Луну в постоянное присутствие за пределами Земли.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
