Ғарыш станциялары үшін жабық экологиялық өмір тіршілігін сақтау жүйелері
Controlled ecological life-support system
Жабық экологиялық өмір тіршілігін сақтау жүйелері (CELSS) – ғарыш стансалары мен колониялар үшін өзін-өзі қамтамасыз ететін технология. Кеңес Одағының ғарыш зерттеулерінен бастау алды.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Бақыланатын (немесе жабық) экологиялық тіршілікті қамтамасыз ету жүйелері (қысқартылған түрі CELSS) – ғарыш станциялары мен колониялары үшін өзін-өзі қамтамасыз ететін тіршілікті қолдау жүйесі, көбінесе BioHome, BIOS 3, Biosphere 2, Марс шөлді зерттеу станциясы және Юэгон 1 сияқты бақыланатын жабық экологиялық жүйелер арқылы іске асырылады.
Controlled (or closed) ecological life support systems (acronym CELSS) are a self supporting life support system for space stations and colonies typically through controlled closed ecological systems, such as the BioHome, BIOS 3, Biosphere 2, Mars Desert Research Station, and Yuegong 1.
Бастапқы тұжырымдама
CELSS-ті алғаш рет Кеңес Одағы 1950-60 жылдардағы атақты "ғарыш жарысы" кезінде дамытты. Константин Циолковский қалыптастырған және В. И. Вернадский одан әрі жетілдірген бұл ғылымның бастапқы қадамдары жабық, адамсыз экожүйелерді қолдану болды, одан кейін BIOS 3 деп аталатын зерттеу орталығына дейін кеңейді. 1965 жылы BIOS 3-те адамдарға қатысты тәжірибелер басталды.
CELSS was first pioneered by the Soviet Union during the famed "Space Race" in the 1950s–60s. Originated by Konstantin Tsiolkovsky and furthered by V. I. Vernadsky, the first forays into this science were the use of closed, unmanned ecosystems, expanding into the research facility known as the BIOS 3. Then in 1965, manned experiments began in the BIOS 3.
Негізгі себептері
Адамның ғарышта болуы қазірге дейін Жер-Ай жүйесімен ғана шектелген. Сондай-ақ, ғарышкерлерге тіршілік ету үшін қажеттінің бәрі (ауа, су және тағам) олармен бірге әкелінген. Бұл қысқа мерзімді ғарыш миссиялары үшін тиімді болғанымен, ұзақ мерзімді ғарыш кемелерінің (мысалы, ұрпақ кемесінің) немесе қоныстардың тіршілік ету жүйелерін қамтамасыз етуде ең қолайлы шешім емес. CELSS мақсаты – ауыл шаруашылығы арқылы адам өмірін қолдап, сақтай алатын жаңаруға қабілетті орта құру.
Human presence in space, thus far, has been limited to our own Earth–Moon system. Also, everything that astronauts would need in the way of life support (air, water, and food) has been brought with them. This may be economical for short missions of spacecraft, but it is not the most viable solution when dealing with the life support systems of a long term craft (such as a generation ship) or a settlement. The aim of CELSS is to create a regenerative environment that can support and maintain human life via agricultural means.
Ауаны жаңғырту
CELSS емес орталарда ауаны толықтыру және өңдеу әдетте сақталған ауа баллондары мен тазартқыштардан тұрады. Бұл әдістің кемшілігі – баллондардың қоршалуына қарай оларды қайта толтыру қажеттігінде; ал тазартқыштар тиімділігін жоғалтқаннан кейін ауыстырылуы керек. Сонымен қатар, жартастарды құруда қолданылатын синтетикалық материалдардан бөлінетін зиянды газдарды өңдеу мәселесі де бар. Сондықтан ауа сапасын қалай сақтау мәселесіне назар аудару қажет. Тәжірибелер көрсеткендей, өсімдіктер адам жасаған барлық жартастарды құру және күту үшін қолданылған синтетикалық материалдардан бөлінетін ұшпалы органикалық қосылыстарды да жояды. CELSS жүйесінде ауа бастапқыда сырттан жеткізіледі, бірақ фотосинтез арқылы оттегі өндіретін жапырақты өсімдіктердің көмегімен сақталады (адам тынысының қалдық өнімдерінің көмегімен). Ақырында, CELSS ортасының басты мақсаты – жапырақты өсімдіктердің оттегіге қажеттіліктің толыққанды өндірісін өз мойнына алуы; бұл жүйені бақыланатын емес, жабық жүйеге айналдырады.
In non CELSS environments, air replenishment and processing typically consists of stored air tanks and scrubbers. The drawback to this method lies in the fact that upon depletion the tanks would have to be refilled; the scrubbers would also require replacement after they become ineffective. There is also the issue of processing toxic fumes, which come from the synthetic materials used in the construction of habitats. Therefore, the issue of how air quality is maintained requires attention; in experiments, it was found that the plants also removed volatile organic compounds offgassed by synthetic materials used thus far to build and maintain all man made habitats. In CELSS, air is initially supplied by external supply, but is maintained by the use of foliage plants, which create oxygen in photosynthesis (aided by the waste byproduct of human respiration, ). Eventually, the main goal of a CELSS environment is to have foliage plants take over the complete and total production of oxygen needs; this would make the system a closed, instead of controlled, system.
Тамақ / тұтыну материалдарын өндіру
Қазіргі уақытта ғарышқа жасалған барлық сапарларда, экипаждар ұшырылу алдында қажетті барлық жабдықтарын және тағамдық заттарын жинап алуға мәжбүр. Әдетте, қатты тағамдар ғарыш кемесінің салмағын азайту үшін кептіріліп мұздатылатын. Әрине, өзін-өзі қамтамасыз ететін экожүйеде, дақылдар өсіру үшін арнайы орын қарастырылып, азық-түлік өсіріліп, өңделеді. Топтың мүшелерінің саны неғұрлым көп болса, соғұрлым көп дақыл өсіру қажет. Ал суға қатысты, тәжірибелер оның ауадағы конденсаттан (ауа баптау және будың түйіндемесі) және өсімдіктерден шығатын артық ылғалдан алынатынын көрсетті. Содан кейін оны табиғи жолмен немесе машина арқылы сүзу қажет болады.
As with all present forays into space, crews have had to store all consumables they require prior to launch. Typically, hard food consumables were freeze dried so that the craft's weight could be reduced. Of course, in a self sustaining ecosystem, a place for crops to grow would be set aside, allowing foods to be grown and cultivated. The larger the group of people, the more crops would have to be grown. As for water, experiments have shown that it would be derived from condensate in the air (a byproduct of air conditioning and vapors), as well as excess moisture from plants. It would then have to be filtered by some means, either by nature or by machine.
Қалдық суларды тазарту
Ертеде ғарышқа ұшқан адамдар қалдықтарын ғарышқа шығарып тастаған немесе оларды Жерге қайтқанға дейін сақтап жүрген. CELSS адам қалдықтарын ыдыратудың және мүмкіндігі болса, өңделген заттарды тіршілік ортасына қайта енгізудің жолдарын зерттеді. Мысалы, зәрден су алынып, оны әжетханада пайдалануға және өсімдіктерді суаруға болады. Қалдық суды тазалау үшін, әсіресе су өсімдіктері қолданылады. Су өсімдіктерінің (немесе дәлірек айтқанда, олардың тамыр жүйесінің) қаншалықты көп қалдықтарды өңдесе, соғұрлым олардың өсуі шапшаңдайды. BioHome-да жүргізілген сынақтарда бұл өсімдіктер дақылдарды өсіру үшін қолданылатын құнарлы компост жасады.
Early space flight had travelers either ejecting their wastes into space or storing it for a return trip. CELSS studied means of breaking down human wastes and, if possible, integrating the processed products back into the ecology. For instance, urine was processed into water, which was safe for use in toilets and watering plants. Wastewater treatment makes use of plants, particularly aquatic, to process the wastewater. It has been shown that the more waste is treated by the aquatic plants (or, more specifically, their root systems), the larger the aquatic plants grow. In tests, such as those done in the BioHome, the plants also made viable compost as a growth medium for crops.
Жабық және бақыланатын
Жабық жүйелер толығымен өздігінен қамтамасыз етіледі, барлық нәрсені шексіз қайта өңдейді және сыртқы әсерлерден тәуелсіз. Мұндай жүйенің ғұмыры шектеулі, себебі жабық жүйенің энтропиясы уақыт өте келе ғана артады. Бірақ, егер жабық жүйе сыртқы көзден (мысалы, күн сәулесінен) жоғары температуралы сәулелену энергиясын қабылдауға және төмен температуралы қалдық жылуды ғарышқа жіберуге мүмкіндік алса, ол шексіз жалғаса алады. Мұндай жүйенің мысалы – Жердің өзі. Басқарылатын жүйелер, керісінше, мерзімдік техникалық қызмет көрсету сияқты белгілі бір сыртқы әрекеттесулерге тәуелді. Мұндай жүйенің мысалы – ХҒС.
Closed systems are totally self reliant, recycling everything indefinitely with no external interaction. The life of such a system is limited, as the entropy of a closed system can only increase with time. But if the otherwise closed system is allowed to accept high temperature radiant energy from an external source (e. g., sunlight) and to reject low temperature waste heat to deep space, it can continue indefinitely. An example of such a system is the Earth itself. Controlled systems, by contrast, depend on certain external interactions such as periodic maintenance. An example of such a system is the ISS.