Олег Кононенко — об исследованиях, которые проводятся на МКС
Международная космическая станция (МКС) представляет собой живой организм, которому каждый день необходимо дышать, пить, питаться и избавляться от лишнего. Как обеспечить эти потребности в условиях удаленности от земных ресурсов? Высокая стоимость и сложность доставки еще больше усложняют решение проблемы. На выручку приходят современные космические биотехнологии.
Звучит космически? Да, однако космические исследования — это не всегда далекие галактики, марсоходы и поиски следов внеземной жизни. Космос — это в том числе и экстремальная лаборатория, в которой в условиях жестких ограничений пространства, воды, воздуха и энергии космонавты ищут решения самых насущных проблем жизнеобеспечения на орбите.
На российском сегменте МКС проводится множество биотехнологических экспериментов, результаты которых, вполне вероятно, послужат человечеству и на Земле — ведь уже сегодня мы стоим на пороге глобальных вызовов растущего населения, исчерпания ресурсов, изменения климата. На исследование обеспечения базовых потребностей организма в воздухе, воде и безопасности направлены эксперименты "Сепарация", "Фотобиореактор", "Электронный нос", "Фотокатализ", "Тест" и "Токсичность".
Вода из космоса: космический эксперимент "Сепарация"
Начнем с основы жизни — воды. Для длительных космических миссий необходимо создание замкнутой системы регенерации воды. В основе решения этой задачи лежит космический эксперимент "Сепарация" — испытание принципиально новой для МКС системы СРВ-У (система регенерации воды из урины).
В дистилляторе — быстро вращающемся аппарате — урина центробежной силой распределяется по стенкам тонкой пленкой, что ускоряет испарение. Внутри дистиллятора создается пониженное давление, которое значительно уменьшает температуру кипения воды и обеспечивает экономию энергии. Тепло, выделяемое при конденсации пара, используется для подогрева и испарения новой порции урины.
После дополнительной очистки такая вода пригодна для питья и приготовления пищи. На сегодняшний день с помощью системы получено более 200 л чистой воды. Эта разработка может быть использована для создания автономных систем водообеспечения и на Земле в условиях ограниченного доступа к чистой воде, например на арктических научных станциях или в пустынях.
"Токсичность": живые детекторы неведомых угроз
Решив задачу регенерации воды на МКС, ученые сталкиваются с другим вызовом: как определить ее качество? Для этого на станции используется химический анализ, который выявляет только известные загрязнители. Его ключевой недостаток — невозможность обнаружить неизвестное токсичное вещество или опасную комбинацию нескольких компонентов, что неприемлемо для долгих межпланетных миссий. Решением проблемы стал эксперимент "Токсичность" на базе прибора "Биотокс-10К", в котором в качестве индикатора чистоты используется микробный биосенсор — живые светящиеся бактерии.
В активном и здоровом состоянии бактерии интенсивно светятся. При попадании микроорганизмов в токсичную среду их метаболизм нарушается, и свечение резко снижается или исчезает совсем. Чем более тусклый свет, тем выше "индекс токсичности" и опаснее вода. Этот метод называется интегральным — он оценивает общую вредность среды, а не отдельные ее компоненты.
Эксперимент "Токсичность" был направлен на исследование эффективности данной технологии в условиях невесомости. Космонавты проводили замеры проб воды из системы регенерации и сравнивали их с эталонными образцами. Все данные фиксировались прибором. Затем часть проб была отправлена на Землю для анализа тем же методом. Данные, полученные на орбите, полностью совпали с "земными".
"Электронный нос": на страже патогенов
Разумеется, чистота воздуха, которым дышат космонавты, не менее важна, чем чистота воды, которую они потребляют. В стерильной на первый взгляд атмосфере МКС живут мириады бактерий и микроскопических грибов, в том числе условно-патогенных для человека. В условиях стресса и ослабленного иммунитета они могут вызывать инфекции. Размножаясь в фильтрах и вентиляции, микроорганизмы ухудшают качество воздуха и работу систем жизнеобеспечения.
До сих пор главным методом контроля был ручной забор проб с последующей их отправкой на Землю. Этот процесс зачастую занимал месяцы, а космонавтам нужен был инструмент для мгновенной диагностики прямо на борту. На помощь пришел уникальный прибор — "Электронный нос", представляющий собой газовую сенсорную систему на основе искусственного интеллекта. Его задача — идентифицировать микробное заражение по летучим органическим соединениям, которые выделяют бактерии и грибы в процессе жизнедеятельности.
 |
| Электронный нос. |
| Источник: © NASA |
Работа над экспериментом велась в два этапа. На первом прибор "знакомили" в лаборатории с эталонными запахами самых распространенных и опасных обитателей МКС. Таким образом, в его память была заложена база данных "микробных ароматов". На втором этапе "Электронный нос" испытывали на способность распознавать микробы не в чистой культуре, а на реальных образцах материалов.
Эксперименты подтвердили: прибор может не только обнаружить заражение, но и определить его количественный уровень. Данные "Электронного носа" совпали с результатами традиционного лабораторного анализа.
"Фотобиореактор": космический сад
В ходе эксперимента "Фотобиореактор" в условиях невесомости выращивают микроводоросли для производства кислорода и получения дополнительного источника питания. Водоросли в процессе фотосинтеза поглощают углекислый газ и выделяют кислород. А источник пищи — спирулина — это природный суперфуд, богатый легкоусвояемым белком, витаминами и аминокислотами.
Научная аппаратура "Фотобиореактор" включает в себя "Биоплатформу" (основной прибор), сменные "Биомодули" (реакторы, где растут водоросли), питательную среду и систему управления. Она обеспечивает равномерное освещение, подачу питательных веществ и удаление образующихся газов. Результаты эксперимента лягут в основу создания биотехнологического модуля для кораблей будущего.
 |
| Фотобиореактор. |
| Источник: Иван Вагнер/ Роскосмос/ ТАСС |
"Фотокатализ": УФ-защитник
На российском сегменте МКС работает несколько систем очистки воздуха. Однако все они имеют недостатки: фильтры со временем засоряются, становятся неэффективными против патогенов и частиц пыли, которые проникают в легкие космонавтов. Для будущих длительных миссий нужна более надежная и автономная система. Технологию для такой системы испытывают в рамках эксперимента "Фотокатализ".
В основе технологии лежит процесс фотокаталитической минерализации, при котором фильтр не засоряется, а разрушает "грязь" до безвредных компонентов. Система включает два элемента: фотокатализатор — специальное вещество, нанесенное на основу из пористого кварцевого стекла, и источник мягкого ультрафиолетового излучения, под действием которого катализатор активируется. При прохождении через фильтр с катализатором потока воздуха с органическими загрязнителями на него воздействует УФ-излучение, разрушая находящиеся в нем бактерии, вирусы, споры и токсичные газы.
Фотокатализ позволит очищать воздух от самых мелких и опасных загрязнителей — вирусов и частиц пыли размером менее 20 микрометров, обеспечивая практически стерильную атмосферу. Экипаж получит защиту от аллергенов, токсинов и патогенов, что критически важно для многолетних полетов. Результаты эксперимента "Фотокатализ" лягут в основу проектов систем жизнеобеспечения для будущих российских орбитальных станций и пилотируемых кораблей нового поколения.
"Тест": невидимые обитатели станции
Долгое время считалось, что открытый космос из-за экстремальных температур и излучения стерилен. Однако эксперимент "Тест" опроверг это предположение. Космонавты во время выходов в открытый космос брали пробы из-под экранно-вакуумной теплоизоляции (ЭВТИ) — оболочки, защищающей станцию от перегрева и переохлаждения, — и анализ показал наличие жизнеспособных бактерий и следов кислот на металле. Микроорганизмы с внутренней поверхности станции через вентиляцию попадают наружу и годами выживают под защитой ЭВТИ.
Концентрация летучих органических соединений, создающих для микробов питательную среду, под обшивкой в сотни раз выше, чем внутри МКС. Это демонстрирует, что главная опасность исходит не из космоса, а от микроорганизмов и химических следов деятельности человека. Контроль над этими процессами — ключевое условие для будущего освоения космоса.
Взаимосвязь экспериментов
Биорегенеративное жизнеобеспечение — ключевая концепция для длительных космических миссий. Эксперименты "Сепарация" и "Фотобиореактор" замыкают две ключевые для жизни цепи — водную и газовую. Эксперименты "Электронный нос" и "Фотокатализ" работают в тандеме "найти и обезвредить". Эксперименты "Тест" и "Токсичность" повышают безопасность системы жизнеобеспечения, проводя диагностику состояния конструкции модулей станции и самого важного ресурса — воды.
Олег Кононенко , Командир отряда, Герой РФ, бывший спецкор ТАСС на МКС, замруководитель Центра подготовки космонавтов им. Гагарина
Мнение редакции может не совпадать с мнением автора. Использование материала допускается при условии соблюдения правил цитирования сайта tass.ru
