Содержание.
Введение
. 3
Почему на Марс?
. 5
Трудности пути
. 8
Зелёные помощники
. 12
Я на пути к Марсу
. 16
Выводы
. 27
Список литературы
. 29
Приложение 1
. 30
Введение.
В четвертом классе на уроках окружающего мира нас стали знакомить с астрономией. Мы узнали, что наша планета лишь «часть необъятной Вселенной». И меня захватила идея изучения других планет, а также возможность межпланетных космических перелетов. Оказалось, что нога человека еще не ступала даже на самую ближайшую к Земле планету - Марс. Но люди всегда стремились ко всему новому, и невозможное становится возможным уже в наше время. Для осуществления полета на Марс требуется серьезная подготовка. Во время работы над проектом я узнал, что в нашей стране уделяют особое внимание этому вопросу, и в настоящее время идет эксперимент «Марс-500». Шесть человек экипажа проведут больше года в условиях, приближенных к тем, которые будут во время перелета на Красную планету. Сейчас нашими учеными проводится огромное количество исследований, чтобы преодолеть все технические трудности и полететь на Марс. Я выбрал такую тему проекта, чтобы понять, смогу ли я или мои одноклассники побывать на этой планете.
Цель проекта:
Изучение возможности полета к Марсу. Проведение экспериментов. Изучение условий для работы и жизни космонавтов. Создание прототипа биореактора для выработки кислорода и исследование эффективности его работы.
Задачи, решаемые в ходе работы:
- сбор информации по истории исследования Марса;
- изучение проблем, с которыми могут столкнуться космонавты во время перелета;
- изучение систем регенерации воздуха различных типов;
- самостоятельное создание системы регенерации воздуха;
- исследование эффективности работы биореактора;
- обобщение полученных результатов;
- создание доклада-презентации.
В проекте использовались следующие методы исследования
:
- анализ;
-сравнительный анализ;
-синтез;
- эксперимент;
- обобщение.
В ходе выполнения работы был проведен анализ
литературных источников, сравнительный анализ
различных систем жизнеобеспечения, синтез гипотезы об эффективности биологической технологии; выдвинутая гипотеза была подтверждена экспериментальным методом
при создании модели биореактора. Качество сублимированных продуктов было проверено также экспериментальным методом. Результаты экспериментов были обобщены для подтверждения гипотезы.
Оборудование и материалы:
телескоп, цифровой микроскоп QX3, фотоаппарат Lumix (Panasonic), персональный компьютер с операционной системой Windows XP, лампа люминесцентная энергосберегающая; прозрачный пластиковый контейнер, культура водоросли хлореллы из аквариума, насос и шланги.
Программное обеспечение:
Adobe Photoshop; Microsoft Word 7.0, Microsoft Power Point 7.0.
Объект исследования: система регенерации воздуха для полета на Марс.
Предмет исследования:
эффективность использования биореактора для регенерации воздуха в космическом корабле.
Гипотеза:
с помощью биологического регенератора воздуха возможно поддержание постоянства состава атмосферы в космическом корабле при полёте на Марс.
Практическая часть
проекта состоит в создании модели системы биологической регенерации воздуха для космического корабля и исследовании ее работы.
Актуальность проекта
заключается в обоснованном выборе объекта исследования, так как системы регенерации воздуха при долговременных космических полётах находятся на стадии разработки. Материалы и выводы проектного исследования могут быть использованы при создании учебных материалов и популяризации идеи развития космонавтики. Презентация и результаты работы могут также использоваться на уроках природоведения, биологии и астрономии.
Апробация.
Материалы проекта изложены на семинаре в рамках программы «Каникулы в космосе» в Звездном городке и на конференции проектно-исследовательских работ в ГОУ СОШ №599 в декабре 2010г.
Почему на Марс?
В нашей Солнечной системе много интересных планет, а ещё больше их спутников. Почему же я выбрал именно Марс? Оказывается, что и до меня очень многие интересовались этой планетой.
Марс — четвёртая по удалённости от Солнца и седьмая по размерам планета Солнечной системы. Эта планета названа в честь Марса — древнеримского бога войны, соответствующего древнегреческому Аресу. Иногда Марс называют «Красная планета» из-за красноватого оттенка поверхности. Марс во многом похож на Землю.
Период вращения вокруг оси – звездные сутки – равен 24,62 часа – всего на 41 минуту больше периода вращения Земли. Наклон экватора к орбите: 25°12' (у Земли – около 23°). Это значит, что смена дня и ночи и смена времён года на Марсе протекает почти так же, как на Земле. Есть там и климатические пояса, подобные земным. Но есть и отличия. Прежде всего, из-за удалённости от Солнца климат, вообще, суровее земного. Далее, год Марса почти вдвое длиннее земного, а значит, дольше длятся и сезоны. Наконец, характер сезонов заметно отличается в северном и южном полушариях планеты: в северном полушарии лето долгое, но прохладное, а зима короткая и мягкая, тогда как в южном полушарии лето короткое, но тёплое, а зима долгая и суровая.
Вплоть до первого пролёта у Марса космического аппарата Маринер-4 в 1965 году многие исследователи всерьёз полагали, что на его поверхности есть вода в жидком состоянии. Это мнение было основано на наблюдениях за периодическими изменениями в светлых и тёмных участках, особенно в полярных широтах, которые были похожи на континенты и моря.
Рис. 1. Сравнительные размеры Земли и Марса.
Из-за низкого давления вода не может существовать в жидком состоянии на поверхности Марса, но вполне вероятно, что в прошлом условия были иными, и поэтому наличие примитивной жизни на планете исключать нельзя.
Марс можно увидеть с Земли невооружённым глазом
Минимальное расстояние от Марса до Земли составляет 55,75 млн. км, максимальное — около 401 млн. км.
Марс почти вдвое меньше Земли по размерам, а сила притяжения на его поверхности почти в три раза меньше, чем на Земле.
Рис. 2. Атмосфера Марса.
Температура на экваторе планеты колеблется от +30 °C в полдень до −80 °С в полночь. Вблизи полюсов температура иногда падает до −123 °С.
Атмосфера Марса очень разрежена. Давление у поверхности Марса в 160 раз меньше земного.
Атмосфера состоит на 95 % из углекислого газа; также в ней содержится 2,7 % азота, 1,6 % аргона, 0,13 % кислорода, 0,1 % водяного пара, 0,07 % угарного газа. Хотя атмосфера Марса не губительна для землян, понадобится специальное оборудование, чтобы выделить из нее кислород для дыхания.
Рис. 3. Фотография марсианского грунта в месте посадки аппарата Phoenix.
Зимой углекислота замерзает, превращаясь в сухой лед. «Вояджер» обнаружил в атмосфере редкие облака. Однако даже вся атмосферная влага, если бы она выпала на поверхность, покрыла бы ее слоем не толще 0,01 мм. Над низинами и на дне кратеров в холодное время суток стоят туманы, а «Викинг-2» зарегистрировал в 1979 году выпадение снега, пролежавшего несколько месяцев.
Для Марса характерен резкий перепад температур. В так называемых оазисах, в районах озера Феникс (плато Солнца) и земли Ноя перепад температур составляет от –53° C до +22° C летом и от –103° C до –43° C зимой. Итак, Марс – весьма холодный мир, однако климат там ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Основная составляющая почвы — кремнезём (20-25 %), содержащий примесь гидратов оксидов железа (до 15 %), придающих почве красноватый цвет. Имеются значительные примеси соединений серы, кальция, алюминия, магния, натрия.
Согласно данным зонда НАСА Phoenix Mars Lander (посадка на Марс 25 мая 2008 года), «Такой грунт вполне пригоден для выращивания различных растений, например спаржи. Здесь нет ничего, что делало бы жизнь невозможной», сообщил ведущий исследователь-химик проекта Сэм Кунейвс.
Вот из-за такого сходства с нашей Землей, а также из-за относительной близости Марса, земляне, в том числе и я, выбирают Марс как наиболее пригодную для заселения в будущем.
Трудности пути.
Когда я увидел на рисунке 4 расстояние между орбитами Земли и Марса, то мне показалось, что расстояние между ними не очень велико и полёт продлится недолго. Но оказалось, что всё не так просто: Земля и Марс не стоят на месте, и путь (траектория) полёта намного длиннее. Из книги [2] я узнал, что бывают моменты, когда Марс и Земля находятся на минимальном расстоянии. Они называются великими противостояниями. Ближайшее такое событие произойдёт в 2018 году.
На сайте [3] я нашёл примерное «расписание» экспедиции на Марс в ближайшее противостояние. Предположим, что окно для старта откроется в апреле 2018 г. Рассмотрим возможный сценарий пилотируемой экспедиции.
Рис. 4. Расположение планет и траектория полёта на Марс в 2018 году.
· Старт 15-20 апреля 2018 г. (1)
· Перелет к Марсу 162 суток (синяя кривая).
· Прибытие в окрестности Марса в сентябре 2018 г. (2)
· 20-25 сентября 2018 г.- выход на орбиту вокруг Марса (2).
· Октябрь 2018 г. - стыковка с техническим модулем, начало исследовательского этапа экспедиции (2).
· Примерно 1.5 года проводятся исследования с орбиты Марса. Высадка (3). Возможности для посадки на Марс рассмотрим дальше.
· Март 2020 года завершение исследовательского этапа, подготовка к возвращению.
· 20 апреля 2020 г. - старт к Земле (4).
· Перелет к Земле - 160 суток (оранжевая кривая)
· Посадка - октябрь 2020 г. (5)
Общая продолжительность исследовательского этапа на орбите Марса 1 год и 6 месяцев. Схема полёта представлена на рис. 4.
Таким образом, можно предположить, что экспедиция продлится более 2,5 лет. За это время космонавты могут встретить много опасностей. Я составил таблицу 1, в которой перечислил их, а также способы защиты от них.
| № п/п |
Род опасности. |
Способы защиты. |
| 1. |
Невесомость и гиподинамия |
Занятия физическими упражнениями на тренажёрах. |
| 2. |
Опасные излучения от Солнца. |
Ориентация корабля таким образом, чтобы топливные баки защищали жилые помещения, использование специальных материалов для корпуса корабля. |
| 3. |
Психологические факторы. |
Отбор людей в экипаж по психологической совместимости, предварительные тренировки по типу программы «Марс 500» |
| 4. |
Информационная изоляция |
Наличие на борту богатой медиатеки, разработка систем устойчивой связи с Землёй. |
Таблица 1. Влияние различных факторов на поведение человка во время продолжительного космического полета.
Но кроме этих опасностей, которые человек может уменьшить, существуют ещё и другие проблемы: питание, вода и кислород для космонавтов.
В сутки человек потребляет примерно 1 кг кислорода, около 3 кг воды и около 0,6 кг пищи (обезвоженные продукты). Предположим, что к Марсу полетит экипаж из 4-х человек, тогда в сутки им понадобится 4кг кислорода, 12 кг воды, 2,4кг пищи. Если экспедиция продлиться около 2,5 лет, т.е. не более 1000 дней, то понадобится 4000кг кислорода, 12000 кг воды и 2400 кг сублимированной пищи. Общая масса составит около 20 тонн.
Сделав эти вычисления, я понял, что корабль для полёта на Марс должен быть огромным! Решить эти проблемы может регенерация, т.е. восстановление использованного воздуха и воды. Еще в 1915 г. К.Э. Циолковский впервые задался вопросом, можно ли искусственно создать такой круговорот веществ, такую замкнутую систему. В 1916 г. его последователь инженер Ф.А. Цандер начал ставить эксперименты, направленные на разрешение этого вопроса.
Принципиальная возможность регенерации всех необходимых для жизнедеятельности человека веществ основана на том, что организм выделяет в составе продуктов жизнедеятельности все те химические элементы, которые он получил в виде пищи и воды, а также поглощённый при дыхании кислород. Таким образом, практически создаётся замкнутый круговорот необходимых веществ. Регенерация пищевых веществ (из углерода углекислого газа, воды, минеральных элементов мочи и кала) может быть, в принципе, осуществлена при использовании растений. Ведутся также поисковые исследования по искусственному синтезу пищевых углеводов из углекислого газа и воды.
Системы регенерации воды начали использоваться при длительных космических полётах. Так на советской космической станции «Мир» была установлена очень эффективная система регенерации воды, что позволило установить там душевую кабину для космонавтов. Американцы не использовали системы регенерации воды на своих космических кораблях, не используется она и на МКС. Там космонавты вместо привычного душа используют специальные салфетки.
Системы регенерации воздуха появились на космических кораблях уже при первых полётах в космос (на кораблях «Восток»).
Об основных видах систем регенерации я прочитал в [4] и представил их в Приложении 1.
Зелёные помощники.
До настоящего времени наиболее широкое применение на космических кораблях нашли химические регенераторы, которые позволяют не только добавлять в воздух кислород, но и поглощать лишний углекислый газ. Но для этих систем необходим запас химических веществ, который нельзя пополнить при полёте на Марс.
Как видно из этой Приложения 1, наиболее эффективным будет использование растений, так как они требуют для свой деятельности световую энергию, которой в космосе много.
Меня очень заинтересовала книга-дневник нашего знаменитого лётчика, а затем руководителя Центра подготовки космонавтов, Н.П. Каманина «Скрытый космос». Там я нашёл очень интересное место: «24 июля 1963г. Келдыш, Королев, я, Воронин, Алексеев и другие специалисты сегодня более пяти часов изучали состояние работ по космической экологии - кругообороту веществ в кабине космического корабля. Экологией у нас занимается целый ряд организаций. Это, в первую очередь, наш Институт авиационной и космической медицины, ОКБ-124, завод N918, Институт биологии, Институт физиологии растений АН СССР и другие организации. Через 2-3 года Советский Союз будет иметь возможность выводить на околоземные орбиты космические корабли весом до 70-80 тонн и собирать на орбите еще более тяжелые корабли. Такие пилотируемые корабли смогут не только облететь Луну, но и полетят к Венере, Марсу и другим планетам. Продолжительность таких полетов будет исчисляться годами, поэтому уже сейчас наука должна дать ответы на ряд вопросов, без решения которых невозможно сконструировать космические корабли будущего. В первую очередь это вопросы защиты экипажа от радиации и космических излучений, обеспечения воздухом, питанием и водой, переносимости невесомости в длительном полете, психологической совместимости членов экипажа и т.д.
Из всей этой группы вопросов нас больше всего интересовали проблемы экологии. У Воронина мы осмотрели несколько лабораторий и стендов, практически решающих вопросы регенерации воздуха, воды и утилизации всех отходов жизнедеятельности экипажа. Мы пили прекрасную воду, только что выделенную из мочи, попробовали морковь, помидоры, капусту и другие овощи, выращенные в условиях, аналогичных условиям длительного космического полета (не на почве, а на отходах и в специальных установках). В Институте авиационной и космической медицины Яздовский продемонстрировал нам работу установки, которая из одного килограмма хлореллы выделяет в сутки 270 литров кислорода. Человек потребляет 25 литров кислорода в час. Следовательно, два килограмма хлореллы способны удовлетворить суточную потребность в кислороде для одного человека. Вопросы регенерации воздуха и воды для очень длительных полетов можно считать принципиально решенными. Пока не решен вопрос полного восстановления пищи. В сутки человек потребляет 2,5-3 килограмма воды и пищи. Сейчас за каждые сутки полета космонавт расходует 3 килограмма продовольствия. На год полета для одного человека потребуется более тонны пищи и воды. Современное состояние отработки экологических систем дает основание ожидать, что в ближайшие 2-3 года будут созданы такие установки, которые смогут регенерировать более 80 процентов всех веществ, употребляемых космонавтом для обеспечения своей жизнедеятельности. Таким образом, необходимый для жизнеобеспечения космонавта суточный вес веществ будет в пределах 400-600 граммов, а для обеспечения годового полета на одного человека потребуется 150-200 килограммов веществ. Регенерирующие установки будут весить около 150 килограммов... ».
Исследования поведения зелёной водоросли хлореллы в условия космического полёта начал космонавт из Чехословакии 2 марта 1978 года на борту советской космической станции «Салют 6». В. Ремек начал выполнение первого совместного эксперимента — « Хлорелла», который продолжался практически в течение всего полета корабля «Союз-28». Его цель — изучение роста, развития и наследственности одноклеточной водоросли хлореллы в условиях космического полета.
Рис.5. Делящаяся кл
Хлорелла - один из видов одноклеточных водорослей (рис.5). При ее выборе как объекта исследований ученых привлекает ряд особенностей, которые могут использоваться в будущих космических полетах. Она состоит примерно на 60% из белка, что позволяет применить водоросли для питания. Известна и способность хлореллы поглощать углекислый газ, давая взамен кислород, что может быть в принципе использовано в длительных космических полетах. Кроме того, она является удобным объектом при изучении воздействия невесомости на биологию растений.
Специалисты воспользовались способностью хлореллы удваивать количество клеток каждые четыре часа, что позволяет получить несколько поколений этого быстрорастущего организма, которые последовательно развивались в невесомости. Эксперимент «Хлорелла» (рис.6) готовили специалисты нескольких научно-исследовательских институтов. Об этом я прочитал на сайте [5]
Рис. 6. Современный опытно-промышленный реактор для выращивания хлореллы.
Известно, что хлорелла содержат в своем составе около 70% высококачественного белка. Также, эти микроскопические водоросли являются источниками редкого витамина В12 (кобаламина); содержание его в хлорелле в несколько раз больше, чем в продуктах животного происхождения, в частности, печени, что делает их чрезвычайно привлекательными для сторонников вегетарианского питания. Кобаламин сообщает человеческому организму мощный энергетический заряд, нормализует деятельность нервной системы, снимает раздражительность, эмоциональное напряжение, а также улучшает память, повышает концентрацию внимания. Таким образом, хлорелла не только регенерирует атмосферу космического корабля, но и станет источником пищи для космонавтов. Она сможет сэкономить до 20% сартовой массы космического корабля.
Я на пути к Марсу
Изучив теорию полётов к загадочной Красной планете, я решил сам сделать несколько шагов к Марсу. Для того, чтобы было легче в пути, нужно узнать о тех кто уже первыми прошёл по нему. Поэтому моим первым шагом стало посещение Музея космонавтики. Мемориальный музей космонавтики расположен в цокольной части монумента «Покорителям космоса» – уникального памятника Москвы, воздвигнутого в честь запуска Первого искусственного спутника Земли по проекту архитекторов М.О. Барща, А.Н. Колчина и скульптора А.П. Файдыша-Крандиевского и открытого 4 ноября 1964 года.
Замысел создания музея принадлежал Главному конструктору ракетно-космических систем С.П. Королеву. Музей был торжественно открыт 10 апреля 1981 года, к 20-летию полета в космос Ю.А. Гагарина. В фондах музея бережно хранятся образцы космической техники, личные вещи деятелей ракетно-космической отрасли, архивные документы, кино- и фотоматериалы, произведения изобразительного и декоративно-прикладного искусства.
В настоящее время музей и прилегающая Аллея Героев космоса открыты после реконструкции. Значительно расширенная и обновленная экспозиция позволяет демонстрировать полномасштабную ракетно-космическую технику.
Рис. 7. Фото автора у монумента, посвящённого покорителям космоса.
В специальных зонах размещены интерактивные экспонаты, которые включают в себя тренажеры, идентичные тренажерам в Центре подготовки космонавтов имени Ю.А.Гагарина: тренажер транспортного космического корабля сближения и стыковки, виртуальный тренажер международной космической станции, тренажер пилота поискового вертолета. В музее находится выполненный в миниатюре Центр управления полетами, где можно наблюдать Международную космическую станцию в реальном времени и осуществлять переговоры с экипажем. Интерактивная кабина "Буран" с системой подвижности и панорамным стереоизображением. Интерактивный познавательный и обучающий класс, выполненный в виде кают-компании (рис.8).
Я узнал о первых спутниках, экипажах из животных, пилотируемых человеком полетах и исследованиях Луны, Марса, Венеры.
Рис. 8. У стендов в музее космонавтики.
После посещения музея мне захотелось взглянуть на Марс. Невооруженным взглядом его легко отличить на ночном небе по красноватому оттенку. Чтобы разглядеть его получше, я решил вооружить свой взгляд телескопом.
Рис. 9. Автор знакомится с МШТ-60 (слева) и вид Марса в телескоп (справа).
Мне удалось заполучить простой малый школьный телескоп-рефрактор МШТ-60. 60мм – это диаметр его объектива. Он даёт небольшое увеличение (в зависимости от окуляра 30 и 60 раз). Вот что удалось мне увидеть летом этого года (рис. 9, справа.). Теперь я точно знаю, что Марс – красная планета. Жаль, что не удалось ничего разглядеть на поверхности Марса, но я попробую это непременно сделать, кода откроется Московский планетарий.
Очень важно для космонавта иметь хороший аппетит, для того, чтобы было много сил. Аппетит у меня хороший, но я только на картинках видел (рис.10), как выглядит настоящая космическая еда. Для экипажей «Салютов» продукты питания упаковывались в 100-граммовые консервные банки и алюминиевые тубы по 165 грамммов. Космическую еду готовят на заводе в Подмосковье. Сухие (сублимированные) соки и кофе расфасовывались в пленочные пакеты.
Рис. 10. Продукты для космонавтов. На пакете с сублимированным протертым шпинатом (вверху справа) виден клапан для воды.
Для приготовления пищи и напитков имелся специальный проточный блок подогрева воды. Сейчас пища экипажа МКС более разнообразна. В нее входят как обезвоженные, так и готовые продукты. Свежие овощи и фрукты на борту станции тоже бывают, но нечасто.
Когда в Космос полетел Гагарин, его тоже немного покормили. Ему давали гомогенизированные продукты в тубах. У Гагарина было всего девять продуктов.
Теперь в Космос посылают продукты сублимированные. Сублимация - это обезвоживание продукта сначала путем заморозки до минус 50 градусов, а затем, в условиях вакуума, высушивания: в течение 32 часов он нагревается до плюс 50-70 градусов. При сублимации лед не превращается в воду, а сразу испаряется, а ценные вещества, обычно выходящие с влагой, остаются на месте.
Рис. 11. Вот космические продукты, которые нам удалось приобрести. (Слева направо: творог сублимированный, мясо варёное, сублимированное, клюква сублимированная)
Один из самых сложных для приготовления сублимированных продуктов – это чай. А один из самых вкусных, по признанию космонавтов - это сублимированный творог с клюквой и орехами. На вкус он как свежий.
Космические продукты - самые безопасные и самые натуральные. В них нет ни химических, ни синтетических добавок: неизвестно, как они себя поведут в космосе, где, в том числе, присутствуют солнечная радиация и магнитные волны.
Рис. 12. Приготовление космической еды на земной кухне.
Следующим моим шагом на пути к Марсу было изготовление модели установки для регенерации воздуха с помощью культуры хлореллы. Вначале я решил познакомиться с хлореллой поближе. Для этого я использовал цифровой микроскоп QX5, который я подключил к USB-порту ноутбука (рис. 13). С помощью этого микроскопа можно не только рассматривать объекты, но и фотографировать их.
Рис. 13. Автор знакомится с хлореллой с помощью цифрового микроскопа (справа).
Эскиз установки для регенерации воздуха изображен на рис. 14, а его фотография – на рис.15. Установка (рис. 14) работает так: воздушный насос 5 забирает воздух из помещения через трубу 5 и подаёт его через трубу 3 в культуру хлореллы 1, взвешенную в воде и находящуюся в резервуаре 2.
Рис. 14. Эскиз установки.
Воздух «пробулькивается» через культуру хлореллы, обогащается кислородом, а углекислый газ растворяется в воде. Культура хлореллы прокачивается насосом 8 через прозрачный змеевик 7, который освещается люминесцентной лампой 6.
Рис. 15. Внешний вид модели биореактора (1-суспензия хлореллы; 2- прозрачный пластиковый резервуар; 3- насос; 4-крепежная панель; 5- прозрачная трубка на входе в фотореактор; 6-люминесцентная лампа; 7-выход из фотореактора).
Моя установка (рис. 16) устроена проще. Взвешенная в воде культура хлореллы 1 находится в резервуаре 2. Оттуда культура хлореллы насосом 3 по трубке 5 подаётся в змеевик из прозрачной пластмассовой трубки, намотанной на люминесцентную лампу 5 и по трубке 7 возвращается в резервуар. Люминесцентная лампа не только освещает, но и подогревает культуру хлореллы. Я решил не устанавливать отдельный насос для прокачивания воздуха, так как жидкость, возвращающаяся в резервуар по трубке 7, разбрызгивается в нём, обеспечивая газообмен. Все детали установки смонтированы на пластмассовой пластине 4.
Наблюдать за реакцией можно при помощи датчика углекислого газа. Если на ходе в реактор его содержание в воздухе составляет около 3%, то на выходе из него после одного цикла работы – 2%. При увеличении количества циклов, за 15 минут водоросли усваивают 60% углекислого газа и снижают его содержание до 1 %.
Таким образом, 20кг суспензии хлореллы позволяют перерабатывать 450л углекислого газа в сутки. Этого достаточно для обеспечения кислородом одного человека. Опыты по дыханию человека регенерируемым хлореллой воздухом проводились, и мой эксперимент подтвердил их результат.
Таким образом, биореактор является очень эффективным регенератором кислорода и способен обеспечивать и экипаж космического корабля в долгом полете, и поселенцев при колонизации Марса.
На осенних каникулах мне удалось побывать в Звездном городке в Центре подготовки космонавтов имени Юрия Гагарина. Я познакомился и поговорил с настоящими космонавтом и астронавтом, и даже задал им несколько вопросов.
Рис. 16 Космонавт Сергей Волков и астронавт Джозеф Акаба в ЦПК.
Оказалось, что наш космонавт Сергей Волков больше всего из космической еды любит творог с орехами, а астронавт Джозеф Акаба – острые креветки (рис.16). Им обоим было бы интересно полететь на Марс. Сейчас они готовятся к новым полетам на МКС. Вечером в Звездном городке была организована встреча с ветеранами Центра подготовки космонавтов, и мне предоставили возможность выступить со своим докладом.
Рис. 17 Предзащита проекта «На работу… на Марс» в Звездном городке (слева) и С.Н.Киселев (справа).
После этого выступал друг Гагарина, Сергей Николаевич Киселев, он похвалил мою работу и сказал, что очень скоро на Марс будет запущен корабль, который вернется и привезет образцы грунта, чтобы продолжить исследования и подготовку к полету человека на Красную планету.
После конференции, я решил провести опрос среди одноклассников, хотят ли они полететь на Марс. Результаты опроса приведены на рис.18
Рис. 18 Результаты опроса одноклассников «Хотели бы Вы полететь на Марс?»
Выводы.
За время работы над проектом я узнал об истории освоения околоземного космического пространства, планет Солнечной системы, развитии уникальных космических технологий. Услышал мнение о ближайших перспективах в этой области «из первых уст» - от космонавтов и участников группы подготовки пилотируемых полетов.
Решив подробнее изучить работу систем жизнеобеспечения, я узнал о том, какие проблемы возникают у экипажа во время длительных космических полетов. Для более глубокого понимания вопросов питания экипажа, я продегустировал несколько видов сублимированных продуктов. В результате дегустации, пришел к выводу, что в длительном полете рацион космонавтов обязательно необходимо разнообразить несублимированными продуктами, насыщенными необходимыми витаминами и микроэлементами. Это позволит не только обеспечить человека необходимой энергией, но и сохранить нормальной работу пищеварительной системы.
После изучения организации замкнутой экологической системы межпланетной космической станции, стало очевидным, что важнейшим звеном такой системы является система обеспечения дыхания. Узнав о разных типах подобных систем, я сравнил их параметры, и пришел к выводу, что не все они могут быть использованы в длительном полете и во время пребывания экспедиции на Марсе. Поставив перед собой задачу выбора оптимальной системы, я пришел к выводу, что наиболее универсальными являются биологические регенераторы кислорода. Используемые в них одноклеточные водоросли эффективно восстанавливают кислород, а также могут быть использованы для регенерации воды и в качестве белковой и витаминной добавки в рацион.
Свое заключение о перспективности использования биотехнологии для поддержания состава воздуха я реши проверить экспериментальным методом, построив модель фотобиореактора в домашних условиях. Мои эксперименты подтвердили гипотезу о том, что биореактор является эффективной долговременной системой регенерации воздуха, особенно после высадки на планету, когда световую энергию водоросли смогут получать непосредственно от Солнца. В моей действующей модели водоросли нормально размножались, увеличивая свою биомассу каждые сутки в четыре раза. Подтвердились также сведения о возможности использования хлореллы для очистки воды – азотные удобрения, добавленные в воду, повышают скорость размножения водорослей и эффективность биореактора.
В 2035 году 15 сентября ожидается великое противостояние Марса, когда Марс максимально приближается к Земле. Я считаю, что к этому моменту технологии уже выйдут на необходимый для создания экспедиции уровень: будет создан и выведен на околоземную орбиту космический аппарат, на Марс будут заранее доставлены необходимые для жизни питание и оборудование, космонавты пройдут предполетную подготовку. Я считаю, что разработкой и улучшением системы жизнеобеспечения космонавтов для полета на Марс должны заниматься ученые всех стран. Тогда благодаря их совместным усилиям моя мечта – полететь на работу на Красную планету сможет осуществиться в самом ближайшем будущем. Надеюсь, что уже в моем классе учатся люди, которые смогут сделать первые шаги на другой планете. А пока успешные опыты с биорегенератором кислорода приближают нас к этой цели.
Благодаря высоким требованиям в областях двигателестроения, техники безопасности и систем жизнеобеспечения, для полета на Марс необходимо развитие новых технологий. Многие ожидают отсюда инновационного порыва, аналогичного возникшему в 60-х годах (во время высадки человека на Луну). В целом это предвещает экономическое оживление, которое компенсирует большие затраты. Наряду с этим полёт окажется значимым и для человеческой цивилизации, если человек сделает первый шаг на другую планету, чтобы позднее колонизировать её.
Кроме того, колонизация Марса может сыграть большую роль в спасении человечества в случае какой-нибудь глобальной катастрофы на Земле, например столкновения с астероидом. Несмотря на то, что вероятность такой катастрофы невелика, необходимо об этом думать, так как последствия глобальной катастрофы могут быть фатальны для человеческой цивилизации. Из-за большой длительности процесса колонизации других планет лучше начинать её как можно раньше и с Марса
Список литературы.
1. Воронцов-Вельяминов Б.А. Очерки о Вселенной. — М.: Педагогика, 1980.
2. Энциклопедический словарь юного астронома. Сост. Н.П Ерпылев, -М.: Педагогика, 1986
3. http://marsmeta.narod.ru/mars/condition.htm
4. http://www.cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/040/252.htm
5. http://www.prostokosmos.ru/couz-28.html?showall=1
6. Каманин Н.П. Скрытый космос М.: Инфортекст-ИФ, 1995
Приложение 1.
Сравнительная таблица различных систем регенерации воздуха в космическом полете.
| Нерегенеративные системы |
|||
| физические |
физико-химические |
Химические |
|
| Формы запасае- мого кислорода |
Молекуляр- ный кислород: газообразный, жидкий |
Химически связанный в форме воды |
Химически связанный в составе веществ, богатых кислородом |
| Способы использования |
Расширение газа высокого давления: испарения сжиженного газа |
Электролиз воды (разложение воды с помощью электрического тока) |
Химическое разложение веществ, богатых кислородом |
| Источники энергии |
Внутренняя энергия сжатого или сжиженного газа |
Внешние источники электрической энергии |
Энергия химических реакций |
| Регенеративные системы |
|||
| Физико-химические |
Биологические |
||
| Источники кислорода |
Углекислый газ и вода, выделяемые человеком как продукты окисления пищевых веществ |
Углекислый газ и вода, выделяемые человеком как продукты окисления пищевых веществ |
|
| Методы регенера- ции |
Электролиз воды: прямое восстановление углекислого газа водородом до углерода и воды с последующим электролизом воды, восстановление углекислого газа водородом до метана (или окиси углерода) и воды с последующим электролизом воды |
Фотосинтез зеленых растений |
|
| Форма потребляе- мой энергии |
Тепловая, электрическая |
Световая |
|