В Москве впервые публично продемонстрировали работу российского биореактора, в котором кислород синтезируется микроводорослями. Разработчики считают, что в перспективе такие системы могут стать частью комплексов жизнеобеспечения для длительных космических экспедиций, включая полеты к Луне и Марсу. Несмотря на то что исследования в области биорегенеративных дыхательных систем ведутся с 1960-х годов, только сейчас удалось создать установку, обеспечивающую комфортное дыхание человека в течение продолжительного времени. После презентации корреспондент «Известий» лично протестировал разработку и оценил, насколько удобно использовать такую респираторную систему.
Воздух для дальнего космоса
Российский ученый Александр Шаенко и команда проекта 435nm разработали прототип фотобиореактора, в котором микроводоросли за счет фотосинтеза поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Такая система позволяет сформировать практически замкнутый цикл воздухообмена.
Во время испытаний специалисты в непрерывном режиме контролировали четыре ключевых показателя: уровень насыщения крови кислородом, частоту пульса, а также концентрацию кислорода и углекислого газа во вдыхаемой газовой смеси.
— Ранее мы уже провели эксперимент продолжительностью 45 минут, хотя для проверки было бы достаточно и 15. Такой запас позволил убедиться, что система работает устойчиво. Примерно через десять минут после начала работы содержание кислорода и углекислого газа выходит на стабильный уровень и затем практически не меняется, — рассказал автор проекта Александр Шаенко.
Разработка создавалась как один из элементов будущей биологической системы жизнеобеспечения для длительных космических экспедиций. За основу авторы проекта взяли советские фотобиореакторы 1960–1980-х годов, однако полностью переосмыслили их конструкцию.
— Мы взяли ключевую идею советской установки «Сирень»: микроводоросли выращиваются в очень тонком слое, благодаря чему весь объем культуры получает равномерное освещение. Однако реализовали эту идею уже на современной технологической базе. Вместо ксеноновых ламп использовали светодиоды, а все процессы работы фотобиореактора полностью автоматизировали. В результате энергопотребление удалось снизить примерно в 30 раз по сравнению с советской технологией, — пояснил ученый.
Во время эксперимента установка функционировала в накопительном режиме, однако, по словам ученых, для непрерывной работы ее можно запустить и в проточном режиме.
На Земле подобные фотобиореакторы уже применяются для производства биологически активных добавок, кормов для сельскохозяйственных животных и аквакультуры, а также для очистки сточных вод и воздуха. По словам ученых, исследования в области биорегенеративных дыхательных систем ведутся с 1960-х годов. Однако лишь сейчас удалось создать установку, способную обеспечивать человеку комфортное дыхание в течение продолжительного времени.
Дойдет ли прототип системы дыхания до внедрения
После завершения официальной презентации корреспондент «Известий» лично протестировал установку. На лицо надевается герметичная маска, соединенная шлангами с фотобиореактором. Первые вдохи кажутся непривычными: воздух заметно теплее обычного, а сама маска создает небольшое сопротивление при дыхании. Однако уже через несколько минут эти ощущения практически исчезают.
Неожиданным оказался запах воздуха. В нем ощущаются легкие травянистые и водорослевые нотки, напоминающие свежий морской бриз. При этом отсутствуют химический привкус, чувство нехватки кислорода, одышка или другие признаки дискомфорта. Как отметил Александр Шаенко, за десять лет работы с технологией он ни разу не сталкивался с симптомами гипоксии при использовании установки.
Во время эксперимента можно было свободно разговаривать, а показатели организма оставались в пределах нормы. По субъективным ощущениям, дыхание напоминало пребывание в горной местности, где воздух воспринимается более свежим и насыщенным. Впрочем, автор проекта подчеркнул, что это лишь условное сравнение: в процессе работы системы постепенно адаптируется не только организм человека, но и сама культура микроводорослей.
Пока речь идет лишь о демонстрации технологических возможностей. До практического применения подобных систем в пилотируемой космонавтике предстоит пройти длительный этап испытаний, отработки технологии и миниатюризации оборудования.
Как отметил технологический эксперт Сергей Поморцев, сама концепция выглядит перспективной с инженерной точки зрения. Однако до практического внедрения подобных систем предстоит ответить на множество технических вопросов.
— Это обычный демонстратор технологии, а не готовое решение. Космические системы жизнеобеспечения должны работать месяцами и даже годами без серьезного обслуживания, выдерживать отказ отдельных компонентов и занимать минимальный объем. На данный момент показанная установка доказывает, что сам принцип работает, но до реального использования в космосе или массового применения на Земле предстоит решить еще огромное количество инженерных задач. В нынешнем виде такую установку не то что на скафандр, но даже на корабль не поставишь, — указал Сергей Поморцев.
Несмотря на это, разработчики намерены продолжать проект. Исследования ведутся уже около десяти лет, а следующим этапом станет внедрение технологий микрофлюидики — управления микроскопическими потоками жидкости. По словам авторов, это позволит сделать фотобиореакторы более компактными, энергоэффективными и технологичными, приблизив их к использованию в составе перспективных биорегенеративных систем жизнеобеспечения для космических экспедиций.
Кроме того, команда ученых рассматривает возможность сотрудничества со школами и университетами в области поставки им учебных фотобиореакторов для практического изучения высокоинтенсивной культивации микроводорослей.