Ученые-сибиряки в своем эксперименте тоже рассматривали общие закономерности «поведения» культуры хлореллы. Они узнали, в частности, как она реагирует на то или иное воздействие — на освещенность, изменение температуры и т. д. Таким путем из десятков факторов, определяющих жизнедеятельность водоросли, удалось выделить несколько главных, а затем на основании полученных данных создать систему контроля и регулирования, которая автоматически поддерживала нужный для успешного развития хлореллы режим.
Корреспондент газеты «Известия», побывавший в лаборатории, писал, что культиватор хлореллы ничем не напоминает оранжерею. Внешне это тщательно закрытый огромный фонарь, скорее похожий на какой-то химический реактор. Внутренние стенки «фонаря» зеркальные и почти не выпускают наружу свет мощной ксеноновой лампы, расположенной по оси культиватора. Хлорелла живет в тонком пятимиллиметровом промежутке между большими пластами, сделанными из органического стекла. Эти «жилища» хлореллы именуют в лаборатории кюветами. Они, как средневековый воротник жабо, охватывают «шею» ксеноновой лампы. Под действием ее лучей в этом зеленом ожерелье и происходит таинственный процесс фотосинтеза. Кюветы с общей поверхностью в 8 квадратных метров, в которых всего 500 (!) граммов хлореллы, полностью удовлетворяют потребность человека в кислороде.
Тридцать дней культиватор хлореллы взамен выдыхаемого углекислого газа давал организму испытательницы кислород. При этом водоросль чутко реагировала на поведение своего «партнера»: во время сна человека, например, ритм ее жизни тоже замедлялся.
«И выходит, без воды…»
Справедливость этих слов из песни к кинофильму «Волга-Волга» вряд ли нужно доказывать. Вода, как известно, составляет 60–65 процентов веса человеческого тела. Потеря хотя бы 10 процентов ее уже опасна для жизни. Без пищи человек может прожить довольно долго, без воды же он погибнет через несколько дней.
Человеческому организму необходимо получать ежесуточно 2–2,5 литра воды. Это количество может колебаться в зависимости от изменений температуры окружающей среды, выполняемой работы, рациона питания и т. д. Но космический полет — тоже работа, притом работа в необычных условиях, а пить космонавт должен обычную воду. И проблема воды становится одной из важнейших в обеспечении космического полета.
Перед первым запуском человека в космос медики должны были ответить на многие вопросы: сможет ли пить воду космонавт в условиях невесомости, в чем ее хранить, как принимать и в каких количествах, каков должен быть запас воды? Уже первые эксперименты на реактивных самолетах показали, что при невесомости вода «выскальзывает» из открытых сосудов, распадается на мелкие шарообразные частицы и начинает «плавать» в кабине.
На «Востоке» система водоснабжения состояла из жесткого контейнера, в котором размещалась емкость из прочной полиэтиленовой пленки. От емкости отходил трубопровод со специальным мундштуком. Чтобы напиться, нужно было взять в рот мундштук, нажать на кнопку специального запирающего устройства и затем всасывать воду. Такой способ утоления жажды не вызывал никаких затруднений.
Но все известные нам полеты длились пока еще не более 14 суток. В этом случае запас воды был достаточен. А как решать «водную проблему» в длительных космических рейсах? Ведь если отправиться в межпланетное путешествие на несколько месяцев или лет, то вода понадобится не только для приготовления пищи, но и для санитарно-гигиенических целей. Космонавтам придется по утрам умываться, принимать душ или ванну. Тут уж 2–2,5 литра, конечно, не хватит.
Допустим, каждый член экипажа будет расходовать 4 литра в сутки (1,2 литра для питья, 1 литр для приготовления пищи и 1,8 литра на санитарно-хозяйственные нужды), тогда экипажу из 6 человек только на один месяц полета необходимо 720 литров. Такой вес брать в полет явно нерентабельно. Что же делать? Очевидно, необходимо вернуть ту воду, которую организм выделяет, испаряет кожей и выдыхает с воздухом. Вот эту влагу ученые и предлагают использовать вновь. Можно также вторично использовать санитарно-хозяйственные (смывные) воды.
Простой подсчет показывает, что уже в полетах, длящихся более месяца, целесообразно пользоваться водой не из запасов, взятых с Земли, а восстановленной методом регенерации из продуктов жизнедеятельности человека, так как регенерационная установка весит по крайней мере в несколько раз меньше, чем общее количество необходимой жидкости.
Поскольку наибольшее количество влаги выделяется из организма с мочой (1,2–1,4 литра в сутки), специалисты прежде всего стали искать способ восстановления воды из этого продукта. Сейчас известен целый ряд химических и физических методов, позволяющих добиться этого. Солнечную энергию можно, например, использовать для выпаривания мочи при высокой температуре, близкой к точке кипения, что в условиях пониженного давления требует относительно небольшой температуры (вакуумная дистилляция).
Если не пользоваться теплом, как это делается при дистилляции, а, наоборот, отнимать его, то при низких температурах образуются кристаллы жидкости которые затем, при таянии, дадут чистую воду. Для такого замораживания также вполне подходит низкая температура межпланетного пространства, которая существует на неосвещенной Солнцем поверхности ракеты.
В зарубежной печати сообщалось, что американский ученый Помпа Дан испытал в лабораторных условиях установку, которая за 8 часов работы восстанавливала 4,5 литра воды из мочи. Жидкость испарялась в теплообменнике при пониженном давлении. Образующийся пар подавался в специальную камеру, где происходило разложение различных вредных веществ. Затем очищенный пар конденсировался. Вода, полученная таким способом, отвечала всем санитарно-гигиеническим требованиям. Клинические исследования не установили никаких нарушений в организме людей, долгое время употреблявших такую воду.
Подобные исследования проводились и в нашей стране.
Еще в 1958 году советский ученый В. И. Данилейко с помощью выпаривания получил из мочи воду, пригодную для питья. Интересно, что те, кого угощали таким «нарзаном», пили его с удовольствием, если не знали, из чего он приготовлен. Только тогда, когда им сообщали технологию приготовления, они начинали чувствовать себя неважно. А это уже область психологии, а не физиологии.
Для очистки мочи использовались и ионные фильтры, которые удаляют из жидкости различные соли. А так как минеральные соли, необходимые для жизни, постоянно присутствуют в питьевой воде, то при очистке мочи стремятся обычно получить не дистиллированную воду, а питьевую, с определенным составом минеральных солей.
Как известно, основная составная часть мочи — мочевина. На ее долю приходится от 80 до 90 процентов всех твердых веществ. Очищать воду от этого вредного для организма химического вещества можно биологическими методами (с помощью микроорганизмов) или с помощью биологически активных веществ — фермента урезы, который содержится в соевых бобах. При его воздействии мочевина разлагается на более простые продукты: аммиак, углекислый газ и воду. Таким образом, при создании экологически замкнутой системы на космических кораблях появляется еще один путь круговорота воды.
Снаряжая дальние космические экспедиции, надо учитывать и то, что в сутки человек выделяет на 10 процентов воды больше, чем потребляет. Связано это с окислением продуктов питания. Следовательно, если космонавты будут питаться только продуктами, взятыми с Земли, а не за счет поступлений из замкнутой экологической системы, то запасы воды на корабле будут возрастать по мере уменьшения продовольствия.
Для нормальных условий жизни в кабинах кораблей необходимо не только устройство для регенерации воды, но и установки для мытья рук, головы, принятия душа. А ведь гигиенические процедуры в космическом полете выполнять не так-то просто: вода при невесомости разлетается в виде шариков во все стороны, не производя моющего эффекта. Избежать этого можно, если монтировать установки во внутренних стенах камер-душевых, а воду в эти камеры подавать под давлением или создавать воздушный поток совместно с водой.
Но больше всего конструкторам приходится думать об экономии. Ведь вся система должна иметь малый вес и небольшие габариты, потреблять минимальное количество энергии и работать автоматически. Нелегко создать и малогабаритную регенерационную установку, надежно работающую в условиях невесомости.
Трапеза на орбите
«Сухари, которыми мы питались, превратились в пыль, смешанную с червями, загаженную крысами и издававшую поэтому невыносимое зловоние… Мы ели кожи, которыми покрывают реи, чтобы веревки не перетерлись деревом. Эти кожи так затвердели, что их приходилось размачивать в морской воде четыре-пять дней, затем мы пекли их на угольях и ели. Часто мы питались древесными опилками, и даже крысы, столь противные человеку, сделались таким изысканным блюдом, что за них платили по полдуката золотом за штуку».
