Ю. Одум - Основы экологии (1975) (1135319), страница 179
Текст из файла (страница 179)
Содержание воды в кале слишком мало, чтобы имело смысл ее восстанавливать. Вследствие неприятного запаха и опасности бактериального заражения кал, вероятно, будет выбрасываться из корабля. Питьевую воду из отходов получают методом выпаривания горячим воздухом. Мочу обрабатывают дезинфицирующими веществами по пути в воздушную испарительную ячейку, содержащую волокнистые фитили, которые пропитываются мочой. Струя горячего воздуха выпаривает воду, оставляя в фитиле взвешенные и растворенные загрязнения. Увлажненный горячий воздух попадает в охлаждаемый конденсор, откуда образовавшаяся вода поступает в контейнер. Сходным образом обрабатывают воду, использованную для умывания, и влажный воздух кабины.
После завершения цикла в баке-сборнике проводят бактериологический и химический анализ восстановленной воды и, если ее качество не соответствует стандартам, весь процесс повторяют. Наиболее серьезные проблемы восстановления воды — это сбор конденсата при отсутствии тяготения и предупреждение химического или бактериологического заражения. Большая часть поглощенного человеком кислорода выделяется в виде углекислого газа, остальное — в виде воды. Система, применяемая для регенерации кислорода, заключается в восстановлении углекислого газа до воды и углерода.
Эту воду, а также некоторое количество воды, ГЛ. 20. ЭКОЛОГИЯ КОСМИЧЕСКОГО ПОЛЕТА образующейся при метаболизме, подвергают электролизу, при котором На отделяется от О; таким образом получается газообразный кислород (фиг. 246). Воздух кабины циркулирует через восстанавливаемый силикагель, который поглощает из него влагу, а затем его пропускают сквозь молекулярное сито, которое удаляет СОИ Слой адсорбента нагревают для удаления СО» из узла концентратора в реактор восстановления СО». СО» восстанавливается в соответствии с уравнением Ее.катааиаато» ео,-',-из,, за о.|.е. Образующаяся в виде пара вода поступает в сборник; часть этой воды подвергают электролизу, получая кислород для атмосферы кабины и водород для узла восстановления: 2НаΠ— а- 2Нз+ О,.
Метан, окись углерода и элементарный углерод представляют собой побочные продукты, которые должны быть выброшены за борт космического корабля. Потери углерода восполняются за счет пищи, но азот, кислород и водород должны быть запасены в достаточном количестве для восполнения потерь, возникающих при утечках в системе и при выбрасывании отходов. Надежность механической системы (если судить по результатам наземных испытаний) представляется удовлетворительной для полета продолжительностью до 100 суток.
Как и у любого другого механического устройства, при увеличении сроков работы, а следовательно„ и износа характеристики системы могут ухудшиться, так что возникнет необходимость ремонта на борту или даже прекращения полета. Наконец, трудно построить систему, которая может без утечек работать с жидкостями и газами при очень высоких температурах и давлениях, Утечки могут вызвать загрязнения или пожар, Нельзя игнорировать и то обстоятельство, что в результате выбрасывания отходов происходит загрязнение космического пространства и может даже произойти заражение внеземных живых систем, если онн существуют. Хотя такая замкнутая система теоретически кажется относительно простой, размеры и сложность оборудования, необходимого для замены самых элементарных функций природы, весьма внушительны.
Системы биорегенерации Как уже указывалось, в настоящее время при поддержке НАСА изучаются биорегенерационные системы жизнеобеспечения двух типов — фотосннтетическая и хемосинтетическая. Обе системы основаны иа сопряжении с космонавтом популяции одного вида регенеранта или «продуцента», Для достижения высокой эффективности, т. е. высокого отношения Р(В, необходимой по инженерным соображениям, предпочтение отдается штаммам водорослей н бактерий с очень высоким потенциалом роста, даже если эти штаммы представляют собой в сущности «лабораторные сорняки>, которые в природных системах (т. е, в биосфере) быстро гибнут.
В полуоткрытой системе организмы-продуценты могут использоваться только как газообменникн (фиг. 242), а в замкнутой системе с полной регенерацией они могут поставлять также и пищу (фиг. 246). Основанный на фотосинтезе газообмениик был предложен в начале 50-х годов независимо несколькими исследователями. Эта идея переросла позднее в концепцию о системе полной регенерации (фиг. 246), в которой зеленые растения получают СО» и питательные вещества, образующиеся при метаболизме гетеротрофного (космонавт) организма, и чАсть 3. пРиклАдные и технОлОГические Аспекты экологи!а Н,О Воздух, уогатый Ог Отсек экилаэка Пища уогатый Воздух, СО, Птхоггаг Переработка отхоу м убор осгнаткое Сот гегуг я!лоры Ог со со, Ягектро- эмергия Яяектролиэ Соли регуляторы ---- — ч Нао ! ! ! ! Нг Приготоагемие мищи Биосинтез Оуактерии) ! ! ! ! ! ы Солнечная энергия Нао Фиг.
246. Упрощенная схема биорегенерационной системы, осноаанной либо на хемо- синтезирующих бактериях, либо на фотосинтезирующих растениях. в присутствии света превращают их в пищу н кислород, используемые. космонавтом. Эксперимент Эли и Майерса (!964) на замкнутой по газо- обмену системе «водоросли — мышь», продолжавшийся 82 дня, представляет собой одно из самых длительных исследований такого рода, На основе экологической теории можно предсказать, что такие переупрощенные системы, очень сходные с ранними стадиями сукцессий в природе, будет чрезвычайно трудно стабилизировать. В качестве фотосинтезирующего организма для системы жизнеобеспечения была выбрана водоросль СИ1огеВа; она имеет небольшие размеры, содержит очень мало клетчаткн, обладает высоким уровнем фотосинтеза на единицу биомассы и ее относительно легко выращивать при высокой плотности на удобренной среде.
Высшие водные растения (Яр(гос(е1а, Еетпа) привлекают внимание главным образом потому, что их листья плавают на поверхности воды и они обмениваются Оа и СОз прямо с воздухом, что упрощае~ многие проблемы газообмена (Дженкинс, !966). В экспериментах по созданию систем «водоросли — млекопитающие» возникает много затруднений: нашествия конкурентов или хищников (бактерии или зоопланктон), накопление образуемых водорослями токсинов. наличие среди водорослей мутантов с пониженными уровнями. метаболизма.
Всех этих проблем можно было ожидать в переупрощенной экосистеме, не имеющей адекватной внутренней регуляции. Но наиболее серьезные затруднения связаны с питанием водорослей и млеко- питающего и с коэффициентом газообмена; обсудим эти проблемы более подробно. Питание растительной популяции и космонавта — проблема очень сложная, и это одно из самых серьезных препятствий к использованиях тл. ю. экОлОГия кОсмическОГО пОлЕТА 637 фотосинтетической системы из одного вида водорослей.
Основная задача при этом — предотвращение сукцессии в такой экосистеме, относящейся к типу «очень молодыхж Так как необходима непрерывная культура водорослей, из которых можно было бы все время изымать клетки, возобновляя культуральную среду, нужно обеспечить непрерывное поступле,ние достаточного количества необходимых растениям питательных веществ. Если питательные вещества, изымаемые при сборе урожая, не замещать (за счет кала или мочи или за счет запасов), то высокий первоначально уровень фотосинтеза понизится. Кроме того, система теряет некоторое количество питательных веществ при выпадении их в детрит нли накоплении в организме космонавта, что ограничивает существование замкнутой системы. Любое такое усиливающееся связывание питательных веществ в органическом веществе — именно то, чего можно было бы ожидать при сукцессни в природных экосистемах.
Если водоросли служат пищей космонавту, то решающим фактором будет поддержание в среде постоянного количества и соотношения необходимых этим растениям питательных веществ, так как при недостатке, например, лзота клетки водорослей будут синтезировать большое количество липидов (Фогг, 1965). Поэтому необходимы сложные внешние механизмы, которые бы обеспечивали довольно постоянный уровень питательных веществ, так как иначе ожидаемый уровень фотосинтеза, а следовательно, и пищевые качества водорослей понизятся. Кал и моча человека с добавлением небольшого количества микроэлементов могут, по-видимому, обеспечить необходимое количество питательных веществ для непрерывного роста водорослей (Голузке и Освальд, 1964). Однако если, водоросли служат единственным регенератором пйтательных веществ для этого источника, то система не будет работать, так как водоросли не способны быстро разлагать органическое вещество до элементарного уровня.
Понадобится либо механическое устройство для приготовления среды, либо сложная система регенерации питательных веществ с участием бактерий, простейших и водорослей, вроде той, какая используется при переработке бытовых сточных вод (Освальд и Голуэке, 1964). Для того чтобы фотосинтетическая система была замкнутой по газу и пище, космонавт должен получать свою энергию от водорослей. Однако человек, по-видимому, не может существовать на диете, состоящей из одних лишь водорослей.
Водоросли, как и бактерии, слишком богаты белком и слишком бедны углеводами. Помимо неприятного запаха и вкуса (Пауэлл, Невельс и Макдауэлл, 1964), водоросли вызывают расстройства пищеварения (Макдауэлл и Левейл, 1964); кроме того, они бедны некоторыми незаменимыми аминокислотами (Краусс, 1962) и, если не производить механического разрушения клеток, плохо перевариваются (Дем и др. 1965). Водоросли, вероятно, можно было бы использовать как добавку к диете, но не в качестве единственного источника энергии в системе, в которой гетеротрофы представлены только космонавтом и его кишечной флорой. Небольшое изменение дыхательного коэффициента (ДК) космонавта (соотношение между образованием СОз и потреблением Оз) или изменение ассимиляционного коэффициента (АК) растения (соотношение между образованием Оз и потреблением СОз) приведет к потере или накоплению в системе кислорода или углекислого газа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
