Международная лунная посещаемая платформа

[Сергей Хижняк]

Алихан Исмаилов написал:
В БСЖО когда нибудь в опытах применялся севооборот?

Забыл ответить. Нет, не применялся, и я даже не представляю, как его там можно организовать, особенно с учётом того, что это - конвейер, параллельно со снятием урожая идёт подсев новых семян.

В ответе участнику aaa1 на вопрос о теоретической возможности создания БСЖО с требуемыми характеристиками я сослался на Гительзона. Гительзон (хотя, может, и не он, не помню) предложил рассматривать БСЖО не просто как экосистему, а как экосистему с интеллектуальным управляющим звеном в виде экипажа. Если экипаж будет не просто пассивно выполнять роль гетеротрофного звена, а будет грамотно вмешиваться в работу системы - всё получится. Действительно, советско-российские и китайская БСЖО - это агроэкосистема. Агроэкосистемы не бывают устойчивыми и стабильными даже на протяжении считанных месяцев - тем не менее, с голоду человечество не умирает. Потому, что к агроэкосистеме прилагается специалист-агроном, а также фитопатолог и агрохимик.

Соответственно, в случае размещения БСЖО на высших растениях на внеземной базе, там тоже потребуется профильный специалист, который будет грамотно разруливать возникающие проблемы (а лучше - пара-тройка специалистов). Кроме того, для повышения устойчивости можно организовать дублирование систем. Либо просто иметь запас еды и кислорода месяца на три-четыре (перезапуск системы для обеспечения кислородом - это примерно 1 месяц, для обеспечения едой - примерно 3-4 месяца).

На этом заканчиваю про советско-российско-китайские, и перехожу к европейской. Проект Micro-Ecological Life Support System Alternative (MELiSSA) от ESA.

В некотором роде этот проект идеологически противоположен советскому (и, соответственно, российскому и китайскому). - Советский начал с вопроса "что будет есть экипаж", а вопрос "как рециклизировать отходы жизнедеятельности" был вторичным. Европейский начал с вопроса "как рециклизировать отходы жизнедеятельности", а вопрос "что будет есть экипаж" до сих пор остаётся вторичным.
- Советский (российский, китайский) ориентирован на воспроизводство сухопутной экосистемы. Евопейский - на воспроизводство водной экосистемы.

У европейцев очень красивые картинки, рекомендую.
Вот здесь показана идеология проекта.
https://www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2014/12/melissa_lake/15116025-1-eng-GB/Melissa_lake_pillars.jpg

Вот здесь - ранние представления европейцев о том, как всё должно работать. Обратите внимание, европейцы (как и советский проект на самых ранних этапах) тоже надеялись кормить экипаж бактериями. Те же грабли, на которые наши наступили ещё в конце 60-х.
https://www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2009/06/melissa_project/9701691-3-eng-GB/Melissa_Project.jpg

Вот здесь - более поздние представления. Стрелка с пищей идёт уже только от компартмента IV, где высшие растения. Правда, спирулина (цианобактерия, она же сине-зелёная водоросль Arthrospira platensis) там тоже есть.
https://www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2015/06/melissa_loop_diagram/15434807-1-eng-GB/MELiSSA_loop_diagram_pillars.png

[Сергей Хижняк]

P.S.
Спирулину, в отличие от хлореллы, я не пробовал. Про пищевую ценность (очень высокая) и вкус (неприятный, с тошнотворным эффектом) можно прочитать, например, здесь.
https://lookbio.ru/eda/superfudy/spirulina-polza-drevneishego-superfuda/
В любом случае, это всё тот тот же "белок одноклеточных", который можно использовать лишь как добавку к рациону из-за всё тех же проблем с повышенным содержанием азота.

[Алихан Исмаилов]

У меня есть тема:Обитаемая Лунная База.
https://novosti-kosmonavtiki.ru/forum/forum15/topic14502/

Там я в список основных задач под №4 включил:Проведение эксперимента по выращиванию пшеницы. Но пока никогда этой темы не касался. Может у Вас есть какие нибудь конкретные рекомендации по этому вопросу. Как по Вашему должна выглядеть и работать оранжерея по выращиванию пшеницы на Луне?

[aaa1]

Сергей Хижняк
В ответе участнику aaa1 на вопрос о теоретической возможности создания БСЖО с требуемыми характеристиками я сослался на Гительзона. Гительзон (хотя, может, и не он, не помню) предложил рассматривать БСЖО не просто как экосистему, а как экосистему с интеллектуальным управляющим звеном в виде экипажа. Если экипаж будет не просто пассивно выполнять роль гетеротрофного звена, а будет грамотно вмешиваться в работу системы - всё получится.  

Спасибо.
То есть, выход видится в том, чтобы сделать систему динамической, с активным управлением. Но такие системы математически (и в управлении) несравнимо сложнее исходных, при том, что и существующие практически неуправляемы.
Это как в авиации: на планере может летать и школьник, а на "неустойчивом" "Су-27" всё управляется через компьютер, человек не успевает реагировать.
Поэтому не совсем понятно, где брать космонавтов-агрономов нужной квалификации. Разве что выращивать их сразу в той же экосистеме, как часть этой системы, чтобы уже с детства навыки приобретали.
В конце концов, летают же воробьи без компьютера.

[Сергей Хижняк]

Алихан Исмаилов написал:
 Как по Вашему должна выглядеть и работать оранжерея по выращиванию пшеницы на Луне?

Если без замыкания системы - то я бы предложил обычную гидропонику на инертном носителе, в ивде растительного ковейера. Удобрения доставляются с Земли, CO2 производит экипаж, с конверсией несъедобной биомассы не заморачиваемся. Половина углерода уходит за борт в виде корней и соломы, но это восполняется переводом доставляемой с Земли пищи (не одной же пшеницей они питаются!) в тот же CO2.

Правда, у гидропоники - повышенная уязвимость к фитопатогенам. По нашим экспериментам в гидропонике приживается только Fusarium (зато приживается очень хорошо). Но, поскольку в данном случае экипаж не зависит критически от функционирования системы, можно периодически проводить тотальную термическую дезинфекцию субстрата и растворов. То есть периодически выволить систему на профилактику-обслуживание. Можно поставить две параллельные системы, одна - в работе, другая - на профилактике. Навскидку, профилактику надо будет делать каждые пол года. Если пошла внезапная вспышка фузариоза - то сразу. Микроскопический контроль растворов из ризосферы - раз в неделю, на предмет появления конидий.

Освещение - светодиодное, с оптимизированным спектром. Контроль состава растворов - автоматический, добавки минеральных веществ - с помощью автоматических же дозаторов. Инженерные вопросы - не ко мне. Единственное, надо предусмотреть возможность греть растворы прямо на месте. То есть когда решили провести дезинфекцию - гоняем нагретые растворы через субстрат. Fusarium не термоустойчивый, так что достаточно будет 60-80С.

В качестве носителя можно попробовать лунный грунт. Кто-то в ИМБП, вроде, пробовал выращивать растения на лунном грунте, доставленном Аполлонами, и, вроде, получалось.

Примерно так.  

[Сергей Хижняк]

P.S.
Я вообще считаю, что проблему замыкания на внеземной базе надо решать постепенно. На первом этапе - просто выращивать растения в небольшой оранжерее, как дополнительный источник пищи и для релаксации экипажа. А потом - поэтапно масштабировать и поэтапно же повышать степень замкнутости.

[Алихан Исмаилов]

Надо было отвечать в моей теме.  

[Сергей Хижняк]

Алихан Исмаилов написал:
Надо было отвечать в моей теме.

Сейчас отвечу, не проблема.   И дополню насчёт рекомендуемого сорта.

[Сергей Хижняк]

aaa1 написал:
 где брать космонавтов-агрономов нужной квалификации

Готовить, как Вы и предложили. Не обязательно в той же экосистеме.  
Навскидку, грамотного специалиста для БСЖО можно вырастить лет за 10. Сначала 5 лет университетской подготовки с уклоном в сельскохозяйственную тематику и с выполнением курсовых и дипломной на наземной БСЖО. Потом - 5 лет научной работы на наземной БСЖО по программе подготовки к.б.н./PhD. Ну и параллельно пусть тренируется на космонавта, или уже после пусть готовится. Сколько там надо времени, чтобы подготовить гражданского специалиста для работы вне Земли (с учётом того, что рядом будут космонавты-профессионалы)? В общем, если он начинает в 18 лет, то 18+5+5+(допустим, тоже 5 на космическую подготовку) = 33, то есть имеем молодого специалиста возрастом 33 года. Разумеется, нужен предварительный отбор и по интеллекту, и по профессиональным склонностям, и по здоровью, и по физическим-психологическим качествам. Далеко не всякий подойдёт, но много ведь и не надо.

[Вячеслав Землянский]

Сергей Хижняк написал:
P.S.
Спирулину, в отличие от хлореллы, я не пробовал. Про пищевую ценность (очень высокая) и вкус (неприятный, с тошнотворным эффектом) можно прочитать, например, здесь.
 https://lookbio.ru/eda/superfudy/spirulina-polza-drevneishego-superfuda/
В любом случае, это всё тот тот же "белок одноклеточных", который можно использовать лишь как добавку к рациону из-за всё тех же проблем с повышенным содержанием азота.

Вроде к спирулины с азотом проще. То ли из-за накопления липидов, то ли из-за пониженного содержания НК самого по себе. Но стопроцентную диету я себе всё равно слабо представляю. Клетчатка, опять же, не помешает.

[hlynin]

Сергей Хижняк написал:
Далеко не всякий подойдёт, но много ведь и не надо.

Почему специалист не может сидеть на Земле? Всё, вплоть до снимков с микроскопа может делать любой ламер. Вовсе он не обязан понимать, но анализ, эксперимент он способен выполнить по подсказкам, со сбросом инфы, даже включая капсулу с образцами

[Сергей Хижняк]

hlynin написал:
Почему специалист не может сидеть на Земле? Всё, вплоть до снимков с микроскопа может делать любой ламер.

Сложный вопрос. Мне не доводилось дистанционно руководить экспериментами (только китайцами немножко), так что мне трудно судить, насколько это эффективно. Надо будет обдумать. Как что надумаю - напишу.

Вячеслав Землянский написал:
Вроде к спирулины с азотом проще. То ли из-за накопления липидов, то ли из-за пониженного содержания НК самого по себе.

Аборигены в Америке её вроде бы возделывали в пищу, употребляли в виде лепёшек - правда, я читал об этом только в научпопе, качество информации не проверял. Но, в любом случае, они не на одной спирулине сидели.

Возвращаюсь к европейскому проекту. Сразу скажу, что с европейцами у меня лишь шапочное знакомство, по очень спорадическим встречам на конференциях, ну и плюс по их публикациям. Так что и писать буду мало.

Я выше перечислил главные отличия, забыл добавить ещё одно:
- Советский начал с вопроса "что будет есть экипаж", а вопрос "как рециклизировать отходы жизнедеятельности" был вторичным. Европейский начал с вопроса "как рециклизировать отходы жизнедеятельности", а вопрос "что будет есть экипаж" до сих пор остаётся вторичным.
- Советский (российский, китайский) ориентирован на воспроизводство сухопутной экосистемы. Европейский - на воспроизводство водной экосистемы.
- Советский (российский, китайский) изначально ориентирован на цикл углерода, европейский - на цикл азота.

Среди главных достижений европейцев я назвал бы тот факт, что они - единственные из тройки лидеров, кто испытал элементы своей системы (именно элементы, а не всю систему) в экстремальных условиях в Антарктиде. Кому интересно - вот заметка на английском.
http://blogs.esa.int/concordia/2013/03/15/recycling-water-in-concordia/
Здесь картинка той штуки, которую они испытывали. Решётчатая фигня с трубами внутри рядом с мужиком на переднем плане.
http://blogs.esa.int/concordia/files/2013/03/GWTU-in-concordia.jpg
Из недостатков я бы в первую очередь назвал какую-то чудовищную неторопливость, притом, что с финансированием у них всё Ok. Я уже писал, что они, похоже, решили завещать доделывать систему внукам-пправнукам. Потом продолжу.

[Bell]

Сергей Хижняк написал:
В любом случае, это всё тот тот же "белок одноклеточных", который можно использовать лишь как добавку к рациону из-за всё тех же проблем с повышенным содержанием азота.

Кстати, выше упоминалась "пищевая цепочка" с хлореллой внизу и рыбами вверху. А где в ней происходит удаление излишков азота?

[Bell]

Сергей Хижняк написал:
Я уже писал, что они, похоже, решили завещать доделывать систему внукам-пправнукам.

Так в этом же и состоит весь смысл ПРОЦЕССА
Осваивать финансирование, собирать материалы на соискание, ездить на симпозиумы, желательно - международные.
А результат - это лишнее, он только мешает.

Вон Ангару пилили-пилили 20 лет и что получили после достижения результата? Закрытие завода в Москве и перевод производства в Омск. А пока пилили - все было замечательно.

[Bell]

Сергей Хижняк написал:
Среди главных достижений европейцев я назвал бы тот факт, что они - единственные из тройки лидеров, кто испытал элементы своей системы (именно элементы, а не всю систему) в экстремальных условиях в Антарктиде.

Кстати, да. Антарктида - почти идеальное место для такого рода экспериментов. Минимальное давление внешней, земной биосферы.

[Сергей Хижняк]

Bell написал:
Кстати, выше упоминалась "пищевая цепочка" с хлореллой внизу и рыбами вверху. А где в ней происходит удаление излишков азота?

Азот выводится рыбами в виде аммиака, мочевины и/или органических соединений азота (у разных - немного по-разному), дальше всё, что не аммиак, практически немедленно переводится аммонифицирующими бактериями в аммиак (точнее, в NH4(+)), а NH4(+) может потребляться растениями либо напрямую, либо - после окисления бактериями-нитрификаторами до NO3(-). Растения одинаково охотно потребляют и NH4(+), и NO3(-). Точнее, между NH4(+) и NO3(-) есть какая-то несущественная разница с точки зрения источника азота для растений, но именно что несущественная.

[Сергей Хижняк]

Оказывается, есть красивые картинки в Гугле по запросу "азотный цикл в аквариуме", там всё очень доходчиво. https://www.google.ru/search?newwindow=1&biw=1677&bih=966&tbm=isch&sxsrf=ACYBGNTPbC9_4G0UD0Zbwr-iQo_6t3BqxQ%3A1578830618363&sa=1&ei=GgsbXpPmFZiVk74P48eW2Ac&q=%22%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9+%D1%86%D0%B8%D0%BA%D0%BB+%D0%B2+%D0%B0%D0%BA%D0%B2%D0%B0%D1%80%D0%B8%D1%83%D0%BC%D0%B5%22&oq=%22%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9+%D1%86%D0%B8%D0%BA%D0%BB+%D0%B2+%D0%B0%D0%BA%D0%B2%D0%B0%D1%80%D0%B8%D1%83%D0%BC%D0%B5%22&gs_l=img.3..0i30j0i24.128810.130230..131829...1.0..0.109.310.1j2......0....1..gws-wiz-img.......35i39.mYRrfI0RQFA&ved=0ahUKEwiT26uxgv7mAhWYysQBHeOjBXsQ4dUDCAY&uact=5

[Bell]

Сергей Хижняк написал:
Азот выводится рыбами

кстати изящненько...

[Сергей Хижняк]

Bell написал:
кстати изящненько...

Когда представители европейского проекта докладывали в Красноярске году так в 2005 (кажется, это были очередные Решетнёвские чтения, а может, и нет - не помню точно), мне тоже пришло в голову слово "изящно". Правда, мне больше понравилось разнесение водной экосистемы по компартментам. Дело в том, что разные микробные процессы требуют разных условий, так что разделение процессов по компартментам представляется изящным решением. Единственное, было непонятно, чем они собираются кормить экипаж - докладчики так и не смогли внятно ответить. Но рыбки там на картинке присутствовали (они в числе прочего показывали эту картинку)
https://www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2014/12/melissa_lake/15116025-1-eng-GB/Melissa_lake_pillars.jpg
так что можно было домыслить самостоятельно.

К слову, южные корейцы также изящно решили проблему конвертации свиного навоза в мясо рыбы. Вместо классического сбраживания с получением на выходе биогаза они сделали серию бассейнов, где содержимое течёт самотёком под действием силы тяжести. В первом бассейне навоз превращается в биомассу бактерий, в следующем - биомасса бактерий превращается в биомассу инфузорий, в следующем - инфузории перегоняются в биомассу мелких ракообразных (всяких там дафний-циклопов), в следующем дафнии-циклопы превращаются в рыб, в итоге 20% дохода свинофермы составляет продажа рыьы, полученной в прямом смысле из свиного навоза. Немножко утрирую, но принцип - тот же, разнесение экосистемы/пищевой цепочки по разным компартментам.

Однако в случае MELiSSA всё оказалось не так просто. Потом продолжу.

[Сергей Хижняк]

Bell написал:
Осваивать финансирование, собирать материалы на соискание, ездить на симпозиумы, желательно - международные.А результат - это лишнее, он только мешает.

Тем более, что, когда появится результат - финансирование закончится.  

Кстати, в этом - ключевое отличие европейской команды от российской и китайской. У европейцев - госбюджетное финансирование, у российской и китайской - грантовое. Когда работаешь по гранту - должен по истечении срока гранта представить результат в соответствии с ТЗ. Иногда так и называется "тех.задание", иногда называется "ожидаемые результаты", но суть та же. Причём должен представить конкретные результаты по каждому пункту. При этом (у россиян, по-крайней мере) ещё и промежуточные отчёты каждый год - ТЗ расписано по годам, и если промежуточный результат не соответствует ТЗ на этот год - всё, финансирование досрочно прекращают, а коллектив попадает в чёрный список.
А если работаешь по бюджету - финансирование не зависит от конкретных результатов. Представил в качестве годового отчёта столько-то статей, столько-то докладов, и всё Ok.

Так вот, первый раз я слушал европейцев году так в 2005, и восхитился. Правда, в тот момент они застряли на цикле азота - всякая там аммонификация-нитрификация-денитрификация-нитрат-нитритное дыхание, анаммокс... Впрочем, про анаммокс они, кажется, не знали. Кому интересно, что за процесс - в Википедии хорошо написано, я проверил.
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BD%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%BE%D0%BA%D1%81
Что-то у у европейцев в азотном цикле не стыковалось, не балансировалось, не моделировалось или ещё что-то в этом духе. Помнится, слегка удивился, поскольку и на очистных сооружениях (в аэротенках, где производят аэробную биологическую деструкцию бытовых стоков), и в аквариумах с биофильтрами эту проблему как-то решают. Но аквариумы и очистные - это открытые системы, а тут - замыкание, так что всё нормально, проблемы быть должны.

Реально я удивился в 2012, когда на очередном COSPAR от европейской команды услышал ровно то же самое, что слушал ~7 лет назад. Те же картинки, те же схемы, те же проблемы с азотным циклом. В общем, один-в-один. Кажется, удивился не только я, потому что кто-то из американцев (кажется, из NASA) встал и прямо спросил - когда ESA собирается представить готовую систему (пусть и в наземном варианте, но с экипажем). Представители Мелиссы долго мялись, объясняли, что это не столько БСЖО, сколько исследования... Американец не отставал (вот ведь докопался до людей), в конце концов европейы сказали, что надеются примерно к 2040 году. Все переглянулись и вопросов больше не задавали.  

Потом продолжу.