Arizonas tuksneša vidū tika uzcelta iekārta, kuras mērķis bija demonstrēt, ka mēs varam ietvert dzīvību un likt tai funkcionēt pilnīgi noslēgtā sistēmā; šis trakais, uz kosmosu vērstais projekts tika nosaukts par Biosfēru 2. Lai gan viņu mērķis bija pārbaudīt tehnoloģijas dzīvošanai ārpus ZemesViņš galu galā piedāvāja skarbu ainu par to, cik grūti ir kopēt dabu un ko tas patiesībā nozīmētu. kolonizēt Marsu.
Tas nekādā ziņā nebija diskrēts eksperiments: mediji, apmeklētāji un solījumi pilnā apjomā. Astoņi cilvēki uz diviem gadiem ieslēdzās ieslodzījumā, lai paļautos tikai uz to, ko radīja miniatūra pasaule.No panākumiem un neveiksmēm ir gūtas galvenās mācības jebkuram plānam. apmetnes uz sarkanās planētasno gaisa un pārtikas apsaimniekošanas līdz cilvēku līdzāspastāvēšanai slēgtās telpās.
Kas bija Biosfēra 2 un kāpēc tā tika uzbūvēta?
Būvniecība sākās 1987. gadā, un 1991. gada septembrī pirmā astoņu brīvprātīgo komanda šķērsoja vārtus un nonāca 12 800 m² (aptuveni 1,27 hektāru) lielā iekštelpā, ko ieskauj 16 000 m² stikla kupoli un kupoli. Oficiālais mērķis: darbināt svarīgu sistēmu, kas ir materiāli slēgta un enerģētiski atvērta, ar aptuveni 20 tonnām biomasas un gandrīz 4.000 sugām, kas izplatītas septiņās reprezentatīvās Zemes dzīvotnēs.
Iekšpusē bija lietus mežs, savanna, tuksnesis, mangrovju meži, okeāns ar koraļļu rifiem, lauksaimniecības zonas un telpas cilvēku dzīvei (kopmītnes, laboratorijas, virtuves, darbnīcas). Iecere bija, ka šī ekosistēma pārstrādāsies ūdens un barības vielas ilgstoši nepaļaujoties uz ārpasauliar nolūku izstrādāt tehnoloģijas bāzēm uz Mēness vai Marsa.
Projektu izveidoja uzņēmums Space Biosphere Ventures ar filantropa Edvarda Basa finansiālu atbalstu. Publicētie investīciju skaitļi svārstās no 150 līdz 300 miljoniem ASV dolāru (tajā laikā), taču viņi visi ir vienisprātis, ka tas bija titānisks pasākums savam laikam un magnēts zinātniskajam tūrismam.
Mediju popularitātes laikā maksas ekskursijas apceļoja perimetru, savukārt gidi lielījās, ka šis objekts ir Arizonas otra lielākā atrakcija pēc Lielā kanjona. Papildus zinātnei tika pārdota arī iedvesmojoša vīzija par daudzplanētu nākotni.Kaut kas tāds, kas mūsdienās joprojām izklausās pēc grūti izpildāma solījuma, bet toreiz šķita sasniedzams, ja vien mēs atrisinātu inženiertehniskos jautājumus.
Slēgtas pasaules inženierija
Konstrukcija apvienoja augstas izturības tēraudu un stiklu ar ārkārtīgi hermētisku dizainu. Lai absorbētu iekštelpu gaisa ikdienas izplešanos un saraušanos, tika izveidotas divas mainīga tilpuma kameras — slavenās plaušas., milzīgas diafragmas, kas ievietotas velvēs, kuras uzturēja spiedienu bez noplūdēm.
Savienojumu un logu blīvējums tika aprēķināts, lai samazinātu apmaiņu ar ārpusi. Tā kā logus nevarēja atvērt, tika uzstādītas lielas gaisa kondicionēšanas sistēmas. lai uzturētu piemērotus apstākļus katrā biomā. Par katru ienākošo saules enerģijas vienību dzesēšanas iekārtas varēja patērēt līdz pat trīs reizes vairāk enerģijas temperatūras stabilizēšanai.
Hermētiskums pārsniedza gaisa robežas: konstrukcija tika uzbūvēta uz sava veida noslēgtas vannas, izolējot to no grunts. Mērķis bija nodrošināt pietiekami paredzamu ūdens un oglekļa ciklu, lai uzturētu cilvēkus. un vienlaikus uzturēt aktīvas, produktīvas un daudzveidīgas biomas.
Pirms kāda ieslodzīšanas tika pārbaudīts mazāks testa modulis. Bija 3, 5 un 21 dienu ilgas uzturēšanās, lai cita starpā pārbaudītu atkritumu pārstrādi.Šie testi bija pārāk īsi, lai plašā mērogā novērtētu lauksaimniecību vai lopkopību, tāpēc lēciens uz pilnu misiju daļēji bija akls.
Pirmā misija: bads, sarūkošais skābeklis un neparedzamas ekosistēmas
Pirmā karantīna sākās 1991. gada 26. septembrī un beidzās tieši divus gadus vēlāk. Tās apkalpe: Rojs Volfords (ārsts un pētnieks), Džeina Pointere, Teibers Makkalums, Marks Nelsons, Sallija Silverstona, Abigaila Allinga (pievienojās pēdējā brīdī), Marks Van Tillo un Linda Lī. Ikdienas rutīna apvienoja kultivēšanu, kopšanu, gaisa un ūdens analīzi, kā arī fiziskās un psiholoģiskās veselības uzraudzību..
Lauksaimniecība bija viņu uztura pamatā. Banāni auga samērā labi, tāpat kā saldie kartupeļi un zemesrieksti, kā arī citi. Pat tā, bada sajūta bija pastāvīga, jo produkcija nebija pietiekama tik aktīvai dzīvei.Tā nebija patvaļīgi izvēlēta ēdienkarte: uzturvielām tika dota priekšroka pār kalorijām, un bija arī tādi dzīvnieki kā vistas, kazas, zivis un cūkas.
Lielākais šoks bija saistīts ar gaisu. Skābekļa līmenis 16 mēnešu laikā samazinājās no sākotnējiem 20,9 % līdz 14,5 %, kas ir līdzvērtīgi elpošanai vairāk nekā 4.000 metru augstumā. Lai novērstu nopietnus riskus, tika pievienotas divas skābekļa injekcijas (janvārī un augustā)., pēc intensīvas kardiopulmonālas uzraudzības, ko veica Walford un ārējās medicīnas komandas no Arizonas Universitātes.
Kas notika? Vairāku faktoru kombinācija: mazāk gaismas mākoņainā gada dēļ samazināja fotosintēzi, struktūra meta vairāk ēnu nekā gaidīts, un augsnes, kas bagātas ar oglekli un bija inokulētas ar mikrobiem, elpoja pilnā ātrumā. Mikroorganismi patērēja skābekli un izdalīja CO₂2Bet tas CO2 noslēpumaini pazuda no iekšējās atmosfēras.
Trūkstošā daļa izrādījās betons. Atsegtais cements darbojās kā izlietne, piesaistot daļu CO₂2 un maskējot gāzes dinamiku, kas izjauca sistēmas līdzsvaru. Tam pievienojās vēl viena problēma: CO2 Tas bija ārkārtīgi mainīgs, ar virsotnēm un ielejām, kas radīja stresu augiem un dzīvniekiem.
Arī bioloģiskā daudzveidība kļuva traka. Lielākā daļa mugurkaulnieku un visi apputeksnējošie kukaiņi gāja bojāSkudras un prusaki savairojās; džungļos dominēja vīteņaugi, un iekšzemes okeānā bija zivju bojāeja un infiltrācijas problēmas. Tuksnesis galu galā kļuva mitrāks nekā gaidīts negaidītas kondensācijas dēļ.
Sociālā dinamika: frakcijas, spriedze un neērts jautājums
Astoņi cilvēki, ierobežoti resursi un pastāvīgs spiediens rada sarežģītu recepti. Drīz vien parādījās divas frakcijas ar pretējiem viedokļiem par eksperimenta mērķi.viens ir elastīgāks, atbalstot iejaukšanos no ārpuses, lai uzturētu misiju; cits ir puristiskāks, negribīgi pieņem jebkādu ārēju ietekmi, kas varētu sagrozīt slēgtās sistēmas derīgumu.
Kaloriju deficīts un hipoksija emocionālo klimatu neuzlaboja gandrīz nemaz. Neizskanēja apsūdzības par pārtikas uzkrāšanu un strīdi par zinātniskajām prioritātēm. Prese, kas sākotnēji slavēja projektu, pievērsās uzbrukumam, kad kļuva publiski zināmas skābekļa injekcijas un neregulāras piegādes no ārzemēm.Bieži atkārtots virsraksts bija par to, vai šī būtībā ir "viltus jauna pasaule".
Otrā misija, vadības krīze un sabotāža trijos no rīta
Otrā misija sākās 1994. gada 6. martā ar ideju ilgt desmit mēnešus, vairāk koncentrējoties uz ekoloģiju, nevis uz psiholoģiju. Sākotnējā apkalpē bija Norberto Alvaress Romo kā kapteinis, Džons Druits, Mets Finns, Paskāls Maslins, Šarlote Godfrija, Rodrigo Romo un Tilaks Mahato.Taču ārējais konteksts drīz vien kļuva neskaidrs.
Aprīlī finanšu kontroles strīdi beidzās ar to, ka ar tiesas lēmumu vadības komanda tika piespiesta atkāpties, un vadību pārņēma uzņēmums, kas saistīts ar Edu Basu. Situācija saasinājās, kad 5. aprīlī pulksten 3:00 divi pirmās misijas dalībnieki apzināti atvēra durvis, lai pārtrauktu karantīnu.Tika lēsts, ka aptuveni 10% iekštelpu gaisa tika atjaunoti.
Izmaiņas sekoja viena pēc otras; pats kapteinis Alvarezs Romo galu galā pameta iestādi, un viņa vietā stājās Bernds Zabels, un vēlāk notika vēl citas personāla izmaiņas. Space Biospheres Ventures tika oficiāli likvidēts 1. jūnijā., un misija beidzās priekšlaicīgi 1994. gada 6. septembrī.
Tiesas prāvu un apsūdzību vidū parādījās vārds, kas gadus vēlāk kļuva zināms politikā: Stīvs Banons, kura ienākšana kā investoram galu galā noveda kompleksu Kolumbijas Universitātes virzienā. Episkā ēra beidzās, dodot ceļu akadēmiskākai un atvērtākai lietošanai..
No mediju izrādes līdz liela mēroga laboratorijai
Pēc aizzīmogoto misiju slēgšanas Kolumbijas Universitāte pārņēma un izmantoja kompleksu pētniecības un izglītības programmām, kur studenti varēja pavadīt semestri. Īpašums vairākas reizes mainīja īpašniekus, līdz 2007. gadā tā pārvaldību pārņēma Arizonas Universitāte., ar papildu filantropisku atbalstu 30 miljonu ASV dolāru apmērā no Edvarda P. Basa.
Tajā pašā gadā tika paziņots par zemes pārdošanu attīstītājam, plānojot daļēju urbanizāciju un galvenās struktūras uzturēšanu pētniecības nolūkos. Arizonas Universitāte parakstīja Biosfēras zonas nomas līgumu un pārveidoja šo vietu par unikālu laboratoriju klimata pārmaiņu, hidroloģijas, ekoloģijas un enerģētikas jautājumiem.
Operācija mainīja savu filozofiju: tika atvērti logi un pieņemts mazāk slepens vadības stils, kas samazināja gada elektroenerģijas izmaksas par aptuveni vienu miljonu dolāru. Pat bez pilnīgas atmosfēras kontroles bija iespējams izmērīt sarežģītus procesus, kurus reālajā pasaulē šādā mērogā nav iespējams instrumentēt..
Mūsdienās papildus pētniecībai notiek arī informatīvā un viesošanās. Katru gadu teritoriju apmeklē aptuveni 100 000 cilvēkuTas finansē daļu no uzturēšanas (kas pārsniedz 5 miljonus dolāru gadā); pārējais finansējums nāk no universitātes budžeta un ziedojumiem.
Pašreizējie pētījumu virzieni: ūdens, koraļļi, meži un agrovoltika
Viena no prioritātēm ir izprast ūdens bilanci daļēji sausajās zonās klimata pārmaiņu scenārijos. Ainavu evolūcijas observatorijā ar trim 10 tonnu platformām, kas spēj reģistrēt 1% izmaiņasVeģetācijas segums un nokrišņu režīmi tiek manipulēti, lai mērītu infiltrāciju, noteci, iztvaikošanu un evapotranspirāciju, kas modulē mikroklimatu.
Vēl viena galvenā izmeklēšanas joma ir vērsta uz iekšzemes koraļļu rifu. Pētnieki pēta, kā koraļļi reaģē uz paaugstinātu temperatūru un vai transplantāti no dabiski siltākām vietām var paātrināt adaptāciju., novērtējot bioloģiskās daudzveidības izmaksas un potenciālu glābt apdraudētās ekosistēmas.
Tiek pārbaudīta arī mežu un augu reakcija uz palielinātu CO2 daudzumu.2mazāk nokrišņu un augstāka temperatūra. Iepriekšējie eksperimenti parādīja, ka pie 600 ppm CO2 Daži augi pārstāj to asimilēt un sāk izdalīt tādus savienojumus kā izoprēns., ar tālu no triviālām klimata atgriezeniskās saites efektiem.
Paralēli notiek attīstība pārvietojamu cilindrisku siltumnīcu jomā pārtikas ražošanai ar augstu uzturvērtību un agroelektrisko projektu jomā. Kultūraugu novietošana zem saules paneļiem samazina to temperatūru un ūdens patēriņu, savukārt iztvaikošana uzlabo paneļu veiktspēju.Ūdens, enerģija un pārtika, domājot par noturīgām sistēmām.
Dizaina dati, kas radīja atšķirību
Daži skaitļi palīdz gūt priekšstatu par iekštelpu mērogu: džungļi 1.900 m², okeāns 850 m², mangrovju audzes 450 m², savanna 1.300 m², tuksnesis 1.400 m² un sākotnēji 2.500 m² kultūraugu. Rāmi un kristālus izstrādāja augstas veiktspējas ģeodēzisko struktūru ekspertu komanda., ar pārāku hermētiskumu nekā daudzām tā laika kosmosa iekārtām.
Svarīga mācība no sākotnējā eksperimenta bija izvairīties no betona pakļaušanas slēgtu sistēmu iekštelpu gaisam, ja mērķis ir prognozēt oglekļa ciklu. CO ķīmiskā sekvestrācija2 Cements mainīja atmosfēru un izjauca aprēķinus. kas, ja tiktu pārvietots uz Marsa bāzi, varētu beigties ļoti slikti.
Turklāt tika atklāts, ka gaismas, siltuma un mitruma kontrole dažādās biomās prasa daudz enerģijas. Lai stabilizētu ekosistēmu, gaisa kondicionieri izmantoja vairākas reizes vairāk enerģijas nekā saule.Uz Marsa, kur ir mazāk starojuma un putekļu suspensijā, šis enerģijas rēķins būtu vēl dārgāks.
Mācības Marsa kolonizēšanai: no teorijas līdz praksei
Pāriesim pie lietas būtības: kādu ieguldījumu Biosfēra 2 deva debatēs par Marsa kolonizāciju? Viņš pierādīja, ka mazas, slēgtas ekosistēmas pēc savas būtības ir nestabilas un neaizsargātas pret neparedzētiem faktoriem.; ka gāzes līdzsvars ir delikāts; un ka slēgtas cilpas pārtikas ražošana nav pastaiga parkā.
Marss rada vēl lielākus izaicinājumus: aptuveni sešu mēnešu un 225 miljonu kilometru garus ceļojumus vislabvēlīgākajā punktā, 38% no Zemes gravitācijas, augsta radiācija un vidēji −60 ºC. Mums ir 437 dienu nepārtrauktas dzīves mikrogravitācijā pieraksts, un tas jau ir atstājis ievērojamas sekas. (kaulu un muskuļu masas zudums, sirds un asinsvadu problēmas, redze), tāpēc trūkst pierādījumu par ilgtermiņa ietekmi uz veselību vieglas slimības gadījumos, īpaši bērnībā un grūtniecības laikā.
Visticamākā apmetne nebūs kā pastkartes cienīga aina ar stikla kupoliem; loģiski būtu lavas caurules vai apraktas iekārtas ar garantētu gaisa, ūdens un radiācijas aizsardzību. Lai uzturētu simtiem tūkstošu cilvēku, būtu nepieciešama gigantiska infrastruktūra, bagātīga enerģija un spēcīga mākslīgā ekosistēma.tas viss ar pastāvīgu apkopi un loģistiku.
Tad vēl ir sociālie un juridiskie aspekti. Kas lemj un kontrolē gaisu, ūdeni vai pārtiku vidē, kur viss tiek normēts? Atkarība no viena skābekļa piegādātāja ir iespaidīga kontroles iespēja.Bez skaidriem noteikumiem par okupāciju, pastāvīgumu un pārvaldību sacensība par teritoriju varētu novest pie privātiem monopoliem un konfliktiem.
Pretstatā optimistiskajiem laika grafikiem, kas runā par pilsētām uz Marsa pēc dažām desmitgadēm, ir balsis, kas aicina uz realitātes devu. Zinātnes komunikatori Zaks un Kelija Veinersmiti apgalvo, ka kolonizācija ir gadsimtiem ilgs projekts.nevis gadi, un ka labāk vispirms atrisināt problēmas, kas, starp citu, būs noderīgas arī mums uz Zemes: slēgtie cikli, veselība zemā gravitācijā, kosmosa likumi, enerģijas noturība.
Analogi projekti un zinātniskais mantojums
Biosfēra 2 nebija vienīgā. BIOS-3 Sibīrijā, Project Eden, MARS-500 vai Marsa analogās dzīvotnēs Viņi ir izpētījuši dažādus puzles gabaliņus: slēgta cikla kultūras, ieslodzījuma psiholoģiju, loģistiku un dzīvības uzturēšanu.
1999. gadā žurnāla “Ecological Engineering” īpašajā numurā tika apkopoti kalibrēti kompleksa metabolisma, ūdens bilances, siltuma un mitruma modeļi, kā arī tika veikts darbs pie tropu mežiem, mangrovēm, okeāna un lauksaimniecības ar CO₂.2 augsts. Šī kolekcija kopā ar tolaik publicēto pētījumu grāmatu nostiprināja zinātnisko mantojumu. ārpus mediju trokšņa.
Strīdi, kritika un neērta realitāte
Jau no paša sākuma bija dzirdamas skeptiskas balsis. Daži zinātnieki apšaubīja eksperimentālo pamatu un apkalpes atlasi.Bioloģe Linna Margulisa, vadošā persona dzīvības zinātnēs, pat apgalvoja, ka tā nemaz nav zinātne. Informācijas noplūdes plašsaziņas līdzekļos par dzīvi projekta veicinātāju rančo vēl vairāk uzkurināja šo aizrautīgo aizraušanos.
Paļaušanās uz dabasgāzes enerģiju, nevis saules paneļiem, skābekļa ieplūdes sistēmām un CO2 attīrīšanas sistēmu uzstādīšanu2 ar ārējiem palīgmateriāliem daudzi tika apzīmēti kā krāpniecība. Citi apgalvoja, ka, tā kā tā ir pirmā šāda veida struktūra, pielāgojumi un ielāpi ir neizbēgami. lai mācītos un nepakļautu iemītniekus riskam.
No biznesa viedokļa rezultāts bija skarbs. Kompleksam bija gandrīz neiespējami gūt peļņu.Lai gan bija sapņi segt daļu izdevumu ar tūrisma līdzekļiem, ja mēnesī ierastos līdz 10 000 apmeklētāju par augstām cenām, realitāte nekad īsti nepiepildījās.
Ko mēs patiesībā ieguvām no Biosfēras 2?
Papildus izrādei tika apgūtas arī būtiskas mācības: liela mēroga hermētisku konstrukciju projektēšana, oglekļa un ūdens ciklu reālā dinamika slēgtā vidē, intensīvās lauksaimniecības dzīvības uzturēšanas sastrēgumi un, iespējams, viscilvēcīgākā lieta – komandu vadība ilgstošā izolācijā. Tie ir būtiski elementi, ja mēs kādu dienu vēlamies dzīvot ārpus Zemes..
Kā man atgādināja slavena Ciolkovskim piedēvēta frāze, Zeme ir cilvēces šūpulis, bet šūpulī nevar dzīvot mūžīgi. Ja jau grasāmies iet ārā, tad labāk to darīt pēc garas, mācīšanās pilnas bērnības.ar sarežģītiem, dārgiem un dažkārt pretrunīgiem eksperimentiem, kas samazina pārsteigumus, ja nav drošības tīkla.
Atskatoties pagātnē, Biosfēra 2 bija tehnoloģiska utopija, kas sadūrās ar realitāti, taču tā atstāja aiz sevis unikālu izmēģinājumu poligonu. Mūsdienās to izmanto kā liela mēroga atvērta mēroga laboratoriju un platformu izglītībai un apmeklējumiem.Rets tilts starp laboratorijas precizitāti un reālās pasaules mudžekli. No plaušām līdz džungļiem tas turpina mums mācīt, cik trauslas un sarežģītas patiesībā ir sistēmas, kas mūs uztur.
