Год издания: 2017
Ключевые слова: системы жизнеобеспечения человека, замкнутость массообмена, физико-химическое окисление, фотосинтетическая продуктивность, космическое растениеводство, биорегенерация среды, космические станции
Аннотация: Обеспечение длительного пребывания человека на будущих космических станциях тесно связано с адекватной средой обитания. Поэтому исследование научных принципов создания среды, пригодной для длительного пребывания человека вне биосферы, приобретает все большую актуальность. Данный проект является продолжением исследований, выполненныПоказать полностьюх в рамках гранта № 14-14-00599 по созданию экспериментальной высокозамкнутой по массообмену модели биолого-технической системы жизнеобеспечения (БТСЖО), имитирующей параметры искусственной среды обитания, пригодной для длительного пребывания в ней человека. Выполненные исследования показали, что при длительном замыкании круговоротных процессов (более шести месяцев) отдельные компоненты БТСЖО могут оказаться источниками поллютантов, которые, проникая в жидкую и газообразную среды системы, могут вызвать процессы угнетения и отравления живых организмов, являющихся неотъемлемыми частями системы - в первую очередь человека, а также растений и полезной микрофлоры. Симптоматика таких негативных процессов начала обнаруживаться по ряду веществ на заключительных этапах экспериментальных исследований по выполнению гранта проекта 2014 после пяти месяцев замыкания системы. Было отмечено медленное повышение концентрации ряда газовых компонентов (аммиак, метан, этилен), а также ряд других соединений. Это позволило сделать прогноз, что при дальнейшем накопительном режиме продуцирования поллютантов, если не предпринять необходимых мер, в созданной модели БТСЖО может произойти разбаланс массообменных процессов, угнетение жизнедеятельности растительного звена и человека и, в итоге, гибель системы. Выявление этих процессов представляется крайне важным, поскольку теоретически предсказать возникновение этих процессов не представляется возможным (если исключено использование в системе заведомо газящих веществ и предметов, что и было учтено при конструировании исследуемой БТСЖО). Продуктивность различных культур фотосинтезирующего звена, в среднем, была на приемлемом уровне, однако вклад в среднее значение продуктивности конвейерных культур на последних 2-х месяцах функционирования экспериментальной модели замкнутой экосистемы (ЭМЗЭ) уменьшился на 25-30 %. Помимо газообразных поллютантов это падение продуктивности может быть связано с увеличением накопления в несменяемых питательных растворах токсикантов биогенного и/или абиогенного характера. Возможно также воздействие негативных процессов и появление поллютантов в корневой зоне растений. Источники таких поллютантов могут быть определены только экспериментальным путем в процессе долговременного исследования. Поэтому определению источников возникающих поллютантов, исследованию механизмов их образования и поиску путей их устранения посвящено исследование по предлагаемому проекту. Такое исследование представляется актуальным, поскольку крайне важно знать механизм образования и на его основе предотвращать развитие тех процессов, которые могут возникнуть в режиме длительного ?массообмена и являются источниками токсических веществ для человека, растений и полезной микрофлоры. Знание таких процессов позволит минимизировать риски, связанные с указанными процессами, что крайне актуально при формировании круговоротных процессов при проектировании будущих БТСЖО, предназначенных для длительного функционирования на стационарных космических станциях, включающих человека, в условиях среднего и дальнего космоса, где существование экипажа в течение многих месяцев и/или нескольких лет возможно только в герметичных объемах с хорошо организованным высокозамкнутым массообменом по газовой среде, твердому веществу и воде. Основная научная новизна проекта заключается в том, что впервые будут указаны возможные причины появления поллютантов, возникающих в процессе длительного функционирования круговоротных процессов. В этой связи будут проанализированы продукты физико-химической минерализации органических отходов, вовлекаемых в круговоротный процесс, и возможное накопление сопутствующих загрязнителей в процессе многомесячной эксплуатации, будет исследован процесс биологического окисления отходов растительной несъедобной биомассы в почвоподобном субстрате (ППС) и проанализированы возможности постепенного образования в ППС побочных токсических соединений и их возможное воздействие на микрофлору в ППС. Выяснение медленно протекающих процессов, в результате развития которых на поздних стадиях массообмена постепенно в накопительном режиме формируются поллютанты, установление их биогенной или/и абиогенной природы позволят усовершенствовать созданные в процессе выполнения гранта 2014 оригинальные технологии, хорошо себя зарекомендовавшие при среднесрочной (до шести месяцев) длительности жизни системы. Результаты исследований позволят дать рекомендации по предотвращению возникновения поллютантов в процессе длительной эксплуатации БТСЖО. Усовершенствованные на основе этих результатов технологии позволят практически продемонстрировать эффективность устранения поллютантов, обнаруженных при длительном функционировании ЭМЗЭ.