اکوسیستم ها از فضا چه چیزی دریافت می کنند؟از کجا می آیند؟ اکوسیستم - واحد ابتدایی زیست کره

1935 A. Tansley مفهوم "اکوسیستم" را معرفی کرد 1940 V.N. سوکاچف - "بیوسنوز"

اکوسیستم جنگلی مختلط

1 – پوشش گیاهی 2 – حیوانات 3 – ساکنان خاک 4 – هوا 5 – خود خاک

زیست بوم- از لحاظ تاریخی در یک قلمرو یا منطقه آبی خاص، یک سیستم پایدار باز اما یکپارچه از اجزای زنده و غیر زنده توسعه یافته است.

طبقه بندی اکوسیستم ها بر اساس اندازههمه اکوسیستم ها به 4 دسته تقسیم می شوند

میکرواکوسیستم ها

مزواکوسیستم ها

اکوسیستم های کلان (فضاهای همگن عظیمی که صدها کیلومتر امتداد دارند (جنگل های استوایی، اقیانوس))

اکوسیستم جهانی (زیست کره)

طبقه بندی بر اساس درجه باز بودنباز اشاره به توانایی تبادل انرژی و اطلاعات با محیط دارد.

جدا شده

بسته شد

∞ را باز کنید

طبقه بندی بر اساس مؤلفه ای مانند پوشش گیاهی است. با استاتیک و فیزیولوژی مشخص می شود.

طبقه بندی بر اساس شکل زندگی

چوبی = جنگل

علفی = چمنزار و استپی

بوته ها = تندرا و صحرا

طبقه بندی بر اساس بهره وری اکوسیستم

جنگل بیابانی

ساختار اکوسیستم

انواع اتصالات در یک اکوسیستم

تروفیک (غذا)

گرمسیری (انرژی)

غایت شناسی (اطلاعاتی)

زنجیره ی غذاییدنباله ای از واحدهای غذایی است که هر کدام یک موجود زنده است.

گرگ خرگوش علف

سطح تغذیه - گروهی از موجودات که به هر سطحی از هرم غذایی اختصاص داده شده اند.

شاهین گوزن

گرگ خرگوش علف

مرد روباه

اتصالات تغذیه ای توسط 3 گروه عملکردی ارگانیسم ها انجام می شود:

اتوتروف ها(گیاهان موجوداتی هستند که مواد آلی را از غیر آلی سنتز می کنند)

هتروتروف ها(جاندارانی که قادر به سنتز مواد آلی از غیر آلی از طریق فتوسنتز یا کموسنتز نیستند. مواد آماده را می خورند)

تجزیه کننده ها(نابود کننده ها) (جاندارانی (باکتری ها و قارچ ها) که بقایای مرده موجودات زنده را از بین می برند و آنها را به ترکیبات آلی غیر آلی و ساده تبدیل می کنند.)

چرخه کوچک (بیولوژیکی) مواد در طبیعت

اتصالات انرژی (گرمسیری)

ارسال دو قانون اکولوژی

قانون انرژی انباشته اکولوژیکی این توانایی ذاتی بسیاری از اکوسیستم ها برای متمرکز کردن انرژی دریافتی توسط بدن در مواد آلی پیچیده و انباشت انرژی در مقادیر زیاد است.

قانون جریان مواد مغذی

کارایی (انسان) = 50% کارایی (طبیعت) = 10%

ارتباطات اطلاعاتی

در اکوسیستم ها، اطلاعات به روش های مختلفی قابل انتقال است:

رفتار - اخلاق

(هنوز در گیاهان شناخته شده نیست)

ویژگی های اکوسیستم

یکپارچگی خاصیت یک اکوسیستم برای عملکرد به عنوان یک موجود زنده است.

انعطاف پذیری توانایی یک اکوسیستم برای مقاومت در برابر یک سیستم خارجی است

ثبات ترکیب توانایی یک اکوسیستم برای حفظ ترکیب گونه ها در حالت نسبتاً بدون تغییر است.

خود تنظیمی توانایی یک اکوسیستم برای تنظیم خودکار تعداد گونه ها از طریق اندام های بیولوژیکی است.

زیست کره. ساختار و توابع

زیست کره- در سال 1875، زیست شناس اتریشی سوس.

این قسمت پایین اتمسفر، کل هیدروسفر، قسمت بالایی آن از لیتوسفر زمین است که توسط موجودات زنده ساکن شده است.

نظریه منشا حیات

کیهان شناسی این فرضیه مبتنی بر این ایده است که حیات از فضا آورده شده است

الهیاتی

تئوری A.I اوپارینا

اوپارین برای آزمایش خود یک بطری با محلول قند گرفت

کواسروات های قطره قند را جذب کردند. ظاهری از غشای سلولی ظاهر شد.

در سال 1924، اوپارین تک نگاری "منشاء زندگی" را منتشر کرد. در سال 1926، "زیست کره" اثر V.I. ورنادسکی. در تک نگاری ورنادسکی، 2 اصل برجسته است:

نقش بیوشیمیایی سیاره ای در طبیعت متعلق به موجودات زنده است.

زیست کره سازمان پیچیده ای دارد.

ترکیب زیست کره

ورنادسکی ترکیب زیست کره را شناسایی می کند 7 نوع ماده:

بی اثر- ماده ای که قبل از ظهور اولین موجودات زنده (آب، سنگ ها، گدازه های آتشفشانی) در طبیعت وجود دارد.

Biokosnoe- ماده ای با منشاء آلی که دارای خواص غیر زنده است. نتیجه فعالیت مشترک موجودات زنده (آب، خاک، پوسته هوازدگی، سنگ های رسوبی، مواد رسی) و فرآیندهای بی اثر (بیوژنیک).

بیوژنیک- ماده ای با منشاء آلی که در طول فرآیندهای زندگی خود در محیط منتشر می شود. (گازهای اتمسفر، زغال سنگ، نفت، ذغال سنگ نارس، سنگ آهک، گچ، بستر جنگل، هوموس خاک و غیره)

رادیواکتیو

اتم های پراکنده - 50 کیلومتر

ماده ای که منشأ کیهانی دارد

ماده زنده- همه موجودات زنده که در طبیعت زندگی می کنند

خواص موجودات

فراگیر بودن حیات - توانایی موجودات زنده برای زندگی در همه جا

انجام واکنش های ردوکس

توانایی مهاجرت عناصر شیمیایی

قابلیت انتقال گازها

توانایی انجام چرخه کوچکی از مواد در طبیعت

توانایی جمع آوری و تمرکز عناصر شیمیایی در بافت های فرد

بشریت برای شروع پروازهای فضایی به تمام دانش جمع آوری شده توسط دانشمندان طی صدها سال نیاز داشت. و سپس انسان با مشکل جدیدی روبرو شد - برای استعمار سیارات دیگر و پروازهای طولانی مدت، ایجاد یک اکوسیستم بسته از جمله تأمین غذا، آب و اکسیژن برای فضانوردان ضروری است. تحویل غذا به مریخ که در 200 میلیون کیلومتری زمین قرار دارد، گران و دشوار است؛ منطقی‌تر است که راه‌هایی برای تولید محصولاتی بیابید که به راحتی در پرواز و در سیاره سرخ پیاده‌سازی شوند.

میکروگرانش چگونه بر دانه ها تأثیر می گذارد؟ اگر در خاک غنی از فلزات سنگین در مریخ پرورش داده شود، چه سبزیجاتی بی ضرر خواهند بود؟ چگونه یک مزرعه در سفینه فضایی راه اندازی کنیم؟ دانشمندان و فضانوردان بیش از پنجاه سال است که به دنبال پاسخ برای این سؤالات هستند.

تصویر، فضانورد روسی ماکسیم سورایف را نشان می دهد که گیاهان را در تاسیسات لادا در ایستگاه فضایی بین المللی، 2014 در آغوش گرفته است.

کنستانتین تسیولکوفسکی در "اهداف نجوم" نوشت: "بیایید یک سطح یا قیف مخروطی طولانی را تصور کنیم که پایه یا دهانه گسترده آن با یک سطح کروی شفاف پوشیده شده است. مستقیماً رو به خورشید است و قیف حول محور بلند خود (ارتفاع) می چرخد. روی دیواره های داخلی کدر مخروط لایه ای از خاک مرطوب با گیاهان کاشته شده در آن وجود دارد. بنابراین او ایجاد گرانش مصنوعی برای گیاهان را پیشنهاد کرد. گیاهانی را باید انتخاب کرد که پربار، کوچک، بدون تنه ضخیم و قسمت هایی که در معرض نور خورشید قرار نگیرند. به این ترتیب می توان تا حدی مواد فعال بیولوژیکی و ریز عناصر را در اختیار استعمارگران قرار داد و اکسیژن و آب را بازسازی کرد.

در سال 1962، طراح ارشد OKB-1، سرگئی کورولف، این وظیفه را تعیین کرد: "ما باید شروع به توسعه "گلخانه (OR) طبق نظر Tsiolkovsky، با افزایش تدریجی پیوندها یا بلوک ها کنیم، و ما باید شروع به کار روی " برداشت های کیهانی."

نسخه خطی K.E. Tsiolkovsky "آلبوم سفر فضایی"، 1933.

اتحاد جماهیر شوروی اولین ماهواره زمین مصنوعی را در 4 اکتبر 1957، بیست و دو سال پس از مرگ تسیولکوفسکی به مدار فرستاد. قبلاً در نوامبر همان سال، مخلوط لایکا به فضا فرستاده شد، اولین سگی که قرار بود راه را به فضا برای مردم باز کند. لایکا تنها در پنج ساعت از گرمای بیش از حد جان خود را از دست داد، اگرچه پرواز برای یک هفته برنامه ریزی شده بود - برای این زمان اکسیژن و غذا کافی بود.

دانشمندان پیشنهاد کرده اند که این مشکل به دلیل جهت گیری ژنتیکی تعیین شده ایجاد شده است - نهال باید به سمت نور کشیده شود و ریشه - در جهت مخالف. آنها Oasis را بهبود بخشیدند و اکسپدیشن بعدی دانه های جدیدی را به مدار برد.

پیاز رشد کرده است. ویتالی سواستیانوف به زمین گزارش داد که تیرها به ده تا پانزده سانتی متر رسیده است. «چه تیر، چه کمانی؟ ما فهمیدیم، این یک شوخی است، ما به شما نخود دادیم، نه پیاز، آنها از زمین گفتند. مهندس پرواز پاسخ داد که فضانوردان دو پیاز را از خانه برداشته اند تا آنها را فراتر از برنامه بکارند و به دانشمندان اطمینان داد - تقریباً همه نخودها جوانه زده بودند.

اما گیاهان از شکوفه دادن خودداری کردند. در این مرحله فوت کردند. همین سرنوشت در انتظار لاله‌هایی بود که در استقرار Buttercup در قطب شمال شکوفا شدند، اما نه در فضا.

اما شما می توانید پیاز بخورید، کاری که فضانوردان V. Kovalenok و A. Ivanchenkov در سال 1978 با موفقیت انجام دادند: «شما کار خوبی کردید. شاید حالا به ما اجازه داده شود یک پیاز را به عنوان جایزه بخوریم.»

فناوری - جوانان، 1983-04، صفحه 6. نخود در نصب Oasis

در آوریل 1980، فضانوردان V. Ryumin و L. Popov نصب "Malachite" را با ارکیده های شکوفه دریافت کردند. ارکیده ها به پوست درختان و گودال ها چسبیده اند و دانشمندان بر این باورند که ممکن است کمتر مستعد ژئوتروپیسم باشند - توانایی اندام های گیاهی برای مکان یابی و رشد در جهت خاصی نسبت به مرکز کره زمین. گل ها پس از چند روز افتادند، اما ارکیده ها برگ ها و ریشه های هوایی جدید تشکیل دادند. کمی بعد، خدمه شوروی-ویتنامی از V. Gorbatko و Pham Tuay یک Arabidopsis رشد یافته را با خود آوردند.

گیاهان نمی خواستند شکوفا شوند. دانه ها جوانه زدند، اما، برای مثال، ارکیده در فضا شکوفا نشد. دانشمندان باید به گیاهان کمک کنند تا با بی وزنی کنار بیایند. این کار، در میان چیزهای دیگر، با استفاده از تحریک الکتریکی ناحیه ریشه انجام شد: دانشمندان معتقد بودند که میدان الکترومغناطیسی زمین می تواند بر رشد تأثیر بگذارد. روش دیگر شامل طرح توصیف شده توسط Tsiolkovsky برای ایجاد گرانش مصنوعی بود - گیاهان در یک سانتریفیوژ رشد کردند. سانتریفیوژ کمک کرد - جوانه ها در امتداد بردار نیروی گریز از مرکز قرار گرفتند. سرانجام فضانوردان به هدف خود رسیدند. آرابیدوپسیس در بلوک نور شکوفا شد.

در سمت چپ در تصویر زیر گلخانه فیتون در سالیوت 7 است. برای اولین بار در این گلخانه مداری، ریزوئید Thal (Arabidopsis) یک چرخه کامل رشد را طی کرد و بذر تولید کرد. در وسط "Svetoblok" قرار دارد که در آن Arabidopsis برای اولین بار در عرشه Salyut-6 شکوفا شد. در سمت راست گلخانه داخلی "Oasis-1A" در ایستگاه سالیوت-7 قرار دارد: این گلخانه مجهز به سیستم آبیاری نیمه اتوماتیک دوز، هوادهی و تحریک الکتریکی ریشه ها بود و می توانست رگ های گیاهی را با گیاهان نسبت به منبع نور.

"Fiton"، "Svetoblok" و "Oasis-1A"

نصب "Trapezium" برای مطالعه رشد و نمو گیاهان.

ست با دانه

گزارش پرواز ایستگاه سالیوت-7، طرح‌هایی توسط سوتلانا ساویتسکایا

اولین گلخانه اتوماتیک جهان به نام Svet در ایستگاه میر نصب شد. فضانوردان روسی در سال های 1990-2000 شش آزمایش را در این گلخانه انجام دادند. کاهو، تربچه و گندم کشت می کردند. در سال‌های 1996-1997، مؤسسه مشکلات پزشکی و بیولوژیکی آکادمی علوم روسیه برنامه‌ریزی کرد تا دانه‌های گیاهی به‌دست‌آمده در فضا را رشد دهد - یعنی با دو نسل از گیاهان کار کند. برای آزمایش، ما ترکیبی از کلم وحشی را با ارتفاع حدود بیست سانتی متر انتخاب کردیم. این گیاه یک اشکال داشت - فضانوردان نیاز به گرده افشانی داشتند.

نتیجه جالب بود - بذرهای نسل دوم در فضا دریافت شدند و حتی جوانه زدند. اما گیاهان به جای بیست و پنج سانتی متر به شش سانتی متر رشد کردند. مارگاریتا لوینسکیخ، محقق انستیتوی مشکلات پزشکی و بیولوژیکی آکادمی علوم روسیه، می گویدکه کار باشکوه گرده افشانی گیاهان توسط فضانورد آمریکایی مایکل فوسوم انجام شد.

ویدئوی Roscosmos در مورد رشد گیاهان در فضا. در ساعت 4:38 - گیاهان در ایستگاه میر

در آوریل 2014، کشتی باری دراگون اسپیس ایکس، تأسیسات کشت سبزیجات گیاهی را به ایستگاه فضایی بین المللی تحویل داد و در ماه مارس، فضانوردان آزمایش کاشت مداری را آغاز کردند. نصب، تامین نور و مواد مغذی را کنترل می کند. در آگوست 2015، در منوی فضانوردان، در شرایط ریزگرانش رشد کرد.

کاهوی کاشته شده در ایستگاه فضایی بین المللی

این چیزی است که یک مزرعه در یک ایستگاه فضایی ممکن است در آینده به نظر برسد.

در بخش روسی ایستگاه فضایی بین المللی یک گلخانه لادا برای آزمایش Plants-2 وجود دارد. در پایان سال 2016 یا ابتدای سال 2017، نسخه لادا-2 در هواپیما ظاهر می شود. موسسه مسائل پزشکی و بیولوژیکی آکادمی علوم روسیه روی این پروژه ها کار می کند.

باغبانی فضایی به آزمایش های گرانش صفر محدود نمی شود. برای استعمار سیارات دیگر، انسان ها باید کشاورزی را در خاکی که با زمین متفاوت است و در جوی که ترکیب متفاوتی دارد توسعه دهند. در سال 2014، زیست شناس مایکل ماوتنر، مارچوبه و سیب زمینی را روی خاک شهاب سنگ پخت. برای به دست آوردن خاک مناسب برای کشت، شهاب سنگ را به پودر تبدیل کردند. او به طور تجربی توانست ثابت کند که باکتری ها، قارچ های میکروسکوپی و گیاهان می توانند در خاک هایی با منشاء فرازمینی رشد کنند. مواد بیشتر سیارک ها حاوی فسفات، نیترات و گاهی آب است.

مارچوبه روی خاک شهاب سنگ رشد می کند

در مورد مریخ که شن و غبار زیادی وجود دارد، سنگ زنی سنگ ضروری نخواهد بود. اما مشکل دیگری ایجاد خواهد شد - ترکیب خاک. خاک مریخ حاوی فلزات سنگینی است که افزایش مقدار آن در گیاهان برای انسان خطرناک است. دانشمندان هلندی از خاک مریخ تقلید کرده اند و از سال 2013، ده محصول از چندین نوع گیاه را روی آن پرورش داده اند.

در نتیجه این آزمایش، دانشمندان دریافتند که محتوای فلزات سنگین در نخود، تربچه، چاودار و گوجه‌فرنگی که در خاک شبیه‌سازی شده مریخ رشد می‌کنند، برای انسان خطرناک نیست. دانشمندان به مطالعه سیب زمینی و سایر محصولات کشاورزی ادامه می دهند.

محقق Wager Wamelink گیاهان رشد یافته در خاک شبیه سازی شده مریخ را بررسی می کند. عکس: Joep Frissel/AFP/Getty Images

محتوای فلزی محصولات برداشت شده روی زمین و در خاک های ماه و مریخ شبیه سازی شده

یکی از وظایف مهم ایجاد یک چرخه بسته حمایت از زندگی است. گیاهان دی اکسید کربن و ضایعات خدمه را دریافت می کنند، در ازای آن اکسیژن می دهند و غذا تولید می کنند. دانشمندان امکان استفاده از جلبک تک سلولی کلرلا را به عنوان غذا دارند که حاوی 45 درصد پروتئین و 20 درصد چربی و کربوهیدرات است. اما این غذای مغذی از نظر تئوری توسط انسان به دلیل متراکم بودن دیواره سلولی هضم نمی شود. راه هایی برای حل این مشکل وجود دارد. دیواره های سلولی را می توان با استفاده از روش های تکنولوژیکی با استفاده از عملیات حرارتی، سنگ زنی ریز یا روش های دیگر شکست. می‌توانید آنزیم‌هایی را که به‌طور خاص برای کلرلا ساخته شده‌اند، که فضانوردان با غذا می‌خورند، همراه داشته باشید. دانشمندان همچنین می توانند کلرلا GMO را ایجاد کنند که دیواره آن توسط آنزیم های انسانی تجزیه می شود. کلرلا در حال حاضر برای تغذیه در فضا استفاده نمی شود، اما در اکوسیستم های بسته برای تولید اکسیژن استفاده می شود.

آزمایش کلرلا در ایستگاه مداری سالیوت-6 انجام شد. در دهه 1970، هنوز اعتقاد بر این بود که قرار گرفتن در ریزگرانش تأثیر منفی بر بدن انسان ندارد - اطلاعات بسیار کمی وجود داشت. آنها همچنین سعی کردند با استفاده از کلرلا که چرخه زندگی آن تنها چهار ساعت طول می کشد، تأثیر آن را بر موجودات زنده مطالعه کنند. مقایسه آن با کلرلا روی زمین راحت بود.

دستگاه IFS-2 برای رشد قارچ، کشت بافت و میکروارگانیسم ها و حیوانات آبزی در نظر گرفته شده بود.

از دهه 70، آزمایشاتی بر روی سیستم های بسته در اتحاد جماهیر شوروی انجام شده است. در سال 1972، کار "BIOS-3" آغاز شد - این سیستم هنوز در حال اجرا است. این مجموعه مجهز به اتاقک هایی برای رشد گیاهان در شرایط مصنوعی کنترل شده - فیتوترون ها است. آنها گندم، سویا، کاهو چوفو، هویج، تربچه، چغندر، سیب زمینی، خیار، خاکشیر، کلم، شوید و پیاز کشت می کردند. دانشمندان توانستند تقریباً 100٪ چرخه بسته در آب و هوا و تا 50-80٪ در تغذیه به دست آورند. اهداف اصلی مرکز بین المللی سیستم های بسته اکولوژیکی مطالعه اصول عملکرد چنین سیستم هایی با درجات مختلف پیچیدگی و توسعه پایه علمی برای ایجاد آنها است.

یکی از آزمایش‌های مهم شبیه‌سازی پرواز به مریخ و بازگشت به زمین بود. به مدت 519 روز، شش داوطلب در یک مجتمع بسته نگهداری شدند. این آزمایش توسط Rocosmos و آکادمی علوم روسیه سازماندهی شد و آژانس فضایی اروپا شریک شد. دو گلخانه "روی کشتی" وجود داشت - در یکی کاهو رشد کرد و در دیگری نخود فرنگی رشد کرد. در این مورد، هدف رشد گیاهان در شرایط نزدیک به فضا نبود، بلکه این بود که بفهمیم گیاهان چقدر برای خدمه مهم هستند. بنابراین، درهای گلخانه با یک فیلم مات آب بندی شد و یک سنسور برای ثبت هر دهانه تعبیه شد. در عکس سمت چپ، مارینا توگوشوا، عضو خدمه مریخ 500، به عنوان بخشی از آزمایش با گلخانه‌ها کار می‌کند.

یکی دیگر از آزمایشات روی سفینه "مارس-500" GreenHouse است. در ویدئوی زیر، عضو اکسپدیشن، الکسی سیتنف، درباره آزمایش صحبت می کند و گلخانه ای با گیاهان مختلف را نشان می دهد.

فرد شانس های زیادی خواهد داشت. این خطر سقوط در هنگام فرود، یخ زدن بر روی سطح، و یا به سادگی آن را ندارد. و البته از گرسنگی بمیر. رشد گیاهان برای تشکیل کلنی ضروری است و دانشمندان و فضانوردان در این راستا کار می کنند و نمونه های موفقیت آمیزی از رشد برخی گونه ها را نه تنها در شرایط ریزگرانش، بلکه در خاک شبیه سازی شده مریخ و ماه نشان می دهند. مستعمرات فضایی قطعا این فرصت را خواهند داشت.

اسکن و پردازش شده توسط یوری ابولونکو (اسمولنسک)

جدید در زندگی، علم، فناوری

مشترک سری های علمی محبوب شوید

کیهان شناسی، نجوم

7/1989

از سال 1971 به صورت ماهانه منتشر می شود.

یو. آی. گریشین
اکوسیستم های فضای مصنوعی

در پیوست این شماره:

توریسم فضایی
کرونیکل کیهان شناسی
اخبار نجوم

انتشارات "دانش" مسکو 1989

BBK 39.67
G 82

ویرایشگر I. G. VIRKO

معرفی	3
انسان در اکوسیستم طبیعی	5
سفینه فضایی با خدمه یک اکوسیستم مصنوعی است	11
مسابقه رله مواد در چرخه بیولوژیکی	21
آیا اکوسیستم ها کارایی دارند؟	26
اکوسیستم های زیست کره مصنوعی و طبیعی: شباهت ها و تفاوت ها	32
در مورد سیستم های پشتیبانی حیات بیولوژیکی برای خدمه فضایی	36
گیاهان سبز به عنوان حلقه اصلی در سیستم های حمایت از حیات بیولوژیکی	39
دستاوردها و چشم اندازها	44
نتیجه	53
ادبیات	54
کاربرد
توریسم فضایی	55
تواریخ فضانوردی	57
اخبار نجوم	60

گریشین یو. آی.

G 82

اکوسیستم های فضایی مصنوعی - م.: دانش، 1989. - 64 ص. – (جدید در زندگی، علم، فناوری. سری «کیهان شناسی، نجوم»؛ شماره 7).

شابک 5-07-000519-7

این بروشور به مشکلات حمایت از زندگی برای خدمه فضاپیما و سازه های فضایی بلندمدت آینده اختصاص دارد. مدل های مختلفی از سیستم های اکولوژیکی مصنوعی، از جمله انسان و سایر پیوندهای بیولوژیکی، در نظر گرفته شده است. بروشور برای طیف وسیعی از خوانندگان در نظر گرفته شده است.

350000000BBK 39.67

شابک 5-07-000519-7© انتشارات «دانش»، 1368

معرفی

آغاز قرن بیست و یکم ممکن است در تاریخ توسعه تمدن زمینی به عنوان یک مرحله کیفی جدید در اکتشاف فضای اطراف خورشید ثبت شود: استقرار مستقیم اجرام فضایی طبیعی و مصنوعی با اقامت طولانی مدت افراد روی این اجرام.

به نظر می رسد که اخیراً اولین ماهواره زمین مصنوعی به مدار فضایی پایین زمین پرتاب شد (1957)، اولین پرواز و عکس از سمت دور ماه ساخته شد (1959)، اولین انسان در فضا بود (Yu. A. گاگارین، 1961)، فیلمی هیجان انگیز از لحظه راهپیمایی فضایی انسان (A. A. Leonov، 1965) و اولین قدم های فضانوردان در سطح ماه به نمایش درآمد (N. Armstrong and E. Aldrin, 1969). اما هر سال این و بسیاری از رویدادهای برجسته عصر فضا به گذشته تبدیل می شود و به تاریخ تبدیل می شود. آنها در واقع تنها آغاز تجسم ایده های فرموله شده توسط K. E. Tsiolkovsky بزرگ هستند که فضا را نه تنها به عنوان فضای نجومی، بلکه به عنوان محیطی برای سکونت و زندگی انسان در آینده می دانست. او معتقد بود که "اگر زندگی در سراسر جهان توزیع نمی شد، اگر در یک سیاره محدود می شد، آنگاه این زندگی اغلب ناقص و در معرض پایان غم انگیزی قرار می گرفت" (1928).

امروزه گزینه های احتمالی برای تکامل بیولوژیکی انسان در ارتباط با استقرار بخش قابل توجهی از جمعیت در خارج از زمین پیش بینی شده است، مدل های احتمالی اکتشاف فضایی در حال توسعه است، و تاثیر تحول آفرین برنامه های فضایی بر طبیعت، اقتصاد و روابط اجتماعی در حال ارزیابی است. مشکلات خودکفایی جزئی یا کامل سکونتگاه‌ها در فضا با استفاده از سیستم‌های پشتیبانی حیات بیوتکنیکی بسته، مسائل ایجاد پایگاه‌های قمری و سیاره‌ای، صنعت و ساخت و ساز فضایی و استفاده از منابع و مواد انرژی فرازمینی نیز مورد توجه و حل قرار گرفته است.

سخنان K. E. Tsiolkovsky شروع به تحقق می کند که "بشریت برای همیشه روی زمین باقی نمی ماند ، اما در تعقیب نور و فضا ، ابتدا ترسو به فراتر از جو نفوذ می کند و سپس کل فضای اطراف خورشید را تسخیر می کند" (1911).

در نشست‌ها و انجمن‌های بین‌المللی اخیر در زمینه همکاری در فضا به منظور گسترش بیشتر تحقیقات علمی در فضای نزدیک به زمین و نزدیک به خورشید، مطالعه مریخ، ماه و سایر سیارات منظومه شمسی، این امید ابراز شد که اجرای برنامه های فضایی بزرگی که نیازمند منابع مادی و فنی هنگفت و هزینه های مالی است، با تلاش مشترک بسیاری از کشورها در چارچوب همکاری های بین المللی انجام خواهد شد. ام. اس. گورباچف ​​در سخنرانی خود خطاب به نمایندگان خارجی جنبش کمونیستی - شرکت کنندگان در جشن بزرگداشت جهان، گفت: "تنها ذهن جمعی بشریت قادر است به ارتفاعات فضای نزدیک زمین و بیشتر به فضای نزدیک به خورشید و ستاره حرکت کند." هفتادمین سالگرد انقلاب کبیر اکتبر.

یکی از مهم ترین شرایط برای اکتشاف بیشتر فضا توسط انسان، اطمینان از زندگی و فعالیت های ایمن افراد در طول اقامت و کار طولانی مدت آنها در ایستگاه های فضایی، فضاپیماها، پایگاه های سیاره ای و ماه دور از زمین است.

مصلحت ترین راه برای حل این مهم ترین مشکل، همانطور که امروزه بسیاری از محققان داخلی و خارجی معتقدند، ایجاد سیستم های حمایت از حیات بیوتکنیکی بسته در سازه های فضایی مسکونی طولانی مدت است، یعنی سیستم های اکولوژیکی فضایی مصنوعی که شامل انسان و سایر پیوندهای بیولوژیکی می شود. .

در این بروشور ما سعی خواهیم کرد اصول اساسی ساخت چنین سیستم هایی را بیان کنیم، اطلاعاتی را در مورد نتایج آزمایش های بزرگ زمینی که در آماده سازی برای ایجاد سیستم های پشتیبانی حیات بیوتکنیکی فضایی انجام شده است، ارائه دهیم و مشکلاتی را که هنوز باید وجود داشته باشد، نشان دهیم. بر روی زمین و در فضا به منظور اطمینان از قابلیت اطمینان مورد نیاز عملکرد این سیستم ها در شرایط فضایی حل شده است.

انسان در یک اکوسیستم طبیعی

قبل از فرستادن شخصی به یک سفر طولانی فضایی، ابتدا سعی می کنیم به این سؤالات پاسخ دهیم: او برای زندگی عادی و کار پربار روی زمین به چه چیزهایی نیاز دارد و مشکل حمایت از زندگی انسان در سیاره ما چگونه حل می شود؟

پاسخ به این سوالات برای ایجاد سیستم های پشتیبانی حیات برای خدمه در سفینه های فضایی سرنشین دار، ایستگاه های مداری و سازه ها و پایگاه های بیگانه مورد نیاز است. ما به حق می توانیم زمین خود را به عنوان یک سفینه فضایی عظیم با منشاء طبیعی در نظر بگیریم که به مدت 4.6 میلیارد سال در حال انجام پرواز فضایی مداری بی پایان خود به دور خورشید بوده است. خدمه این کشتی امروز 5 میلیارد نفر است. جمعیت رو به رشد زمین که در آغاز قرن بیستم. 1.63 میلیارد نفر و در آستانه قرن 21 بود. باید در حال حاضر به 6 میلیارد برسد، بهترین شواهد وجود یک مکانیسم نسبتا موثر و قابل اعتماد برای حمایت از زندگی انسان در زمین.

بنابراین، یک فرد روی زمین برای اطمینان از زندگی و فعالیت های عادی خود به چه چیزی نیاز دارد؟ به سختی می توان پاسخی کوتاه اما جامع داد: همه جنبه های زندگی، فعالیت و علایق انسان بسیار گسترده و چندوجهی است. حداقل یک روز از زندگی خود را با جزئیات بازگردانید، و خواهید دید که یک شخص به این مقدار کمی نیاز ندارد.

ارضای نیازهای انسان به غذا، آب و هوا که از نیازهای اولیه فیزیولوژیکی است، شرط اصلی زندگی و فعالیت عادی اوست. با این حال، این وضعیت به طور ناگسستنی با دیگری مرتبط است: بدن انسان، مانند هر موجود زنده دیگری، به لطف متابولیسم در بدن و با محیط خارجی، فعالانه وجود دارد.

بدن انسان با مصرف اکسیژن، آب، مواد مغذی، ویتامین ها و نمک های معدنی از محیط، از آنها برای ساختن و تجدید اندام ها و بافت های خود استفاده می کند و در عین حال تمام انرژی لازم برای زندگی را از پروتئین ها، چربی ها و کربوهیدرات های موجود در غذا دریافت می کند. مواد زائد از بدن به محیط زیست دفع می شوند.

همانطور که مشخص است، شدت متابولیسم و ​​انرژی در بدن انسان به حدی است که یک فرد بالغ می تواند بدون اکسیژن تنها چند دقیقه، بدون آب حدود 10 روز و بدون غذا تا 2 ماه زنده بماند. تصور بیرونی که بدن انسان دستخوش تغییر نمی شود، فریبنده و نادرست است. تغییرات در بدن به طور مداوم رخ می دهد. به گفته A.P. Myasnikov (1962)، در طول روز در بدن یک فرد بالغ با وزن 70 کیلوگرم، 450 میلیارد گلبول قرمز، از 22 تا 30 میلیارد لکوسیت، از 270 تا 430 میلیارد پلاکت جایگزین شده و می میرند، تقریباً 125 گرم پروتئین شکسته می شود. پایین، 70 گرم چربی و 450 گرم کربوهیدرات با آزادسازی بیش از 3000 کیلو کالری گرما، 50 درصد سلول های اپیتلیال دستگاه گوارش، 1/75 از سلول های استخوانی اسکلت و 1/20 از کل سلول های پوستی بدن ترمیم می شوند و می میرند (یعنی هر 20 روز یک فرد کاملاً "پوست خود را تغییر می دهد")، تقریباً 140 تار مو روی سر و 1/150 از کل مژه ها می ریزند و با مژه های جدید جایگزین می شوند و غیره. به طور متوسط ​​23040 دم و بازدم انجام می شود، 11520 لیتر از هوای ریه عبور می کند، 460 لیتر اکسیژن جذب می شود، 403 لیتر دی اکسید کربن و 1.2-1.5 لیتر ادرار حاوی حداکثر 30 گرم مواد متراکم از بدن دفع می شود. 0.4 لیتر از طریق ریه ها تبخیر می شود و حدود 0.6 لیتر آب حاوی 10 گرم مواد متراکم، 20 گرم سبوم تشکیل می شود.

این شدت متابولیسم یک فرد فقط در یک روز است!

بنابراین، فرد به طور مداوم در طول زندگی خود، محصولات متابولیک و انرژی حرارتی تولید شده در بدن را در نتیجه تجزیه و اکسیداسیون مواد غذایی، آزاد شدن و تبدیل انرژی شیمیایی ذخیره شده در غذا آزاد می کند. محصولات متابولیک و حرارت آزاد شده باید به طور مداوم یا دوره ای از بدن خارج شوند و سطح کمی متابولیسم را مطابق با میزان فعالیت فیزیولوژیکی، فیزیکی و ذهنی آن حفظ کنند و تعادل در تبادل ماده و انرژی بین بدن را تضمین کنند. و محیط زیست

همه می دانند که چگونه این نیازهای اساسی فیزیولوژیکی یک فرد در زندگی واقعی روزمره تحقق می یابد: پنج میلیارد خدمه سفینه فضایی "سیاره زمین" همه چیز لازم برای زندگی خود را بر اساس ذخایر و محصولات سیاره دریافت می کند یا تولید می کند که تغذیه می کند. آنها را آب می دهد و لباس می پوشاند، به افزایش تعداد آنها کمک می کند، با جو خود از همه موجودات زنده در برابر اثرات نامطلوب پرتوهای کیهانی محافظت می کند. اجازه دهید چند رقم ارائه کنیم که به وضوح مقیاس اصلی "تبادل کالا" بین انسان و طبیعت را مشخص می کند.

اولین نیاز دائمی انسان تنفس هوا است. یک ضرب المثل روسی می گوید: "شما نمی توانید هوای زیادی تنفس کنید." اگر هر فرد به طور متوسط ​​روزانه به 800 گرم اکسیژن نیاز داشته باشد، کل جمعیت زمین باید 1.5 میلیارد تن در سال اکسیژن مصرف کند. جو زمین دارای ذخایر عظیم اکسیژن تجدید پذیر است: با وزن کل جو زمین در حدود 5 ∙ 10 15 تن، اکسیژن تقریباً 1/5 است که تقریباً 700 هزار برابر بیشتر از مصرف سالانه اکسیژن کل است. جمعیت کره زمین البته علاوه بر مردم، اکسیژن اتمسفر توسط دنیای حیوانات نیز استفاده می شود و همچنین صرف فرآیندهای اکسیداتیو دیگری می شود که مقیاس آن در این سیاره بسیار زیاد است. با این حال، فرآیندهای کاهش معکوس از شدت کمتری برخوردار نیستند: به لطف فتوسنتز، به دلیل انرژی تابشی خورشید، گیاهان روی خشکی، دریاها و اقیانوس ها دائماً دی اکسید کربن آزاد شده توسط موجودات زنده در فرآیندهای اکسیداتیو را به انواع ترکیبات آلی متصل می کنند. آزادسازی همزمان اکسیژن مولکولی به گفته ژئوشیمیدانان، همه گیاهان روی زمین سالانه 400 میلیارد تن اکسیژن آزاد می کنند، در حالی که 150 میلیارد تن کربن (از دی اکسید کربن) را با 25 میلیارد تن هیدروژن (از آب) متصل می کنند. نه دهم این محصول توسط گیاهان آبزی تولید می شود.

در نتیجه، مسئله تأمین اکسیژن هوا برای انسان ها عمدتاً از طریق فرآیندهای فتوسنتز در گیاهان روی زمین با موفقیت حل می شود.

مهمترین نیاز بعدی انسان آب است.

در بدن انسان، این محیطی است که در آن واکنش های بیوشیمیایی متعددی از فرآیندهای متابولیک انجام می شود. آب که 2/3 وزن بدن انسان را تشکیل می دهد، نقش مهمی در تضمین عملکردهای حیاتی آن ایفا می کند. آب نه تنها با تامین مواد مغذی بدن، جذب، توزیع و جذب آنها، بلکه با آزادسازی محصولات نهایی متابولیک همراه است.

آب به صورت نوشیدنی و خوراکی وارد بدن انسان می شود. مقدار آب مورد نیاز بدن یک فرد بالغ از 1.5 - 2 تا 10 - 15 لیتر در روز متغیر است و به فعالیت بدنی و شرایط محیطی او بستگی دارد. کم آبی بدن یا محدودیت بیش از حد در مصرف آب منجر به اختلال شدید در عملکرد آن و مسمومیت توسط محصولات متابولیک، به ویژه نیتروژن می شود.

مقدار اضافی آب برای رفع نیازهای بهداشتی و خانگی (شستشو، شستشو، تولید، دامپروری و غیره) برای شخص ضروری است. این مقدار به طور قابل توجهی بیش از هنجار فیزیولوژیکی است.

مقدار آب در سطح زمین بسیار زیاد است، حجم آن بیش از 13.7 ∙ 10 8 km 3 است. با این حال، منابع آب شیرین مناسب برای مصارف آشامیدنی هنوز محدود است. میزان بارندگی (آب شیرین) که به طور متوسط ​​در سال بر روی سطح قاره ها در نتیجه چرخه آب روی زمین می ریزد، تنها حدود 100 هزار کیلومتر مکعب (1/5 کل میزان بارش روی زمین) است. و تنها بخش کوچکی از این مقدار به طور موثر توسط انسان استفاده می شود.

بنابراین، در سفینه فضایی زمین، منابع آب را می توان نامحدود در نظر گرفت، اما مصرف آب شیرین تمیز نیازمند یک رویکرد اقتصادی است.

غذا به بدن انسان به عنوان منبع انرژی و موادی که در سنتز اجزای بافتی، نوسازی سلول ها و عناصر ساختاری آنها نقش دارند، خدمت می کند. بدن به طور مداوم فرآیندهای اکسیداسیون بیولوژیکی پروتئین ها، چربی ها و کربوهیدرات های تامین شده با غذا را انجام می دهد. یک رژیم غذایی مغذی باید حاوی مقادیر مورد نیاز اسیدهای آمینه، ویتامین ها و مواد معدنی باشد. مواد غذایی که معمولاً توسط آنزیم ها در دستگاه گوارش به ترکیبات ساده تر و کم مولکولی (اسیدهای آمینه، مونوساکاریدها، اسیدهای چرب و بسیاری دیگر) تجزیه می شوند، توسط خون در سراسر بدن جذب و توزیع می شوند. محصولات نهایی اکسیداسیون مواد غذایی اغلب دی اکسید کربن و آب هستند که به عنوان مواد زائد از بدن دفع می شوند. انرژی آزاد شده در طی اکسیداسیون غذا تا حدی به شکل ترکیبات غنی شده با انرژی در بدن ذخیره می شود و تا حدی به گرما تبدیل شده و در محیط پخش می شود.

مقدار غذای مورد نیاز بدن در درجه اول به شدت فعالیت بدنی آن بستگی دارد. انرژی متابولیسم پایه، یعنی چنین متابولیسمی زمانی که فرد در استراحت کامل است، به طور متوسط ​​1700 کیلو کالری در روز است (برای مردان زیر 30 سال با وزن تا 70 کیلوگرم). در این مورد، فقط برای اجرای فرآیندهای فیزیولوژیکی (تنفس، عملکرد قلب، حرکت روده و غیره) و اطمینان از ثبات دمای طبیعی بدن (36.6 درجه سانتیگراد) هزینه می شود.

فعالیت بدنی و ذهنی فرد مستلزم افزایش مصرف انرژی توسط بدن و مصرف بیشتر مواد غذایی است. مشخص شده است که انرژی مصرفی روزانه یک فرد در حین کار ذهنی و بدنی متوسط ​​حدود 3000 کیلو کالری است. رژیم غذایی روزانه یک فرد باید محتوای کالری یکسانی داشته باشد. محتوای کالری رژیم تقریباً بر اساس مقادیر شناخته شده گرمای آزاد شده در طی اکسیداسیون کامل هر گرم پروتئین (4.1 کیلو کالری)، چربی ها (9.3 کیلو کالری) و کربوهیدرات ها (4.1 کیلو کالری) محاسبه می شود. نسبت مناسب پروتئین، چربی و کربوهیدرات در رژیم غذایی توسط دارو مطابق با نیازهای فیزیولوژیکی فرد تعیین می شود و شامل 70 تا 105 گرم پروتئین، 50 تا 150 گرم چربی و 300 تا 600 گرم کربوهیدرات است. در یک مقدار کالری رژیم غذایی. تغییرات در ترکیب رژیم غذایی در پروتئین ها، چربی ها و کربوهیدرات ها معمولاً به دلیل تغییر در فعالیت بدنی بدن ایجاد می شود، اما به عادات فرد، سنت های غذایی ملی، در دسترس بودن یک محصول غذایی خاص و ... البته، فرصت های اجتماعی خاص برای رفع نیازهای تغذیه ای.

هر کدام از مواد مغذی وظایف خاصی را در بدن انجام می دهند. این به ویژه در مورد پروتئین های حاوی نیتروژن صدق می کند، که بخشی از سایر مواد مغذی نیست، اما برای بازیابی پروتئین های خود در بدن انسان ضروری است. تخمین زده می شود که در بدن یک فرد بالغ، حداقل 17 گرم از پروتئین های خود در روز از بین می رود که باید از طریق غذا بازیابی شود. بنابراین این میزان پروتئین حداقل مورد نیاز در رژیم غذایی هر فرد است.

چربی ها و کربوهیدرات ها را می توان تا حد زیادی با یکدیگر جایگزین کرد، اما تا حد مشخصی.

غذای معمولی انسان نیاز بدن به پروتئین، چربی و کربوهیدرات را کاملاً پوشش می دهد و همچنین مواد معدنی و ویتامین های لازم را تامین می کند.

با این حال، بر خلاف ذخایر نامحدود اکسیژن (هوا) و آب آشامیدنی که هنوز در کره زمین کافی است و مصرف آن فقط در مناطق معینی و معمولاً خشک سهمیه بندی شده است، مقدار محصولات غذایی به میزان کم محدود می شود. بهره وری از چرخه تغذیه طبیعی (غذا) که از سه سطح اصلی تشکیل شده است: گیاهان - حیوانات - انسان. در واقع، گیاهان با استفاده از تنها 0.2 درصد از انرژی خورشیدی که به زمین می رسد، زیست توده را تشکیل می دهند. هنگام مصرف زیست توده گیاهی برای غذا، حیوانات بیش از 10 تا 12 درصد از انرژی را که جذب می کنند برای نیازهای خود صرف نمی کنند. در نهایت، فرد با مصرف مواد غذایی با منشاء حیوانی، انرژی مورد نیاز بدن خود را با میزان استفاده بسیار پایین از انرژی اولیه خورشید تامین می کند.

تامین نیازهای غذایی همیشه سخت ترین کار انسان بوده است. استفاده غیرفعال از قابلیت های طبیعت در این جهت محدود است، زیرا بیشتر کره زمین را اقیانوس ها و بیابان ها با بهره وری بیولوژیکی پایین پوشانده اند. فقط مناطق خاصی از زمین که با شرایط آب و هوایی مطلوب مشخص می شوند، بهره وری اولیه بالایی از مواد را ارائه می دهند که به هر حال، همیشه از نظر نیازهای تغذیه ای انسان قابل قبول نیستند. رشد جمعیت زمین، پراکندگی آن در تمام قاره ها و مناطق جغرافیایی کره زمین، از جمله مناطق با شرایط آب و هوایی نامناسب، و همچنین کاهش تدریجی منابع غذایی طبیعی منجر به وضعیتی شده است که تامین نیازهای غذایی روی زمین به شکلی تبدیل شده است. یک مشکل جهانی بشری امروزه اعتقاد بر این است که کمبود جهانی پروتئین رژیم غذایی به تنهایی 15 میلیون تن در سال است. این بدان معناست که حداقل 700 میلیون نفر در جهان به طور سیستماتیک دچار سوءتغذیه هستند. و این با وجود این واقعیت است که بشریت در پایان قرن بیستم. به طور کلی، با یک سازمان اجتماعی نسبتاً بالا، دستاوردهای عمده در توسعه علم، فناوری، صنعت و تولید کشاورزی و درک عمیق از وحدت آن در ترکیب، زیست کره سیاره متمایز می شود.

غذا یک عامل محیطی مهم نه تنها برای انسان، بلکه برای همه حیوانات است. بسته به در دسترس بودن غذا، تنوع، کیفیت و کمیت آن، ویژگی های جمعیت موجودات زنده (باروری و مرگ و میر، امید به زندگی، نرخ رشد و غیره) می تواند به طور قابل توجهی تغییر کند. پیوندهای غذایی (غذایی) بین موجودات زنده، همانطور که در زیر نشان داده خواهد شد، زیربنای چرخه بیوسفر (زمینی) بیولوژیکی مواد و سیستم های اکولوژیکی مصنوعی است که انسان را نیز در بر می گیرد.

اگر بشریت از منابع سیاره به طور منطقی و با دقت بیشتری استفاده کند، مسائل مربوط به دگرگونی طبیعت را به شیوه ای سالم از نظر زیست محیطی حل کند، رقابت تسلیحاتی را از بین ببرد، زمین قادر خواهد بود برای مدت طولانی همه چیزهایی را که روی آن زندگی می کنند فراهم کند. پایان دادن به سلاح های هسته ای

مبنای علمی برای حل مشکل حمایت از زندگی برای بشریت روی زمین، که توسط V.I. Vernadsky فرموله شده است، در انتقال بیوسفر زمین به نووسفر، یعنی به زیست کره ای است که توسط تفکر علمی تغییر یافته و تبدیل شده است تا همه چیز را برآورده کند. نیازهای یک بشریت در حال رشد عددی (حوزه عقل). وی.آی.ورنادسکی فرض کرد که نووسفر که از زمین سرچشمه گرفته است، همانطور که انسان فضای دور ستاره ای را کاوش می کند، باید به یک عنصر ساختاری ویژه فضا تبدیل شود.

سفینه فضایی با خدمه - اکوسیستم مصنوعی

چگونه می توان مشکل تامین غذای تازه، متنوع، آب تمیز و هوای حیات بخش خدمه یک سفینه فضایی را حل کرد؟ طبیعی است که ساده ترین پاسخ این است که هر چیزی را که نیاز دارید با خود ببرید. این کاری است که آنها در موارد پروازهای کوتاه مدت سرنشین دار انجام می دهند.

با افزایش مدت زمان پرواز، تجهیزات بیشتری مورد نیاز است. بنابراین، برای استفاده مجدد از این مواد و کاهش ذخایر اولیه، لازم است برخی از مواد مصرفی (مثلاً آب)، فرآوری ضایعات انسانی و ضایعات حاصل از فرآیندهای تکنولوژیکی برخی از سیستم‌های کشتی (به عنوان مثال جاذب‌های دی اکسید کربن احیا شده) بازسازی شوند.

به نظر می رسد راه حل ایده آل، اجرای گردش کامل (یا تقریباً کامل) مواد در یک حجم محدود از یک فضای مسکونی "خانه" باشد. با این حال، چنین راه حل پیچیده ای فقط برای سفرهای فضایی بزرگ که بیش از 1.5 تا 3 سال طول می کشد می تواند مفید و عملاً امکان پذیر باشد (A. M. Genin, D. Talbot, 1975). نقش تعیین کننده در ایجاد چرخه مواد در چنین سفرهایی معمولاً به فرآیندهای بیوسنتز اختصاص داده می شود. وظایف تامین غذا، آب و اکسیژن خدمه و همچنین حذف و فرآوری محصولات متابولیک و حفظ پارامترهای مورد نیاز زیستگاه خدمه در کشتی، ایستگاه و غیره به سیستم های به اصطلاح پشتیبانی حیات (LSS) واگذار می شود. ). یک نمایش شماتیک از انواع اصلی سیستم های پشتیبانی حیات برای خدمه فضایی در شکل نشان داده شده است. 1.

برنج. 1. طرح های انواع اصلی سیستم های پشتیبانی حیات برای خدمه فضایی: 1 - سیستم ذخیره (تمام زباله ها حذف می شوند). 2- سیستم ذخایر با احیای جزئی فیزیکی و شیمیایی مواد (PCR) (بخشی از زباله حذف می شود، بخشی از ذخایر قابل تجدید است). 3- سیستم با FCR جزئی و احیای بیولوژیکی جزئی مواد توسط گیاهان (BR) با واحد تصحیح زباله (BC). 4- سیستم با احیای کامل بسته مواد (ذخایر توسط ریزافزونه ها محدود می شوند). عناوین: E - انرژی تابشی یا حرارتی، IE - منبع انرژی، O - زباله، BB - بلوک زیستی با حیوانات، خط نقطه چین - فرآیند اختیاری

سیستم های پشتیبانی حیات خدمه فضایی مجموعه های بسیار پیچیده ای هستند. سه دهه از دوران فضایی، کارایی و قابلیت اطمینان کافی سیستم‌های پشتیبانی حیات ایجاد شده را تأیید کرده است، که با موفقیت در فضاپیمای شوروی وستوک و سایوز، مرکوری آمریکایی، جمینی و آپولو و همچنین در مدار سالیوت و اسکای لب مورد استفاده قرار گرفتند. ایستگاه ها" کار مجتمع تحقیقاتی میر با سیستم پشتیبانی از زندگی بهبودیافته همچنان ادامه دارد. همه این سیستم ها پرواز بیش از 200 فضانورد از کشورهای مختلف را فراهم کرده اند.

اصول ساخت و بهره برداری از سیستم های پشتیبانی حیات که در حال حاضر برای پروازهای فضایی مورد استفاده قرار می گیرد، به طور گسترده ای شناخته شده است. آنها مبتنی بر استفاده از فرآیندهای بازسازی فیزیکی و شیمیایی هستند. در عین حال، مشکل استفاده از فرآیندهای بیوسنتز در LSS فضایی، و حتی بیشتر از آن، مشکل ساخت LSS بیوتکنیکی بسته برای پروازهای فضایی، هنوز باز است.

در مورد امکان و امکان سنجی اجرای عملی چنین سیستم هایی به طور کلی و در فضاپیماها به طور خاص، دیدگاه های متفاوتی وجود دارد که گاهی کاملاً متضاد است. استدلال‌های مخالف به شرح زیر است: پیچیدگی، کمبود دانش، شدت انرژی، غیرقابل اعتماد بودن، ناسازگاری و غیره. با این حال، اکثریت قریب به اتفاق کارشناسان همه این مسائل را قابل حل می‌دانند و استفاده از سیستم‌های حیاتی بیوتکنیکی را به عنوان بخشی از سکونت‌گاه‌های فضایی بزرگ آینده، پایگاه‌های ماه، سیاره‌ای و بین سیاره‌ای و سایر ساختارهای دوردست فرازمینی - اجتناب‌ناپذیر.

گنجاندن واحدهای بیولوژیکی در سیستم پشتیبانی از زندگی خدمه، همراه با دستگاه های فنی متعدد، که عملکرد آنها طبق قوانین پیچیده توسعه ماده زنده انجام می شود، نیازمند یک رویکرد کیفی جدید و زیست محیطی برای شکل گیری بیوتکنیک است. سیستم‌های پشتیبانی حیات، که در آن‌ها باید تعادل دینامیکی پایدار و ثبات جریان‌های ماده و انرژی در همه پیوندها حاصل شود. از این نظر، هر فضاپیمای قابل سکونت باید به عنوان یک سیستم اکولوژیکی مصنوعی در نظر گرفته شود.

یک فضاپیمای مسکونی شامل حداقل یک پیوند بیولوژیکی فعال است - یک فرد (خدمه) با میکرو فلور خود. در عین حال، انسان و میکرو فلور در تعامل با محیطی که به طور مصنوعی در فضاپیما ایجاد شده است، وجود دارد و تعادل دینامیکی پایدار سیستم بیولوژیکی را از نظر جریان ماده و انرژی تضمین می کند.

بنابراین، حتی با تأمین کامل زندگی خدمه در فضاپیما به دلیل ذخایر مواد و در غیاب سایر پیوندهای بیولوژیکی، فضاپیمای قابل سکونت در حال حاضر یک سیستم اکولوژیکی فضایی مصنوعی است. می تواند به طور کامل یا جزئی در ماده از محیط خارجی (فضای بیرونی) جدا شود، اما جداسازی انرژی (حرارتی) آن از این محیط کاملاً منتفی است. تبادل مداوم انرژی با محیط، یا حداقل حذف حرارت ثابت، شرط لازم برای عملکرد هر اکوسیستم فضایی مصنوعی است.

قرن بیست و یکم وظایف جدید و حتی جاه طلبانه تری را برای بشریت در اکتشاف بیشتر فضای خارج از ماورای جو ایجاد می کند. (ظاهراً درست تر است که بگوییم بشریت این وظایف را برای قرن بیست و یکم تعیین می کند.) ظاهر خاص اکوسیستم فضایی آینده را می توان بسته به هدف و مدار ساختار فضایی تعیین کرد (سفینه فضایی سرنشین دار بین سیاره ای، نزدیک به ایستگاه مداری زمین، پایگاه ماه، پایگاه مریخ، سکوی فضایی ساخت و ساز، مجموعه سازه های مسکونی روی سیارک ها، و غیره)، اندازه خدمه، مدت زمان عملیات، منبع تغذیه و تجهیزات فنی و البته در میزان آمادگی برخی فناوری ها فرآیندها، از جمله فرآیندهای بیوسنتز کنترل شده و فرآیندهای تبدیل کنترل شده ماده و انرژی در پیوندهای بیولوژیکی اکوسیستم ها.

امروزه می توان گفت که وظایف و برنامه های تحقیقات فضایی پیشرفته در اتحاد جماهیر شوروی و ایالات متحده آمریکا در سطح ایالتی تقریباً تا سال 2000 تعریف شده است. در مورد وظایف قرن آینده، دانشمندان هنوز در قالب پیش بینی صحبت می کنند. بنابراین، نتایج یک مطالعه منتشر شده در سال 1984 (و در سال 1979 توسط یکی از کارمندان شرکت رند از طریق پرسشنامه ای از 15 متخصص برجسته در ایالات متحده و بریتانیا انجام شد) تصویری را نشان داد که در جدول زیر منعکس شده است:

سال ها	محتویات صحنه
2020 –2030	استعمار ماه و فضای بیرونی توسط گروه های زیادی از مردم (بیش از 1000 نفر).
2020 – 2071	توسعه هوش مصنوعی انسان
2024 – 2037	اولین پرواز سرنشین دار به مشتری.
2030 – 2050	پروازهای درون منظومه شمسی، استفاده از منابع طبیعی منظومه شمسی، از جمله ماه.
2045 – 2060	اولین پرواز یک کاوشگر بدون سرنشین فراتر از منظومه شمسی.
2045 – 2070	اولین پرواز سرنشین دار به مرزهای منظومه شمسی.
2050 – 2100	برقراری ارتباط با هوش فرازمینی

فیزیکدان معروف آمریکایی، جی اونیل که به مشکلات سکونتگاه های فضایی آینده بشر می پردازد، پیش بینی خود را در سال 1974 منتشر کرد که در سال 1988 فرض بر این بود که 10 هزار نفر در فضا کار می کنند، این پیش بینی محقق نشد، اما امروزه بسیاری از کارشناسان بر این باورند که تا سال 1990، 50 تا 100 نفر به طور مداوم در فضا کار خواهند کرد.

متخصص مشهور دکتر پوتکامر (آلمان) معتقد است که دوره بین سال های 1990 تا 2000 با آغاز استقرار فضای نزدیک به زمین مشخص می شود و پس از سال 2000 باید استقلال ساکنان فضا تضمین شود و یک زیستگاه از نظر اکولوژیکی بسته شود. سیستم باید ایجاد شود

محاسبات نشان می دهد که با افزایش مدت زمان اقامت فرد در فضا (تا چندین سال)، با افزایش اندازه خدمه و با افزایش فاصله فضاپیما از زمین، نیاز به انجام بیولوژیکی ایجاد می شود. بازسازی مواد مصرفی و مهمتر از همه مواد غذایی، مستقیماً روی فضاپیما. در عین حال، نه تنها شاخص های فنی و اقتصادی (جرم و انرژی) به نفع حمایت از حیات بیولوژیکی گواهی می دهند، بلکه شاخص هایی از قابلیت اطمینان بیولوژیکی انسان به عنوان یک پیوند تعیین کننده در اکوسیستم فضای مصنوعی نیز، نه کمتر مهم است. اجازه دهید مورد دوم را با جزئیات بیشتری توضیح دهیم.

تعدادی از ارتباطات مطالعه شده (و تاکنون ناشناخته) بین بدن انسان و طبیعت زنده وجود دارد که بدون آنها فعالیت طولانی مدت موفقیت آمیز زندگی غیرممکن است. به عنوان مثال، اینها شامل اتصالات تغذیه ای طبیعی آن است که نمی تواند به طور کامل با مواد غذایی ذخیره شده در کشتی جایگزین شود. بنابراین، برخی از ویتامین‌هایی که کاملاً برای انسان ضروری هستند (کاروتنوئیدهای غذایی، اسید اسکوربیک و غیره) در طول ذخیره‌سازی ناپایدار هستند: در شرایط زمینی، ماندگاری، به عنوان مثال، ویتامین‌های C و P 5-6 ماه است. تحت تأثیر شرایط فضا، با گذشت زمان، بازسازی شیمیایی ویتامین ها اتفاق می افتد، در نتیجه فعالیت فیزیولوژیکی خود را از دست می دهند. به همین دلیل، یا باید به طور مداوم به صورت بیولوژیکی (به شکل غذای تازه، مانند سبزیجات) تکثیر شوند یا به طور منظم از زمین تحویل داده شوند، همانطور که در طول رکوردشکنی پرواز فضایی سالانه در ایستگاه میر اتفاق افتاد. علاوه بر این، مطالعات پزشکی و بیولوژیکی نشان داده است که در شرایط پرواز فضایی، افزایش دریافت ویتامین ها توسط فضانوردان مورد نیاز است. بنابراین، در طول پروازهای تحت برنامه Skylab، مصرف فضانوردان از ویتامین های B و ویتامین C (اسید اسکوربیک) تقریبا 10 برابر، ویتامین A (اکسروفتول) - 2 برابر، ویتامین D (کلسیفرول) - کمی بیشتر از حد معمول زمینی افزایش یافت. اکنون همچنین ثابت شده است که ویتامین‌های با منشاء بیولوژیکی دارای مزایای آشکاری نسبت به آماده‌سازی‌های خالص شده از همان ویتامین‌هایی هستند که از طریق شیمیایی به دست می‌آیند. این به دلیل این واقعیت است که زیست توده حاوی ویتامین ها در ترکیب با تعدادی از مواد دیگر از جمله محرک ها است و در صورت مصرف تأثیر مؤثرتری بر متابولیسم یک موجود زنده می گذارد.

مشخص است که محصولات غذایی گیاهی طبیعی حاوی تمام پروتئین های گیاهی (اسیدهای آمینه)، لیپیدها (اسیدهای چرب ضروری)، کل مجموعه ویتامین های محلول در آب و تا حدی محلول در چربی، کربوهیدرات ها، مواد فعال بیولوژیکی و فیبر هستند. نقش این اجزای غذایی در متابولیسم بسیار زیاد است (V.I. Yazdovsky, 1988). به طور طبیعی، فرآیند موجود در تهیه جیره‌های فضایی، که شامل رژیم‌های پردازش سخت (مکانیکی، حرارتی، شیمیایی) است، نمی‌تواند اثربخشی اجزای غذایی مهم فردی را در متابولیسم انسان کاهش دهد.

ظاهراً باید تأثیر تجمعی احتمالی تشعشعات رادیواکتیو کیهانی بر روی محصولات غذایی ذخیره شده برای مدت طولانی در کشتی نیز در نظر گرفته شود.

در نتیجه، فقط رعایت کالری غذا با هنجار تعیین شده کافی نیست، لازم است که غذای فضانورد تا حد امکان متنوع و تازه باشد.

به نظر می رسد کشف توانایی آب خالص برای "به خاطر سپردن" خاصیت های خاصی از مولکول های فعال بیولوژیکی و سپس انتقال این اطلاعات به سلول های زنده توسط زیست شناسان فرانسوی، شروع به روشن شدن حکمت پری عامیانه باستانی در مورد آب "زنده" و "مرده" می کند. اگر این کشف تأیید شود، آنگاه یک مشکل اساسی در بازسازی آب در فضاپیماهای بلندمدت ایجاد می‌شود: آیا آب با روش‌های فیزیکی و شیمیایی در چرخه‌های چندگانه جدا شده تصفیه می‌شود یا به‌دست می‌آید که می‌تواند جایگزین آب «زنده» فعال بیولوژیکی شود؟

همچنین می توان فرض کرد که اقامت طولانی مدت در یک حجم مجزا از یک فضاپیما با یک زیستگاه گازی مصنوعی که با روش های شیمیایی به دست آمده است، نسبت به بدن انسان بی تفاوت نیست، که همه نسل های آن در جوی با منشأ بیوژنیک وجود داشته است، ترکیب آن. متنوع تر است به سختی تصادفی است که موجودات زنده توانایی تشخیص ایزوتوپ های برخی از عناصر شیمیایی (از جمله ایزوتوپ های پایدار اکسیژن O 16، O 17، O 18) و همچنین تشخیص تفاوت های کوچک در قدرت پیوندهای شیمیایی ایزوتوپ ها در مولکول ها را داشته باشند. H 2 O، CO 2 و غیره شناخته شده است که وزن اتمی اکسیژن به منبع تولید آن بستگی دارد: اکسیژن هوا کمی سنگین تر از اکسیژن آب است. موجودات زنده این تفاوت را "احساس" می کنند، اگرچه فقط طیف سنج های جرمی خاص می توانند آن را به صورت کمی تعیین کنند. تنفس طولانی مدت اکسیژن خالص شیمیایی در شرایط پرواز فضایی می تواند منجر به تشدید فرآیندهای اکسیداتیو در بدن انسان و تغییرات پاتولوژیک در بافت ریه شود.

لازم به ذکر است که هوا که منشا بیوژنیک دارد و با فیتونسیدهای گیاهی غنی شده است، نقش ویژه ای برای انسان دارد. فیتونسیدها مواد فعال بیولوژیکی هستند که دائماً توسط گیاهان تولید می شوند که باکتری ها، قارچ های میکروسکوپی و تک یاخته ها را می کشند یا سرکوب می کنند. وجود فیتونسیدها در هوای اطراف قاعدتا برای بدن انسان مفید است و باعث ایجاد احساس طراوت در هوا می شود. به عنوان مثال، فرمانده سومین خدمه آمریکایی ایستگاه Skylab تاکید کرد که خدمه او از تنفس هوای غنی شده با فیتونسیدهای لیمو لذت می برند.

در موارد شناخته شده عفونت انسان با باکتری های مستقر در دستگاه های تهویه مطبوع ("بیماری لژیونرها")، فیتونسیدها یک ضدعفونی کننده قوی خواهند بود و در رابطه با سیستم های تهویه مطبوع در اکوسیستم های بسته می توانند این احتمال را از بین ببرند. همانطور که تحقیقات M. T. Dmitriev نشان داده است، فیتونسیدها می توانند نه تنها به طور مستقیم، بلکه به طور غیرمستقیم نیز عمل کنند و ماهیت باکتری کشی هوا را افزایش دهند و محتوای یون های منفی نور را افزایش دهند که تأثیر مفیدی بر بدن انسان دارند. این باعث کاهش تعداد یون های مثبت سنگین ناخواسته در هوا می شود. فیتونسیدها که حامل منحصر به فرد عملکرد محافظتی گیاهان از میکرو فلور محیطی هستند، نه تنها در هوای اطراف گیاه منتشر می شوند، بلکه در زیست توده خود گیاهان نیز وجود دارند. سیر، پیاز، خردل و بسیاری از گیاهان دیگر غنی ترین فیتونسیدها هستند. با مصرف آنها به عنوان غذا، فرد مبارزه نامحسوس اما بسیار مؤثری را با میکرو فلور عفونی وارد بدن انجام می دهد.

با صحبت در مورد اهمیت پیوندهای بیولوژیکی در یک اکوسیستم فضایی مصنوعی برای انسان، نمی توان به نقش مثبت ویژه گیاهان عالی به عنوان عاملی در کاهش استرس عاطفی فضانوردان و بهبود آسایش روانی توجه نکرد. همه فضانوردانی که باید آزمایشاتی را با گیاهان بالاتر در ایستگاه های فضایی انجام می دادند، در ارزیابی خود اتفاق نظر داشتند. بنابراین، L. Popov و V. Ryumin در ایستگاه مداری Salyut-6 از مراقبت از گیاهان در گلخانه های آزمایشی "Malachite" (گلخانه شیشه ای رنگ آمیزی داخلی با ارکیده های گرمسیری) و "Oasis" (گلخانه آزمایشی با محصولات گیاهی و ویتامینی از گلخانه ها لذت بردند. گیاهان). آنها آبیاری را انجام دادند، رشد و نمو گیاهان را زیر نظر گرفتند، بازرسی های پیشگیرانه و کارهای فنی گلخانه ها را انجام دادند و به سادگی فضای داخلی زندگی ارکیده ها را در لحظات نادر استراحت تحسین کردند. "تحقیقات بیولوژیکی ما را بسیار خوشحال کرد. به عنوان مثال، نصب مالاکیت با ارکیده داشتیم، و وقتی آن را به زمین فرستادیم، نوعی از دست دادن را احساس کردیم، ایستگاه راحت تر شد. این چیزی است که L. Popov پس از فرود گفت. V. Ryumin به L. Popov افزود: "کار با مالاکیت در مجموعه فضایی همیشه رضایت ویژه ای به ما داده است."

مهندس پرواز (G. Grechko) در یک کنفرانس مطبوعاتی در 14 اکتبر 1985 که به نتایج کار در مدار فضانوردان V. Dzhanibekov و G. Grechko در ایستگاه مداری Salyut-7 اختصاص داشت، گفت: "به همه موجودات زنده، نسبت به هر جوانه ای در فضا نگرش ویژه و مراقبتی دارند: آنها شما را به یاد زمین می اندازند و روحیه شما را بالا می برند.

بنابراین، گیاهان عالی برای فضانوردان نه تنها به عنوان پیوندی در یک سیستم اکولوژیکی مصنوعی یا یک موضوع تحقیقات علمی، بلکه به عنوان یک عنصر زیبایی شناختی از محیط آشنای زمینی، یک همراه زنده فضانورد در طولانی، دشوار و شدید مورد نیاز هستند. ماموریت و آیا این جنبه زیبایی شناختی و نقش روانشناختی گلخانه در فضاپیما نیست که S.P. Korolev در هنگام آماده سازی برای پروازهای فضایی آینده، سؤال زیر را به عنوان سؤال بعدی فرموله کرد: "چه چیزی می توانید داشته باشید؟ سوار یک فضاپیمای سنگین بین سیاره ای یا یک فضاپیمای مداری سنگین؟» ایستگاه (یا در گلخانه) از گیاهان زینتی که به حداقل هزینه و مراقبت نیاز دارند؟ و اولین پاسخ به این سوال امروز دریافت شده است: اینها ارکیده های گرمسیری هستند که به نظر می رسد جو ایستگاه فضایی را دوست داشته اند.

آکادمیسین O.G. Gazenko و همکارانش (1987) با بحث در مورد مشکل اطمینان از اطمینان و ایمنی پروازهای فضایی طولانی مدت، به درستی خاطرنشان می کنند که "گاهی اوقات نیاز معنوی ناخودآگاه برای تماس با طبیعت زنده به یک نیروی واقعی تبدیل می شود، که توسط آن پشتیبانی می شود. حقایق دقیق علمی که نشان‌دهنده کارایی اقتصادی و امکان‌سنجی فنی نزدیک کردن زیست‌کره‌های مصنوعی به محیط طبیعی است که بشریت را پرورش داده است. از این منظر، جهت گیری استراتژیک به سمت ایجاد سیستم های حمایت از حیات بیولوژیکی بسیار صحیح به نظر می رسد. و در ادامه: «تلاش برای منزوی کردن انسان از طبیعت به شدت غیراقتصادی است. سیستم‌های بیولوژیکی بهتر از هر سیستم دیگری گردش مواد را در سکونت‌گاه‌های فضایی بزرگ تضمین می‌کنند.»

یکی از مزایای اساسی سیستم های بیولوژیکی در مقایسه با سیستم های غیر بیولوژیکی، پتانسیل عملکرد پایدار آنها با حداقل حجم عملکردهای کنترل و مدیریت است (E. Ya. Shepelev، 1975). این مزیت به دلیل توانایی طبیعی سیستم های زنده است که در تعامل دائمی با محیط هستند، برای تصحیح فرآیندها برای بقا در تمام سطوح بیولوژیکی - از یک سلول منفرد یک موجود زنده گرفته تا جمعیت ها و بیوژئوسنوزها - بدون در نظر گرفتن درجه درک این فرآیندها در هر لحظه توسط یک فرد و توانایی یا ناتوانی او (یا بهتر است بگوییم، آمادگی او) برای انجام تنظیمات لازم در روند گردش مواد در یک اکوسیستم مصنوعی انجام می شود.

درجه پیچیدگی اکوسیستم‌های فضایی مصنوعی می‌تواند متفاوت باشد: از ساده‌ترین سیستم‌های ذخایر، سیستم‌هایی با بازسازی فیزیکی و شیمیایی مواد و استفاده از پیوندهای بیولوژیکی منفرد، تا سیستم‌هایی با چرخه بیولوژیکی تقریباً بسته مواد. تعداد پیوندهای بیولوژیکی و زنجیره های تغذیه ای، و همچنین تعداد افراد در هر پیوند، همانطور که قبلاً ذکر شد، به هدف و ویژگی های فنی فضاپیما بستگی دارد.

کارایی و پارامترهای اصلی یک اکوسیستم فضایی مصنوعی، از جمله پیوندهای بیولوژیکی، را می توان از قبل تعیین کرد و بر اساس تجزیه و تحلیل کمی از فرآیندهای گردش بیولوژیکی مواد در طبیعت و ارزیابی کارایی انرژی اکوسیستم های طبیعی محلی محاسبه کرد. بخش بعدی به این موضوع اختصاص دارد.

رله مواد در چرخه بیولوژیکی

یک سیستم اکولوژیکی بسته که بر اساس پیوندهای بیولوژیکی شکل گرفته است باید به عنوان یک سیستم پشتیبانی از زندگی ایده آل برای سکونتگاه های فضایی بزرگ آینده در نظر گرفته شود. ایجاد چنین سیستم‌هایی امروزه هنوز در مرحله محاسبات، ساخت‌وسازهای نظری و آزمایش‌های زمینی است تا پیوندهای بیولوژیکی فردی با خدمه آزمایش ارتباط برقرار کند.

هدف اصلی آزمایش سیستم‌های پشتیبانی حیات بیوتکنیکی آزمایشی، دستیابی به یک چرخه پایدار و تقریباً بسته از مواد در یک اکوسیستم با خدمه و وجود نسبتاً مستقل یک بیوسنوز مصنوعی در یک حالت تعادل دینامیکی طولانی‌مدت است که اساساً بر پایه داخلی است. مکانیسم های کنترل بنابراین، مطالعه کامل فرآیندهای چرخه بیولوژیکی مواد در بیوسفر زمین برای استفاده از موثرترین آنها در سیستم های پشتیبانی حیات بیوتکنیکی ضروری است.

چرخه بیولوژیکی در طبیعت یک مسابقه رله دایره ای (گردش) مواد و عناصر شیمیایی بین خاک، گیاهان، حیوانات و میکروارگانیسم ها است. ماهیت آن به شرح زیر است. گیاهان (جانداران اتوتروف) مواد معدنی بی جان کم انرژی و دی اکسید کربن اتمسفر را جذب می کنند. این مواد در زیست توده آلی موجودات گیاهی گنجانده شده اند که دارای منبع زیادی از انرژی است که از طریق تبدیل انرژی تابشی خورشید در طی فرآیند فتوسنتز به دست می آید. زیست توده گیاهی از طریق زنجیره های غذایی در موجودات حیوانی و انسانی (جانداران هتروتروف) با استفاده از بخشی از این مواد و انرژی برای رشد، نمو و تولید مثل خود تبدیل می شود. از بین بردن موجودات (تجزیه‌کننده یا تجزیه‌کننده)، از جمله باکتری‌ها، قارچ‌ها، تک یاخته‌ها و موجوداتی که از مواد آلی مرده تغذیه می‌کنند، زباله‌ها را معدنی می‌کنند. در نهایت، مواد و عناصر شیمیایی به خاک، جو یا محیط آبی بازگردانده می شوند. در نتیجه، مهاجرت چند چرخه مواد و عناصر شیمیایی از طریق زنجیره شاخه ای از موجودات زنده رخ می دهد. این مهاجرت که دائماً توسط انرژی خورشید پشتیبانی می شود، چرخه بیولوژیکی را تشکیل می دهد.

درجه تولید مثل چرخه های فردی چرخه بیولوژیکی عمومی به 90-98٪ می رسد، بنابراین ما فقط می توانیم در مورد بسته شدن کامل آن فقط به صورت مشروط صحبت کنیم. چرخه های اصلی بیوسفر چرخه های کربن، نیتروژن، اکسیژن، فسفر، گوگرد و سایر مواد مغذی هستند.

هر دو ماده زنده و غیر زنده در چرخه بیولوژیکی طبیعی شرکت می کنند.

ماده زنده بیوژنیک است، زیرا تنها از طریق تولید مثل موجودات زنده موجود در زمین تشکیل می شود. ماده غیر زنده موجود در زیست کره می تواند منشأ بیوژنیک داشته باشد (پوست و برگ درختان افتاده، میوه های رسیده و جدا شده از گیاه، پوشش کیتینی بندپایان، شاخ، دندان و موی حیوانات، پر پرندگان، فضولات حیوانات و غیره. .)، و زیست زا (محصولات انتشار از آتشفشان های فعال، گازهای آزاد شده از روده های زمین).

ماده زنده سیاره با جرم آن بخش ناچیزی از بیوسفر را تشکیل می دهد: کل زیست توده زمین در وزن خشک تنها یک صد هزارم درصد جرم پوسته زمین است (2 ∙ 10 19 تن). با این حال، این ماده زنده است که نقش تعیین کننده ای در تشکیل لایه "فرهنگی" پوسته زمین، در اجرای یک مسابقه رله ای در مقیاس بزرگ از مواد و عناصر شیمیایی بین تعداد زیادی از موجودات زنده ایفا می کند. این به دلیل تعدادی از ویژگی های خاص ماده زنده است.

متابولیسم (متابولیسم).متابولیسم در یک موجود زنده، مجموع تمام تبدیلات ماده و انرژی در فرآیند واکنش های بیوشیمیایی است که به طور مداوم در بدن اتفاق می افتد.

تبادل مداوم مواد بین یک موجود زنده و محیط آن ضروری ترین ویژگی حیات است.

شاخص های اصلی متابولیسم بدن با محیط خارجی عبارتند از: کمیت، ترکیب و محتوای کالری غذا، مقدار آب و اکسیژن مصرفی موجود زنده و همچنین میزان استفاده بدن از این مواد و انرژی غذا. متابولیسم بر اساس فرآیندهای جذب (تبدیل مواد وارد شده به بدن از خارج) و تجزیه (تجزیه مواد آلی ناشی از نیاز به آزادسازی انرژی برای عملکرد بدن) است.

پایداری غیرتعادلی ترمودینامیکیمطابق قانون دوم (قانون) ترمودینامیک، برای انجام کار، وجود انرژی به تنهایی کافی نیست، بلکه وجود اختلاف پتانسیل یا سطوح انرژی نیز ضروری است. آنتروپی معیاری برای "از دست دادن" اختلاف پتانسیل توسط هر سیستم انرژی و بر این اساس، معیاری برای از دست دادن توانایی تولید کار توسط این سیستم است.

در فرآیندهایی که در طبیعت بی جان اتفاق می افتد، انجام کار منجر به افزایش آنتروپی سیستم می شود. بنابراین، برای انتقال حرارت، جهت فرآیند به طور منحصر به فردی قانون دوم ترمودینامیک را تعیین می کند: از جسم گرم تر به جسمی که حرارت کمتری دارد. در سیستمی با اختلاف دمای صفر (در همان دمای اجسام) حداکثر آنتروپی مشاهده می شود.

ماده زنده، موجودات زنده، بر خلاف طبیعت بی جان، با این قانون مقابله می کنند. آنها هرگز در تعادل نیستند، آنها دائماً علیه ایجاد آن کار می کنند، که به نظر می رسد قانوناً باید مطابق با شرایط خارجی موجود باشد. موجودات زنده دائماً انرژی را صرف حفظ وضعیت خاص سیستم زنده می کنند. این مهم ترین ویژگی در ادبیات به عنوان اصل بائر یا اصل عدم تعادل پایدار سیستم های زنده شناخته می شود. این اصل نشان می‌دهد که موجودات زنده سیستم‌های باز غیرتعادلی هستند که با موجودات غیرزنده تفاوت دارند زیرا در جهت کاهش آنتروپی تکامل می‌یابند.

این ویژگی مشخصه بیوسفر به عنوان یک کل است که همچنین یک سیستم پویا غیر تعادلی است. ماده زنده سیستم حامل انرژی پتانسیل عظیمی است،

توانایی خود تولید مثل و شدت بالای تجمع زیست توده.ماده زنده با تمایل دائمی برای افزایش تعداد افراد خود، برای تولید مثل مشخص می شود. ماده زنده، از جمله انسان، تلاش می کند تا تمام فضای قابل قبول برای زندگی را پر کند. شدت تولید مثل موجودات زنده، رشد آنها و تجمع زیست توده بسیار زیاد است. سرعت تولید مثل موجودات زنده، به عنوان یک قاعده، با اندازه آنها نسبت معکوس دارد. تنوع اندازه موجودات زنده از دیگر ویژگی های طبیعت زنده است.

نرخ بالای واکنش های متابولیک در موجودات زنده، سه تا چهار مرتبه بزرگتر از سرعت واکنش در طبیعت بی جان، به دلیل مشارکت شتاب دهنده های بیولوژیکی - آنزیم ها - در فرآیندهای متابولیک است. با این حال، برای افزایش هر واحد زیست توده یا انباشته شدن یک واحد انرژی، یک موجود زنده باید جرم اولیه را در مقادیر یک یا دو مرتبه بزرگتر از جرم انباشته پردازش کند.

ظرفیت برای تنوع، تجدید و تکامل.ماده زنده زیست کره با چرخه های زندگی متفاوت و بسیار کوتاه (در مقیاس کیهانی) مشخص می شود. طول عمر موجودات زنده از چند ساعت (و حتی دقیقه) تا صدها سال متغیر است. ارگانیسم ها در روند فعالیت زندگی خود اتم های عناصر شیمیایی لیتوسفر، هیدروسفر و جو را از خود عبور می دهند و آنها را مرتب می کنند و عناصر شیمیایی را به شکل مواد خاصی از زیست توده یک نوع ارگانیسم خاص متصل می کنند. علاوه بر این، حتی در چارچوب یکنواختی و وحدت بیوشیمیایی جهان آلی (همه موجودات زنده مدرن عمدتاً از پروتئین ساخته شده اند)، طبیعت زنده با تنوع مورفولوژیکی بسیار زیاد و انواع اشکال ماده متمایز می شود. در مجموع، بیش از 2 میلیون ترکیب آلی وجود دارد که ماده زنده را تشکیل می دهد. برای مقایسه، ما توجه می کنیم که تعداد ترکیبات طبیعی (مواد معدنی) مواد غیر زنده فقط حدود 2 هزار است. تنوع مورفولوژیکی طبیعت زنده نیز بسیار زیاد است: پادشاهی گیاهی روی زمین تقریباً 500 هزار گونه و حیوانات - 1 میلیون 500 گونه را شامل می شود. هزار

یک موجود زنده تشکیل شده در یک چرخه زندگی، قابلیت های سازگاری محدودی با تغییرات شرایط محیطی دارد. با این حال، چرخه زندگی نسبتا کوتاه موجودات زنده با انتقال اطلاعات انباشته شده توسط هر نسل از طریق دستگاه ارثی ژنتیکی، و در نظر گرفتن این اطلاعات توسط نسل بعدی، به تجدید مداوم آنها از نسلی به نسل دیگر کمک می کند. از این منظر، طول عمر کوتاه موجودات یک نسل، بهایی است که آنها برای نیاز به بقای کل گونه در یک محیط خارجی دائماً در حال تغییر می پردازند.

فرآیند تکامل عمدتاً مشخصه موجودات بالاتر است.

جمع بودن وجود.ماده زنده در واقع به شکل بیوسنوز روی زمین وجود دارد و نه گونه‌های جدا شده (جمعیت‌ها). ارتباط بین جمعیت ها به دلیل وابستگی های تغذیه ای (غذایی) آنها به یکدیگر است که بدون آن وجود این گونه ها غیرممکن است.

اینها ویژگیهای کیفی اصلی ماده زنده است که در چرخه زیستی بیوسفر مواد شرکت می کند. از نظر کمی، شدت انباشت زیست توده در بیوسفر به حدی است که به طور متوسط ​​هر هشت سال یکبار تمام مواد زنده موجود در بیوسفر زمین تجدید می شوند. پس از تکمیل چرخه زندگی، موجودات زنده هر آنچه را که در طول زندگی از آن گرفته اند به طبیعت باز می گرداند.

کارکردهای اصلی ماده زنده در بیوسفر که توسط زمین شناس داخلی A.V. Lapo (1979) فرموله شده است، شامل انرژی (بیوسنتز با تجمع انرژی و تبدیل انرژی در زنجیره های تغذیه ای)، تمرکز (انباشت انتخابی ماده)، مخرب (معدنی سازی و آماده سازی مواد معدنی) است. مواد برای گنجاندن در چرخه، توابع تشکیل محیط (تغییر در پارامترهای فیزیکی و شیمیایی محیط) و انتقال (انتقال مواد).

آیا اکوسیستم ها کارایی دارند؟

اکنون سعی می کنیم به این سوال پاسخ دهیم: آیا می توان کارایی چرخه بیولوژیکی مواد را از نقطه نظر تامین نیازهای تغذیه ای انسان به عنوان حلقه تغذیه ای اوج این چرخه ارزیابی کرد؟

پاسخ تقریبی به سوال مطرح شده را می توان بر اساس رویکرد انرژی برای تجزیه و تحلیل فرآیندهای چرخه بیولوژیکی و مطالعه انتقال انرژی و بهره وری اکوسیستم های طبیعی به دست آورد. در واقع، اگر مواد چرخه در معرض تغییرات کیفی مداوم باشند، انرژی این مواد از بین نمی رود، بلکه در جریان های هدایت شده توزیع می شود. انرژی بیوشیمیایی که از یک سطح تغذیه‌ای چرخه بیولوژیکی به سطح دیگر منتقل می‌شود، به تدریج تبدیل و تلف می‌شود. تبدیل انرژی ماده در سطوح تغذیه‌ای خودسرانه اتفاق نمی‌افتد، بلکه مطابق با الگوهای شناخته شده است و بنابراین در یک بیوژئوسنوز خاص کنترل می‌شود.

مفهوم "بیوژئوسنوز" مشابه مفهوم "اکوسیستم" است، اما اولی بار معنایی دقیق تری را به همراه دارد. اگر یک اکوسیستم تقریباً به هر مجتمع زیستی طبیعی یا مصنوعی که به طور مستقل وجود دارد (مورچه، آکواریوم، باتلاق، تنه درخت مرده، جنگل، دریاچه، اقیانوس، زیست کره زمین، کابین سفینه فضایی و غیره) نامیده شود، بیوژئوسنوزیس یکی از سطوح کیفی است. اکوسیستم، با مرزهای جامعه گیاهی اجباری آن (فیتوسنوز) مشخص می شود. یک اکوسیستم، مانند هر مجموعه پایداری از موجودات زنده که با یکدیگر تعامل دارند، مقوله ای است که فقط در سطح فوق ارگانیسم برای هر سیستم بیولوژیکی قابل استفاده است، یعنی یک ارگانیسم منفرد نمی تواند یک اکوسیستم باشد.

چرخه بیولوژیکی مواد بخشی جدایی ناپذیر از بیوژئوسنوز زمین است. در بیوژئوسنوزهای محلی خاص، گردش بیولوژیکی مواد ممکن است، اما لازم نیست.

اتصالات انرژی همیشه با اتصالات تغذیه ای در بیوژئوسنوزیس همراه است. آنها با هم اساس هر بیوژئوسنوز را تشکیل می دهند. به طور کلی، پنج سطح تغذیه‌ای بیوژئوسنوز را می‌توان تشخیص داد (جدول و شکل 2 را ببینید)، که از طریق آنها تمام اجزای آن به‌طور متوالی در طول زنجیره توزیع می‌شوند. به طور معمول، چندین زنجیر از این قبیل در بیوژئوسنوزها تشکیل می شوند که با انشعاب و تقاطع چندین بار، شبکه های غذایی پیچیده (تروفیک) را تشکیل می دهند.

سطوح تروفیک و زنجیره های غذایی در بیوژئوسنوز

ارگانیسم های اولین سطح تغذیه ای - تولید کنندگان اولیه، به نام اتوتروف (خود تغذیه) و شامل میکروارگانیسم ها و گیاهان عالی، فرآیندهای سنتز مواد آلی را از غیر آلی انجام می دهند. به عنوان منبع انرژی برای این فرآیند، اتوتروف ها از انرژی خورشیدی نور (فتوتروف ها) یا انرژی اکسیداسیون برخی ترکیبات معدنی (شیمی تروف ها) استفاده می کنند. فتوتروف ها کربن لازم برای سنتز را از دی اکسید کربن بدست می آورند.

به طور معمول، فرآیند فتوسنتز در گیاهان سبز (پایین و بالاتر) را می توان به شکل واکنش شیمیایی زیر توصیف کرد:

در نهایت، مواد آلی (عمدتاً کربوهیدرات ها) از مواد معدنی فقیر از انرژی (دی اکسید کربن، آب، نمک های معدنی، عناصر ریز) سنتز می شوند که حامل انرژی ذخیره شده در پیوندهای شیمیایی ماده تشکیل شده است. در این واکنش 673 کیلوکالری انرژی خورشیدی برای تشکیل یک گرم مولکول یک ماده (180 گرم گلوکز) مورد نیاز است.

کارایی فتوسنتز مستقیماً به شدت تابش نور گیاهان بستگی دارد. به طور متوسط، مقدار انرژی خورشیدی تابشی در سطح زمین حدود 130 وات بر متر مربع است. در این حالت، تنها بخشی از تابش موجود در محدوده طول موج 0.38 تا 0.71 میکرون از نظر فتوسنتزی فعال است. بخش قابل توجهی از تشعشعاتی که بر روی برگ گیاه یا لایه ای از آب با ریزجلبک ها می ریزد، منعکس شده یا بیهوده از برگ یا لایه عبور می کند و تشعشع جذب شده بیشتر صرف تبخیر آب در طول تعرق گیاه می شود.

در نتیجه، متوسط ​​بازده انرژی فرآیند فتوسنتزی کل پوشش گیاهی کره زمین حدود 0.3 درصد انرژی نور خورشید ورودی به زمین است. در شرایط مساعد برای رشد گیاهان سبز و با کمک انسان، مزارع منفرد می توانند انرژی نور را با راندمان 5-10٪ متصل کنند.

ارگانیسم‌های سطوح تغذیه‌ای بعدی (مصرف‌کنندگان)، متشکل از موجودات هتروتروف (حیوانی)، در نهایت معیشت خود را با هزینه زیست توده گیاهی انباشته شده در اولین سطح تغذیه تضمین می‌کنند. انرژی شیمیایی ذخیره شده در زیست توده گیاهی می تواند در فرآیند ترکیب معکوس کربوهیدرات ها با اکسیژن آزاد شود، به گرما تبدیل و در محیط پراکنده شود. حیوانات با استفاده از زیست توده گیاهی به عنوان غذا، آن را در طی تنفس در معرض اکسیداسیون قرار می دهند. در این حالت فرآیند معکوس فتوسنتز اتفاق می افتد که در آن انرژی غذا آزاد می شود و با کارایی خاصی صرف رشد و فعالیت حیاتی یک موجود هتروتروف می شود.

از نظر کمی، در یک بیوژئوسنوز، زیست توده گیاهی باید «پیشتر» از زیست توده حیوانی باشد، معمولاً حداقل با دو مرتبه بزرگی. بنابراین، کل زیست توده حیوانات روی زمین از 1 تا 3 درصد زیست توده گیاهی آن تجاوز نمی کند.

شدت متابولیسم انرژی یک ارگانیسم هتروتروف به جرم آن بستگی دارد. با افزایش اندازه بدن، میزان متابولیسم، محاسبه شده در واحد وزن و بیان شده در مقدار اکسیژن جذب شده در واحد زمان، به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. علاوه بر این، در حالت استراحت نسبی (متابولیسم استاندارد)، وابستگی سرعت متابولیسم حیوان به جرم آن، که به شکل یک تابع است. y = تبر k (ایکس- وزن حیوان، آو ک- ضرایب)، معلوم می شود که هم برای ارگانیسم های یک گونه که در طول رشد اندازه خود را تغییر می دهند و هم برای حیوانات با وزن های مختلف، اما نشان دهنده یک گروه یا طبقه خاص معتبر است.

در عین حال، شاخص های سطح متابولیسم گروه های مختلف حیوانات در حال حاضر به طور قابل توجهی با یکدیگر متفاوت است. این تفاوت‌ها به‌ویژه برای حیواناتی که متابولیسم فعال دارند، که با مصرف انرژی برای کار عضلات، به‌ویژه در عملکردهای حرکتی مشخص می‌شود، قابل توجه است.

تعادل انرژی یک موجود جانوری (مصرف کننده در هر سطح) برای یک دوره زمانی معین به طور کلی می تواند با برابری زیر بیان شود:

E = E 1 + E 2 + E 3 + E 4 + E 5 ,

جایی که E- انرژی (محتوای کالری) غذا (کیلو کالری در روز)، E 1- انرژی متابولیک پایه E 2- مصرف انرژی بدن E 3- انرژی تولید «پاک» بدن، E 4- انرژی مواد غذایی استفاده نشده E 5- انرژی فضولات و ترشحات بدن.

غذا تنها منبع انرژی طبیعی است که وارد بدن حیوان و انسان می شود که عملکردهای حیاتی آن را تضمین می کند. مفهوم "غذا" دارای محتوای کیفی متفاوتی برای موجودات جانوری مختلف است و فقط شامل آن دسته از موادی می شود که توسط یک موجود زنده مصرف و استفاده می شود. برای او ضروری هستند.

اندازه Eبرای یک فرد به طور متوسط ​​2500 کیلو کالری در روز است. انرژی متابولیک پایه E 1 نشان دهنده انرژی متابولیک در حالت استراحت کامل بدن و در غیاب فرآیندهای گوارشی است. برای حفظ زندگی در بدن صرف می شود، تابعی از اندازه سطح بدن است و به گرمایی که توسط بدن به محیط منتقل می شود تبدیل می شود. شاخص های کمی E 1 معمولاً در واحدهای خاص در هر 1 کیلوگرم جرم یا 1 متر مربع از سطح بدن بیان می شود. بله، برای یک شخص E 1 برابر 32.1 کیلو کالری در روز به ازای هر 1 کیلوگرم وزن بدن است. در واحد سطح E 1 موجودات مختلف (پستانداران) عملاً یکسان هستند.

جزء E 2 شامل مصرف انرژی بدن برای تنظیم حرارت در هنگام تغییر دمای محیط و همچنین برای انواع مختلف فعالیت و کار بدنی: جویدن، هضم و جذب غذا، کار عضلات هنگام حرکت بدن و غیره. E 2 دمای محیط تأثیر قابل توجهی دارد. هنگامی که دما از حد مطلوب برای بدن بالا و پایین می‌رود، برای تنظیم آن نیاز به مصرف انرژی اضافی است. فرآیند تنظیم دمای ثابت بدن در حیوانات خونگرم و انسان به ویژه توسعه یافته است.

جزء E 3 شامل دو بخش است: انرژی رشد زیست توده (یا جمعیت) خود ارگانیسم و ​​انرژی تولید اضافی.

افزایش در زیست توده خود، به عنوان یک قاعده، در یک ارگانیسم جوان در حال رشد که دائماً در حال افزایش وزن است، و همچنین در ارگانیسمی که مواد مغذی ذخیره را تشکیل می دهد، رخ می دهد. این قسمت از جزء E 3 می تواند برابر با صفر باشد و همچنین در صورت کمبود غذا (بدن وزن کم می کند) مقادیر منفی می گیرد.

انرژی تولید اضافی در موادی است که بدن برای تولید مثل، محافظت در برابر دشمنان و غیره تولید می کند.

هر فردی محدود به حداقل مقدار محصولاتی است که در فرآیند زندگی خود ایجاد می شود. نرخ نسبتاً بالایی از ایجاد محصولات ثانویه را می توان به عنوان یک شاخص 10-15٪ (خوراک مصرفی) در نظر گرفت، به عنوان مثال، ویژگی ملخ. همین شاخص برای پستاندارانی که مقدار قابل توجهی انرژی صرف تنظیم حرارت می کنند، در سطح 1 تا 2 درصد است.

جزء E 4 انرژی موجود در مواد غذایی است که توسط بدن استفاده نشده و به دلایلی وارد بدن نشده است.

انرژی E 5، موجود در ترشحات بدن در نتیجه هضم ناقص و جذب غذا، از 30 تا 60 درصد غذای مصرفی (در حشرات بزرگ) تا 1 تا 20 درصد (در جوندگان) متغیر است.

بازده تبدیل انرژی توسط یک موجود جانوری به طور کمی با نسبت تولید خالص (ثانویه) به کل مقدار غذای مصرف شده یا نسبت تولید خالص به مقدار غذای هضم شده تعیین می شود. در یک زنجیره غذایی، راندمان (بازده) هر پیوند تغذیه ای (سطح) به طور متوسط ​​حدود 10٪ است. این بدان معنی است که در هر سطح تغذیه ای بعدی از یک هدف غذایی، محصولاتی تشکیل می شوند که از نظر محتوای کالری (یا بر حسب جرم) از 10٪ انرژی قبلی تجاوز نمی کنند. با چنین شاخص هایی، بازده کلی استفاده از انرژی خورشیدی اولیه در زنجیره غذایی یک اکوسیستم چهار سطحی، کسری کوچک از درصد خواهد بود: به طور متوسط، تنها 0.001%.

علیرغم ارزش ظاهراً پایین راندمان کلی تولید مثل تولید، اکثریت جمعیت زمین به طور کامل یک رژیم غذایی متعادل را نه تنها از تولیدکنندگان اولیه، بلکه از تولیدکنندگان ثانویه نیز فراهم می کنند. در مورد یک موجود زنده به صورت جداگانه، کارایی استفاده از غذا (انرژی) در برخی از آنها بسیار بالا است و از شاخص های کارایی بسیاری از وسایل فنی فراتر می رود. به عنوان مثال، خوک 20 درصد از انرژی غذایی مصرف شده را به گوشت پر کالری تبدیل می کند.

کارایی استفاده مصرف کنندگان از انرژی تامین شده توسط مواد غذایی معمولاً در اکولوژی با استفاده از هرم های انرژی اکولوژیکی ارزیابی می شود. ماهیت چنین اهرامی، نمایش بصری پیوندهای زنجیره غذایی به شکل چینش مستطیل های فرعی بر روی یکدیگر است که طول یا مساحت آن با معادل انرژی سطح تغذیه ای مربوطه مطابقت دارد. واحد زمان برای مشخص کردن زنجیره های غذایی، از اهرام اعداد نیز استفاده می شود (مساحت مستطیل ها با تعداد افراد در هر سطح از زنجیره غذایی مطابقت دارد) و هرم های زیست توده (یکسان در رابطه با مقدار زیست توده کل موجودات در هر یک). مرحله).

با این حال، هرم انرژی ها کامل ترین تصویر را از سازماندهی عملکردی جوامع بیولوژیکی در یک زنجیره غذایی خاص ارائه می دهد، زیرا به فرد اجازه می دهد تا پویایی عبور زیست توده غذایی از این زنجیره را در نظر بگیرد.

اکوسیستم های زیست کره مصنوعی و طبیعی: شباهت ها و تفاوت ها

K. E. Tsiolkovsky اولین کسی بود که ایجاد یک سیستم بسته را در یک موشک فضایی برای گردش تمام مواد لازم برای زندگی خدمه، یعنی یک اکوسیستم بسته پیشنهاد کرد. او معتقد بود که در یک فضاپیما، تمام فرآیندهای اساسی تبدیل موادی که در بیوسفر زمین اتفاق می افتد باید به صورت مینیاتوری بازتولید شوند. با این حال، برای تقریبا نیم قرن این پیشنهاد به عنوان یک فرضیه علمی تخیلی وجود داشت.

کار عملی بر روی ایجاد اکوسیستم های فضایی مصنوعی بر اساس فرآیندهای گردش بیولوژیکی مواد به سرعت در ایالات متحده آمریکا، اتحاد جماهیر شوروی و برخی کشورهای دیگر در اواخر دهه 50 و اوایل دهه 60 توسعه یافت. شکی نیست که موفقیت های فضانوردی که با پرتاب اولین ماهواره مصنوعی زمین در سال 1957 عصر اکتشافات فضایی را گشوده بود، تسهیل کرد.

در سال‌های بعد، با گسترش و تعمیق این آثار، اکثر محققان متقاعد شدند که مشکل مطرح شده بسیار پیچیده‌تر از آن چیزی است که در ابتدا تصور می‌شد. این امر نه تنها مستلزم انجام تحقیقات زمینی، بلکه همچنین تحقیقات فضایی بود که به نوبه خود مستلزم هزینه های مادی و مالی قابل توجهی بود و کمبود فضاپیماها یا ایستگاه های تحقیقاتی بزرگ با مشکل مواجه شد. با این وجود، در اتحاد جماهیر شوروی در این دوره، نمونه های آزمایشی زمینی جداگانه ای از اکوسیستم ها با گنجاندن برخی پیوندهای بیولوژیکی و انسان در چرخه فعلی گردش مواد این سیستم ها ایجاد شد. مجموعه ای از مطالعات علمی نیز برای توسعه فن آوری برای پرورش اجسام بیولوژیکی در گرانش صفر در ماهواره ها، کشتی ها و ایستگاه های فضایی انجام شد: "Cosmos-92"، "Cosmos-605"، "Cosmos-782"، "Cosmos-936". ، "Salyut-6" و دیگران. نتایج تحقیقات امروز به ما امکان می دهد برخی از مقررات را تدوین کنیم که به عنوان پایه ای برای ساخت اکوسیستم های فضای بسته آینده و سیستم های پشتیبانی از حیات بیولوژیکی برای فضانوردان در نظر گرفته می شود.

بنابراین، آنچه در اکوسیستم های بزرگ فضای مصنوعی و زیست کره طبیعی مشترک است. اکوسیستم ها؟ اول از همه، این انزوای نسبی آنهاست، شخصیت های اصلی آنها انسان ها و سایر واحدهای زیستی زنده، چرخه بیولوژیکی مواد و نیاز به منبع انرژی هستند.

سیستم‌های اکولوژیکی بسته سیستم‌هایی با چرخه سازمان‌یافته از عناصر هستند که در آنها موادی که با نرخ معینی برای تبادل بیولوژیکی توسط برخی واحدها استفاده می‌شوند با همان سرعت متوسط ​​از محصولات نهایی مبادله به حالت اولیه توسط واحدهای دیگر بازسازی می‌شوند و دوباره در همان چرخه های تبادل بیولوژیکی استفاده می شود (گیتلزون و همکاران، 1975).

در عین حال، اکوسیستم می تواند بدون دستیابی به یک چرخه کامل از مواد بسته باقی بماند و به طور غیرقابل برگشتی برخی از مواد را از ذخایر ایجاد شده قبلی مصرف کند.

اکوسیستم زمینی طبیعی عملاً در ماده بسته است، زیرا فقط مواد زمینی و عناصر شیمیایی در چرخه های گردش شرکت می کنند (سهم ماده کیهانی که سالانه روی زمین می افتد از 2 × 10-14 درصد جرم زمین تجاوز نمی کند). میزان مشارکت مواد و عناصر زمینی در چرخه های شیمیایی مکرر چرخه زمین بسیار زیاد است و همانطور که قبلاً ذکر شد، تولید مثل چرخه های فردی را 90-98٪ تضمین می کند.

در یک اکوسیستم بسته مصنوعی، تکرار همه تنوع فرآیندها در بیوسفر زمین غیرممکن است. با این حال، نباید برای این تلاش کرد، زیرا بیوسفر به عنوان یک کل نمی تواند به عنوان ایده آل یک اکوسیستم بسته مصنوعی با انسان، بر اساس چرخه بیولوژیکی مواد عمل کند. تعدادی تفاوت اساسی وجود دارد که مشخصه چرخه بیولوژیکی مواد است که به طور مصنوعی در یک فضای بسته محدود به منظور حمایت از زندگی انسان ایجاد می شود.

این تفاوت های اصلی چیست؟

مقیاس چرخه بیولوژیکی مصنوعی مواد به عنوان وسیله ای برای تضمین زندگی انسان در یک فضای بسته محدود نمی تواند با مقیاس چرخه بیولوژیکی زمین قابل مقایسه باشد، اگرچه الگوهای اساسی که مسیر و کارایی فرآیندها را در پیوندهای بیولوژیکی فردی آن تعیین می کند. می توان برای توصیف پیوندهای مشابه در یک اکوسیستم مصنوعی استفاده کرد. در بیوسفر زمین، بازیگران تقریباً 500 هزار گونه گیاهی و 1.5 میلیون گونه جانوری هستند که می توانند در شرایط بحرانی خاص (مثلاً مرگ یک گونه یا جمعیت) جایگزین یکدیگر شوند و پایداری بیوسفر را حفظ کنند. در یک اکوسیستم مصنوعی، نمایندگی گونه ها و تعداد افراد بسیار محدود است، که به شدت "مسئولیت" هر موجود زنده موجود در اکوسیستم مصنوعی را افزایش می دهد و تقاضاهای بیشتری را برای پایداری بیولوژیکی آن در شرایط شدید ایجاد می کند.

در بیوسفر زمین، گردش مواد و عناصر شیمیایی بر اساس تعداد زیادی چرخه متنوع، مستقل و متقاطع است که در زمان و مکان هماهنگ نیستند، که هر یک با سرعت مشخصه خود رخ می دهد. در یک اکوسیستم مصنوعی، تعداد این چرخه ها محدود است، نقش هر چرخه در چرخه مواد. چندین برابر افزایش می‌یابد، و نرخ‌های توافق‌شده فرآیندها در سیستم باید به‌عنوان شرط ضروری برای عملکرد پایدار یک سیستم حمایت از حیات بیولوژیکی، به شدت حفظ شود.

وجود فرآیندهای بن بست در بیوسفر به طور قابل توجهی بر چرخه طبیعی مواد تأثیر نمی گذارد، زیرا در زمین هنوز مقادیر قابل توجهی از ذخایر مواد درگیر در چرخه برای اولین بار وجود دارد. علاوه بر این، جرم مواد در فرآیندهای بن بست به طور غیرقابل اندازه گیری کمتر از ظرفیت بافر زمین است. در فضای مصنوعی LSS، محدودیت های کلی همیشه موجود در جرم، حجم و مصرف انرژی، محدودیت های مربوطه را بر جرم مواد شرکت کننده در چرخه LSS بیولوژیکی اعمال می کند. وجود یا تشکیل در این حالت هر فرآیند بن بست به طور قابل توجهی کارایی سیستم را به طور کلی کاهش می دهد، نشانگر بسته بودن آن را کاهش می دهد، نیاز به جبران مناسب از ذخایر مواد اولیه و در نتیجه افزایش این ذخایر دارد. در سیستم

مهمترین ویژگی چرخه بیولوژیکی مواد در اکوسیستم های مصنوعی مورد بررسی، نقش تعیین کننده انسان در ویژگی های کمی و کیفی چرخه مواد است. گردش در این مورد در نهایت به نفع برآوردن نیازهای شخص (خدمه)، که نیروی محرکه اصلی است، انجام می شود. اشیاء بیولوژیکی باقی مانده عملکردهای حفظ محیط زیست انسانی را انجام می دهند. بر این اساس هر گونه زیستی در یک اکوسیستم مصنوعی بهینه ترین شرایط موجود را برای دستیابی به حداکثر بهره وری از گونه فراهم می کند. در بیوسفر زمین، شدت فرآیندهای بیوسنتز عمدتاً توسط جریان انرژی خورشیدی به یک منطقه خاص تعیین می شود. در بیشتر موارد، این احتمالات محدود است: شدت تابش خورشید در سطح زمین تقریباً 10 برابر کمتر از خارج از جو زمین است. علاوه بر این، هر موجود زنده برای زنده ماندن و توسعه، دائماً نیاز به انطباق با شرایط زندگی، مراقبت از یافتن غذا دارد و بخش قابل توجهی از انرژی حیاتی خود را صرف این امر می کند. بنابراین، شدت بیوسنتز در بیوسفر زمین را نمی توان از نقطه نظر عملکرد اصلی مایعات حامی حیات بیولوژیکی - تامین نیازهای تغذیه ای انسان - بهینه در نظر گرفت.

بر خلاف بیوسفر زمین، اکوسیستم های مصنوعی فرآیندهای غیرزیست در مقیاس بزرگ و عواملی را که نقش قابل توجه اما اغلب کور در شکل گیری بیوسفر و عناصر آن ایفا می کنند (تأثیرات آب و هوا و آب و هوا، خاک های تهی شده و مناطق نامناسب، خواص شیمیایی آب، و غیره.).

این تفاوت‌ها و سایر تفاوت‌ها به دستیابی به راندمان قابل‌توجهی بیشتر در تبدیل ماده در اکوسیستم‌های مصنوعی، سرعت بالاتر اجرای چرخه‌های گردش خون و ارزش‌های کارایی بالاتر سیستم حمایت از حیات بیولوژیکی انسان کمک می‌کنند.

درباره سیستم های پشتیبانی از حیات بیولوژیکی برای خدمه فضایی

حمایت از حیات بیولوژیکی مجموعه ای مصنوعی از اشیاء بیولوژیکی (میکرو ارگانیسم ها، گیاهان عالی، حیوانات)، مواد مصرفی و وسایل فنی است که به طور خاص انتخاب شده، به هم پیوسته و وابسته به یکدیگر است که نیازهای فیزیولوژیکی اولیه فرد را به غذا، آب و اکسیژن در یک فضای بسته محدود فراهم می کند. ، عمدتاً بر اساس گردش بیولوژیکی پایدار مواد.

ترکیب ضروری موجودات زنده (اشیاء زیستی) و ابزارهای فنی در سیستم‌های حمایت از حیات بیولوژیکی به ما این امکان را می‌دهد که این سیستم‌ها را نیز بیوتکنیک بنامیم. در این مورد، وسایل فنی به عنوان زیرسیستم ها، بلوک ها و دستگاه هایی درک می شوند که شرایط مورد نیاز را برای زندگی عادی اشیاء بیولوژیکی موجود در مجتمع زیستی (ترکیب، فشار، دما و رطوبت محیط گاز، روشنایی فضای زندگی، بهداشتی) فراهم می کنند. و شاخص های بهداشتی کیفیت آب، جمع آوری عملیاتی، پردازش یا دفع زباله و غیره). ابزارهای فنی اصلی حمایت از حیات بیولوژیکی شامل زیرسیستم‌های تامین انرژی و تبدیل انرژی به نور، تنظیم و نگهداری ترکیبات گازی اتمسفر در فضای بسته محدود، کنترل دما، واحدهای گلخانه‌ای فضایی، آشپزخانه‌ها و وسایل بازسازی فیزیکی و شیمیایی است. ضایعات آب و هوا، فرآوری، حمل و نقل و مواد معدنی و غیره. تعدادی از فرآیندها برای احیای مواد در سیستم نیز می توانند به طور موثر با استفاده از روش های فیزیکی و شیمیایی انجام شوند (شکل در صفحه 52 را ببینید).

اشیاء بیولوژیکی LSS به همراه انسان یک مجتمع زیستی را تشکیل می دهند. گونه و ترکیب عددی موجودات زنده موجود در بیوکمپلکس به گونه ای تعیین می شود که بتواند متابولیسم پایدار، متعادل و کنترل شده بین خدمه و موجودات زنده زیست کمپلکس را در کل دوره مشخص شده تضمین کند. ابعاد (مقیاس) مجتمع زیستی و تعداد گونه های موجودات زنده موجود در مجتمع زیستی به بهره وری مورد نیاز، درجه بسته شدن سیستم پشتیبانی حیات بستگی دارد و در ارتباط با قابلیت های فنی و انرژی خاص فضا ایجاد می شود. ساختار، مدت زمان عملیات آن و تعداد خدمه. اصول انتخاب موجودات زنده به یک مجتمع زیستی را می توان از اکولوژی جوامع طبیعی زمینی و زیست ژئوسنوزهای مدیریت شده، بر اساس روابط تغذیه ای تثبیت شده اشیاء بیولوژیکی وام گرفت.

انتخاب گونه های بیولوژیکی برای تشکیل چرخه های تغذیه ای مایعات حامی حیات بیولوژیکی دشوارترین کار است.

هر شی بیولوژیکی شرکت کننده در یک سیستم حیاتی بیولوژیکی برای فعالیت زندگی خود نیاز به یک فضای زندگی خاص (طاقچه اکولوژیکی) دارد که نه تنها فضای فیزیکی صرفاً بلکه مجموعه ای از شرایط زندگی لازم برای یک گونه بیولوژیکی معین را شامل می شود: تضمین راه خود. زندگی، روش تغذیه و شرایط محیطی. بنابراین، برای عملکرد موفقیت آمیز موجودات زنده به عنوان بخشی از یک سیستم حمایت از حیات بیولوژیکی، حجم فضایی که آنها اشغال می کنند نباید خیلی محدود باشد. به عبارت دیگر، حداقل ابعاد فضاپیمای سرنشین دار باید وجود داشته باشد که کمتر از آن امکان استفاده از اجزای حیات بیولوژیکی در آن منتفی باشد.

در یک حالت ایده آل، کل توده مواد ذخیره شده اولیه، که برای حمایت از زندگی خدمه و شامل تمام ساکنان زنده در نظر گرفته شده است، باید در گردش مواد در داخل این شی فضایی بدون وارد کردن جرم اضافی به آن شرکت کنند. در عین حال، اگر انواعی از آن را که در حال بررسی هستند در نظر داشته باشیم، چنین سیستم بسته حمایت از حیات بیولوژیکی با بازسازی تمام مواد لازم برای انسان و زمان کار نامحدود، امروزه بیشتر از یک سیستم عملا واقعی تئوری است. برای سفرهای فضایی در آینده نزدیک.

در مفهوم ترمودینامیکی (از نظر انرژی)، هر اکوسیستمی را نمی توان بسته کرد، زیرا تبادل انرژی دائمی بین بخش های زنده اکوسیستم و فضای اطراف شرط لازم برای وجود آن است. خورشید می تواند به عنوان منبع انرژی رایگان برای سیستم های پشتیبانی حیات بیولوژیکی فضاپیماها در فضای اطراف خورشیدی عمل کند، اما نیاز به مقدار قابل توجهی انرژی برای عملکرد سیستم های پشتیبانی حیات بیولوژیکی در مقیاس بزرگ، نیازمند راه حل های فنی موثر برای مشکل جمع آوری مداوم، تمرکز و ورودی انرژی خورشیدی به فضاپیما و همچنین انتشار انرژی کم پتانسیل به انرژی حرارتی فضای بیرونی.

سوال ویژه ای که در رابطه با استفاده از موجودات زنده در پرواز فضایی مطرح می شود این است که چگونه آنها تحت تاثیر بی وزنی طولانی مدت قرار می گیرند؟ بر خلاف سایر عوامل پرواز فضایی و فضای بیرونی که تأثیر آنها بر موجودات زنده قابل تقلید و مطالعه در زمین است، تأثیر بی وزنی را فقط می توان مستقیماً در پرواز فضایی تعیین کرد.

گیاهان سبز به عنوان پیوند اساسی سیستم های حمایت از حیات بیولوژیکی

گیاهان بالاتر زمینی اصلی ترین و محتمل ترین عناصر سیستم حمایت از حیات بیولوژیکی در نظر گرفته می شوند. آنها نه تنها قادر به تولید غذای کامل بر اساس اکثر معیارها برای انسان هستند، بلکه می توانند آب و جو را نیز بازسازی کنند. بر خلاف حیوانات، گیاهان قادر به سنتز ویتامین ها از ترکیبات ساده هستند. تقریباً تمام ویتامین ها در برگ ها و سایر قسمت های سبز گیاهان تشکیل می شوند.

بازده بیوسنتز گیاهان عالی در درجه اول توسط رژیم نور تعیین می شود: با افزایش قدرت شار نور، شدت فتوسنتز تا حد معینی افزایش می یابد و پس از آن اشباع نور فتوسنتز رخ می دهد. حداکثر بازده (تئوری) فتوسنتز در نور خورشید 28 درصد است. در شرایط واقعی، برای محصولات متراکم با شرایط کشت خوب، می تواند به 15٪ برسد.

شدت بهینه پرتوهای فیزیولوژیکی (فعال فتوسنتزی) (PAR) که حداکثر فتوسنتز را در شرایط مصنوعی تضمین می‌کند، 150-200 W/m2 بود (Nichiporovich، 1966). بهره وری گیاهان (گندم بهاره، جو) به 50 گرم زیست توده در روز در هر متر مربع (تا 17 گرم دانه در هر متر مربع در روز) رسید. در آزمایش‌های دیگری که برای انتخاب رژیم‌های سبک برای کشت تربچه در سیستم‌های بسته انجام شد، عملکرد گیاهان ریشه تا 6 کیلوگرم در هر متر مربع در 22 تا 24 روز با بهره‌وری بیولوژیکی تا 30 گرم زیست توده (در وزن خشک) بود. ) در هر 1 متر مربع در روز (Lisovsky, Shilenko, 1970). برای مقایسه، توجه می کنیم که در شرایط مزرعه میانگین بهره وری روزانه محصولات زراعی 10 گرم در هر متر مربع است.

چرخه زیستی: "گیاهان عالی - انسان" برای حمایت از زندگی انسان ایده آل خواهد بود اگر در طول یک پرواز طولانی فضایی بتوان تنها به تغذیه پروتئین ها و چربی های منشاء گیاهی رضایت داد و اگر گیاهان توانستند با موفقیت معدنی کنند و از تمام زباله های انسانی استفاده کنند.

با این حال، گلخانه فضایی قادر نخواهد بود طیف وسیعی از مسائل مربوط به سیستم حمایت از حیات بیولوژیکی را حل کند. به عنوان مثال، مشخص است که گیاهان عالی نمی توانند مشارکت در چرخه تعدادی از مواد و عناصر را تضمین کنند. بنابراین، سدیم توسط گیاهان مصرف نمی شود و مشکل چرخه NaCl (نمک خوراکی) را باز می گذارد. تثبیت نیتروژن مولکولی توسط گیاهان بدون کمک باکتری های خاک گره ریشه غیرممکن است. همچنین مشخص شده است که مطابق با هنجارهای فیزیولوژیکی تغذیه انسان که در اتحاد جماهیر شوروی تایید شده است، حداقل نیمی از هنجار روزانه پروتئین های رژیم غذایی باید پروتئین های حیوانی و چربی های حیوانی - تا 75٪ از کل هنجار باشد. چربی ها در رژیم غذایی

اگر محتوای کالری بخش گیاهی رژیم غذایی مطابق با استانداردهای ذکر شده 65٪ از کل محتوای کالری رژیم باشد (متوسط ​​ارزش کالری جیره غذایی روزانه یک فضانورد در ایستگاه سالیوت-6 3150 کیلو کالری بود. ) سپس برای به دست آوردن مقدار مورد نیاز زیست توده گیاهی، گلخانه ای با مساحت تخمینی یک نفر حداقل 15 تا 20 متر مربع. با در نظر گرفتن ضایعات گیاهی که برای غذا استفاده نمی شود (حدود 50٪) و همچنین نیاز به یک نوار نقاله غذا برای تولید مثل روزانه مداوم زیست توده، مساحت واقعی گلخانه باید حداقل 2-3 افزایش یابد. بار.

راندمان گلخانه را می توان با استفاده اضافی از بخش غیر خوراکی زیست توده حاصل به طور قابل توجهی افزایش داد. روش های مختلفی برای استفاده از زیست توده وجود دارد: بدست آوردن مواد مغذی از طریق استخراج یا هیدرولیز، کانی سازی فیزیکی-شیمیایی یا بیولوژیکی، استفاده مستقیم پس از پخت مناسب، استفاده در قالب خوراک دام. اجرای این روش ها مستلزم توسعه ابزارهای فنی اضافی مناسب و هزینه های انرژی است، بنابراین راه حل بهینه تنها با در نظر گرفتن کل شاخص های فنی و انرژی اکوسیستم به عنوان یک کل قابل دستیابی است.

در مراحل اولیه ایجاد و استفاده از مایعات حامی حیات بیولوژیکی، برخی از مسائل مربوط به چرخه کامل مواد هنوز حل نشده است؛ بخشی از مواد مصرفی از ذخایر موجود در فضاپیما برداشته خواهد شد. در این موارد وظیفه بازتولید حداقل مقدار مورد نیاز گیاهان تازه حاوی ویتامین به گلخانه سپرده می شود. گلخانه ای با سطح کاشت 3 تا 4 متر مربع می تواند نیازهای ویتامین یک فرد را به طور کامل تامین کند. در چنین اکوسیستم هایی، بر اساس استفاده جزئی از چرخه زیستی گیاهان عالی - انسان، بار اصلی برای بازسازی مواد و پشتیبانی از زندگی خدمه توسط سیستم هایی با روش های پردازش فیزیکی و شیمیایی انجام می شود.

بنیانگذار کیهان نوردی عملی، S.P. Korolev، رویای یک پرواز فضایی بدون محدودیت را در سر داشت. فقط چنین پروازی ، به گفته S.P. Korolev ، به معنای پیروزی بر عناصر خواهد بود. در سال 1962، او مجموعه‌ای از وظایف اولویت‌دار برای بیوتکنولوژی فضایی را به شرح زیر فرموله کرد: "ما باید شروع به توسعه "گلخانه‌ای طبق نظر تسیولکوفسکی" کنیم که به تدریج پیوندها یا بلوک‌ها افزایش می‌یابد، و ما باید کار روی "برداشت فضایی" را آغاز کنیم. ترکیب این محصولات چیست، چه محصولاتی؟ اثربخشی، مفید بودن آنها؟ برگشت پذیری (تکرارپذیری) محصولات از بذر خود، بر اساس وجود طولانی مدت گلخانه؟ چه سازمان هایی این کار را انجام خواهند داد: در زمینه تولید محصولات زراعی (و مسائل خاک، رطوبت و غیره)، در زمینه مکانیزاسیون و فناوری "نور-گرم-خورشید" و سیستم های تنظیم آن برای گلخانه ها. ، و غیره.؟"

این فرمول در واقع منعکس کننده اهداف و اهداف اصلی علمی و عملی است که دستیابی و حل آنها باید قبل از ایجاد "گلخانه طبق نظر Tsiolkovsky" ، یعنی گلخانه ای که غذای تازه لازم را برای فرد فراهم می کند ، تضمین شود. در طی یک پرواز فضایی طولانی، مواد غذایی با منشاء گیاهی و همچنین تصفیه آب و هوا. گلخانه فضایی فضاپیماهای بین سیاره ای آینده بخشی جدایی ناپذیر از طراحی آنها خواهد شد. در چنین گلخانه ای باید شرایط بهینه برای کاشت، رشد، نمو و جمع آوری گیاهان عالی فراهم شود. گلخانه همچنین باید مجهز به دستگاه هایی برای توزیع نور و تهویه مطبوع، واحدهایی برای تهیه، توزیع و تامین محلول های غذایی، جمع آوری رطوبت تعرق و غیره باشد. دانشمندان شوروی و خارجی با موفقیت روی ایجاد چنین گلخانه هایی در مقیاس بزرگ کار می کنند. برای فضاپیماها در آینده نزدیک

رشد گیاهان فضایی امروزه هنوز در مرحله اولیه توسعه خود است و نیاز به تحقیقات ویژه جدیدی دارد، زیرا بسیاری از سؤالات مربوط به واکنش گیاهان عالی به شرایط شدید پرواز فضایی و بالاتر از همه به شرایط بی وزنی هنوز نامشخص است. وضعیت بی وزنی تأثیر بسیار مهمی بر بسیاری از پدیده های فیزیکی، فعالیت های زندگی و رفتار موجودات زنده و حتی بر عملکرد تجهیزات داخل هواپیما دارد. بنابراین، تأثیر بی‌وزنی دینامیکی را می‌توان تنها در آزمایش‌های به اصطلاح در مقیاس کامل که مستقیماً روی ایستگاه‌های فضایی مداری انجام می‌شود، ارزیابی کرد.

آزمایش‌هایی با گیاهان در شرایط طبیعی قبلاً در ایستگاه‌های سالیوت و ماهواره‌های سری Cosmos (Cosmos-92، 605، 782، 936، 1129، و غیره) انجام شده بود. توجه ویژه ای به آزمایشات روی رشد گیاهان عالی شد. برای این منظور از دستگاه های ویژه مختلفی استفاده می شد که به هر یک از آنها نام خاصی داده می شد، به عنوان مثال، "Vazon"، "Svetoblok"، "Fiton"، "Biogravistat" و غیره. هر دستگاه، به عنوان یک قاعده، در نظر گرفته شده بود. حل یک مشکل بنابراین، یک سانتریفیوژ کوچک "Biogravistat" برای ارزیابی مقایسه ای فرآیندهای رشد نهال در گرانش صفر و در زمینه نیروهای گریز از مرکز خدمت کرد. دستگاه "Vazon" فرآیندهای رشد پیاز را به عنوان مکمل ویتامین برای رژیم غذایی فضانوردان آزمایش کرد. در دستگاه «سوتوبلوک» برای اولین بار گیاه آرابیدوپسیس کاشته شده در محفظه ایزوله روی محیط مغذی مصنوعی در شرایط گرانش صفر شکوفه داد و در دستگاه «فیتون» بذر آرابیدوپسیس به دست آمد. طیف وسیع تری از مشکلات در تاسیسات تحقیقاتی Oasis حل شد که شامل واحدهای کشت، روشنایی، تامین آب، تهویه اجباری و سیستم کنترل دما از راه دور بود. در نصب "واحه"، رژیم های کشت با تحریک الکتریکی روی گیاهان نخود و گندم به عنوان وسیله ای برای کاهش اثر عوامل نامطلوب مرتبط با کمبود گرانش آزمایش شد.

تعدادی آزمایش با گیاهان عالی در شرایط پرواز فضایی در ایالات متحده آمریکا در Skylab، Spacelab و در عرشه کلمبیا (شاتل) انجام شد.

آزمایش های متعدد نشان داده است که مشکل رشد گیاهان روی اجرام فضایی در شرایطی که به طور قابل توجهی متفاوت از شرایط معمولی زمینی است، هنوز به طور کامل حل نشده است. همچنین برای مواردی که گیاهان در مرحله زایشی رشد متوقف می شوند، غیر معمول نیست. هنوز مقدار قابل توجهی از آزمایش های علمی برای توسعه فن آوری کشت گیاهان در تمام مراحل رشد و توسعه آنها وجود دارد. همچنین توسعه و آزمایش طرح‌های پرورش‌دهنده گیاه و ابزارهای فنی فردی که به حذف تأثیر منفی عوامل مختلف پرواز فضایی بر روی گیاهان کمک می‌کند، ضروری است.

علاوه بر گیاهان بالاتر زمینی، گیاهان پایین تر نیز به عنوان عناصر پیوند اتوتروف اکوسیستم های بسته در نظر گرفته می شوند. اینها عبارتند از فوتوتروف های آبزی - جلبک های تک سلولی: سبز، سبز آبی، دیاتوم ها و غیره. آنها تولیدکنندگان اصلی مواد آلی اولیه در دریاها و اقیانوس ها هستند. شناخته شده ترین جلبک میکروسکوپی آب شیرین کلرلا است که بسیاری از دانشمندان آن را به عنوان شیء اصلی بیولوژیکی پیوند تولید یک اکوسیستم فضای بسته ترجیح می دهند.

کشت کلرلا با تعدادی ویژگی مثبت مشخص می شود. با جذب دی اکسید کربن، کشت اکسیژن آزاد می کند. با کشت فشرده، 30-40 لیتر سوسپانسیون کلرلا می تواند تبادل گاز یک نفر را به طور کامل تضمین کند. در این حالت زیست توده ای تشکیل می شود که از نظر ترکیب بیوشیمیایی برای استفاده به عنوان افزودنی خوراک و با فرآوری مناسب به عنوان افزودنی در جیره غذایی انسان قابل قبول است. نسبت پروتئین‌ها، چربی‌ها و کربوهیدرات‌ها در بیومس کلرلا می‌تواند بسته به شرایط کشت متفاوت باشد، که امکان یک فرآیند بیوسنتز کنترل‌شده را فراهم می‌کند. بهره وری کشت های فشرده کلرلا در طول کشت آزمایشگاهی از 30 تا 60 گرم ماده خشک در هر متر مربع در روز متغیر است. در آزمایشات روی کولتیواتورهای آزمایشگاهی ویژه تحت نور زیاد، عملکرد کلرلا به 100 گرم ماده خشک در هر متر مربع در روز می رسد. کلرلا کمترین تأثیر را از بی وزنی می گیرد. سلول های آن دارای یک پوسته حاوی سلولز بادوام بوده و در برابر شرایط نامساعد زندگی بیشترین مقاومت را دارند.

معایب کلرلا به عنوان پیوندی در یک اکوسیستم مصنوعی شامل عدم تطابق بین ضریب جذب CO 2 و ضریب تنفس انسان، نیاز به افزایش غلظت CO 2 در فاز گاز برای عملکرد موثر پیوند باززایی بیولوژیکی است. برخی از اختلافات در نیاز جلبک های کلرلا به عناصر بیوژنیک با حضور این عناصر در دفع انسان، نیاز به درمان ویژه سلول های کلرلا برای دستیابی به قابلیت هضم زیست توده است. جلبک های تک سلولی به طور کلی (به طور خاص، کلرلا)، بر خلاف گیاهان عالی، فاقد دستگاه های تنظیم کننده هستند و برای عملکرد موثر قابل اطمینان در فرهنگ، نیاز به کنترل خودکار فرآیند بیوسنتز دارند.

حداکثر مقادیر بازده در آزمایش‌ها برای انواع جلبک‌ها در محدوده 11 تا 16 درصد است (بازده نظری استفاده از انرژی نور توسط ریزجلبک‌ها 28 درصد است). با این حال، بهره وری بالا و مصرف انرژی کم معمولاً الزامات متناقض هستند، زیرا حداکثر مقادیر بازده در تراکم نوری نسبتاً پایین محصول به دست می آید.

در حال حاضر، جلبک تک سلولی کلرلا، و همچنین برخی از انواع دیگر ریزجلبک ها (Scenedesmus، Spirulina و غیره) به عنوان اشیاء بیولوژیکی مدل از پیوند اتوتروفیک اکوسیستم های مصنوعی استفاده می شود.

دستاوردها و چشم اندازها

با انباشت تجربه عملی در مطالعه و توسعه فضای نزدیک به زمین، برنامه های تحقیقاتی فضایی پیچیده تر و پیچیده تر می شوند. امروزه حل مسائل اصلی شکل گیری سیستم های پشتیبانی حیات بیولوژیکی برای ماموریت های فضایی بلندمدت آینده ضروری است، زیرا آزمایش های علمی انجام شده با بخش هایی از سیستم های پشتیبانی حیات بیولوژیکی با مدت زمان طولانی از ابتدا تا پایان مشخص می شود. نتیجه حاصل می شود. این به ویژه به دلیل چرخه های رشد نسبتا طولانی است که به طور عینی در بسیاری از موجودات زنده انتخاب شده به عنوان پیوند در سیستم های حمایت از حیات بیولوژیکی وجود دارد، و همچنین نیاز به دستیابی به اطلاعات قابل اعتماد در مورد عواقب طولانی مدت ارتباطات تغذیه ای و دیگر. پیوندهای زیستی، که برای موجودات زنده معمولاً فقط در نسل‌های بعدی ظاهر می‌شوند. هنوز هیچ روشی برای تسریع چنین آزمایشات بیولوژیکی وجود ندارد. دقیقاً همین شرایط است که نیاز به شروع آزمایش‌هایی برای مطالعه فرآیندهای انتقال انرژی و جرم در سیستم‌های حمایت از حیات بیولوژیکی، از جمله انسان، به طور قابل توجهی زودتر از زمان دارد.

واضح است که مسائل اصلی ایجاد سیستم های پشتیبانی حیات بیولوژیکی برای خدمه فضایی ابتدا باید در شرایط زمینی بررسی و حل شود. برای این منظور، مراکز فنی و پزشکی-بیولوژیکی ویژه ای ایجاد شده و در حال ایجاد است، از جمله پایگاه های تحقیقاتی و آزمایشی قدرتمند، اتاقک های تحت فشار با حجم بالا، جایگاه های شبیه سازی شرایط پرواز فضایی و غیره. اتاق‌ها با مشارکت گروه‌های آزمایش‌کننده، سازگاری سیستم‌ها و پیوندها با یکدیگر و با انسان مشخص می‌شود، پایداری پیوندهای بیولوژیکی در یک اکوسیستم مصنوعی با عملکرد طولانی روشن می‌شود، اثربخشی و قابلیت اطمینان تصمیمات اتخاذ شده ارزیابی می‌شود. و انتخاب یک گزینه پشتیبانی از حیات بیولوژیکی برای مطالعه عمیق نهایی آن در رابطه با یک جسم فضایی خاص یا پرواز انجام می شود.

در دهه 60 و 70، تعدادی آزمایش علمی منحصر به فرد در اتحاد جماهیر شوروی انجام شد که با هدف ایجاد سیستم های حمایت از حیات بیولوژیکی برای خدمه اکوسیستم های فضایی مصنوعی انجام شد. در نوامبر 1968، یک آزمایش طولانی مدت (یک ساله) با مشارکت سه آزمایش کننده در اتحاد جماهیر شوروی به پایان رسید. اهداف اصلی آن آزمایش و آزمایش ابزارها و فن‌آوری‌های فنی یک سیستم یکپارچه حمایت از زندگی مبتنی بر روش‌های فیزیکی و شیمیایی بازسازی مواد و روشی بیولوژیکی برای تامین نیازهای انسان به ویتامین‌ها و فیبر هنگام کشت محصولات سبز در گلخانه بود. در این آزمایش، سطح زیر کشت گلخانه تنها 7.5 متر مربع بود، بهره وری زیست توده به ازای هر نفر به طور متوسط ​​200 گرم در روز بود. مجموعه محصولات شامل کلم خیبینی، گل گاوزبان، شاهی و شوید بود.

در طول آزمایش، امکان کشت معمولی گیاهان عالی در حجم بسته با حضور انسان در آن و استفاده مکرر از آب تعرق بدون احیای آن برای آبیاری بستر ایجاد شد. در گلخانه، بازسازی جزئی مواد انجام شد و حداقل محدودیت غذا و اکسیژن - 3 - 4٪ را تضمین کرد.

در سال 1970، در نمایشگاه دستاوردهای اقتصادی اتحاد جماهیر شوروی، یک مدل آزمایشی از یک سیستم حمایت از زندگی نشان داده شد که توسط مؤسسه بیوتکنیکی تحقیقات علمی اتحادیه Glavmicrobioprom اتحاد جماهیر شوروی ارائه شد و هدف آن تعیین ترکیب بهینه یک مجتمع بود. واحدهای بیوتکنیکی و نحوه عملکرد آنها سیستم پشتیبانی از زندگی ماکت برای رفع نیاز سه نفر به آب، اکسیژن و محصولات تازه گیاهی برای مدت نامحدود طراحی شده است. بلوک های اصلی احیا در سیستم توسط یک پرورش دهنده جلبک با ظرفیت 50 لیتر و یک گلخانه با مساحت مفید حدود 20 متر مربع نشان داده شد (شکل 3). تکثیر محصولات غذایی حیوانی به پرورش دهنده مرغ سپرده شد.

برنج. 3. نمای بیرونی گلخانه

مجموعه ای از مطالعات تجربی اکوسیستم ها از جمله انسان در موسسه فیزیک شعبه سیبری آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی انجام شد. آزمایشی با سیستم دو پیوندی "انسان - ریزجلبک" (کلرلا) به مدت 45 روز امکان مطالعه انتقال جرم بین پیوندهای سیستم و محیط را فراهم کرد و به بسته بودن کلی چرخه مواد برابر با 38٪ رسید. (بازسازی جو و آب).

آزمایش با سیستم سه پیوندی "انسان - گیاهان عالی - ریزجلبک" به مدت 30 روز انجام شد. هدف مطالعه سازگاری انسان با گیاهان عالی تحت تبادل گاز کاملاً بسته و تبادل آب نیمه بسته است. در همان زمان، تلاش شد تا زنجیره غذایی از طریق زیست توده گیاهی (گیاهی) بسته شود. نتایج آزمایش عدم وجود تأثیر بازدارنده متقابل پیوندهای سیستم را از طریق جو عمومی در طول آزمایش نشان داد. حداقل سطح کاشت برای یک محصول سبزی پیوسته برای تامین کامل نیازهای یک نفر برای سبزیجات تازه تحت رژیم کشت انتخابی (2.5 - 3 متر مربع) تعیین شد.

با ورود چهارمین پیوند به سیستم - کولتیواتور میکروبی که برای پردازش ضایعات گیاهی غیرغذایی و بازگرداندن آن به سیستم طراحی شده است، آزمایش جدیدی با یک فرد به مدت 73 روز آغاز شد. در طول آزمایش، تبادل گاز واحدها به طور کامل بسته شد، تبادل آب تقریباً به طور کامل بسته شد (به استثنای نمونه‌ها برای آنالیز شیمیایی)، و تبادل غذا تا حدی بسته شد. در طول آزمایش، بدتر شدن بهره‌وری گیاهان عالی (گندم) آشکار شد که با تجمع متابولیت‌های گیاهی یا میکرو فلور همراه در محیط غذایی توضیح داده شد. نتیجه گیری شد که معرفی یک پیوند کانی سازی برای دفع مواد جامد انسان به سیستم بر اساس شاخص های فنی و اقتصادی سیستم بیولوژیکی چهار پیوندی نامناسب است.

در سال 1973، یک آزمایش شش ماهه بر روی پشتیبانی از زندگی یک خدمه سه نفره در یک اکوسیستم بسته با حجم کل حدود 300 متر مکعب، که علاوه بر آزمایشگرها، پیوندهای گیاهان بالاتر و پایین تر را نیز در بر می گرفت، تکمیل شد. آزمایش در سه مرحله انجام شد. در مرحله اول که دو ماه به طول انجامید، تمام نیازهای اکسیژن و آب خدمه توسط گیاهان عالی که شامل گندم، چغندر، هویج، شوید، شلغم، کلم پیچ، تربچه، خیار، پیاز و خاکشیر بود، تامین شد. فاضلاب از محفظه خانگی به محیط کشت گندم عرضه شد. ترشحات جامد و مایع خدمه از حجم تحت فشار به خارج خارج شد. نیازهای غذایی خدمه تا حدی توسط گیاهان عالی و تا حدی با غذاهای کم آب از ذخایر برآورده می شد. هر روز 1953 گرم زیست توده (به وزن خشک)، شامل 624 گرم خوراکی، در گیاهان عالی از سطح کاشت حدود 40 متر مربع سنتز می شد که 30 درصد از کل نیاز خدمه را تشکیل می داد. در عین حال، اکسیژن مورد نیاز سه نفر به طور کامل (حدود 1500 لیتر در روز) تامین شد. بسته بودن سیستم "انسان - گیاهان عالی" در این مرحله 82٪ بود.

در مرحله دوم آزمایش، بخشی از گلخانه با پیوندی از گیاهان پایین - کلرلا جایگزین شد. نیاز خدمه به آب و اکسیژن توسط گیاهان بالاتر (گندم و سبزیجات) و گیاهان پایین‌تر برآورده شد، ترشحات مایع خدمه به راکتور جلبک فرستاده شد و ترشحات جامد خشک شد تا آب به چرخه بازگردد. وعده های غذایی خدمه مشابه مرحله اول انجام شد. بدتر شدن رشد گندم به دلیل افزایش مقدار فاضلاب عرضه شده با محیط غذایی در واحد سطح کاشت، که به نصف کاهش یافت، آشکار شد.

در مرحله سوم، تنها محصولات سبزی در قسمت گیاهان عالی باقی ماندند و بار اصلی برای احیای جو حجم هرمتیک توسط راکتور جلبک انجام شد. هیچ آب زائدی به محلول غذایی گیاه اضافه نشد. با این وجود، در این مرحله از آزمایش، مسمومیت گیاهان توسط جو حجم هرمتیک کشف شد. بسته بودن سیستم، از جمله کلرلا، که از ترشحات مایع انسان استفاده می کند، به 91٪ افزایش یافته است.

در طول آزمایش، توجه ویژه ای به موضوع یکسان سازی نوسانات موقت در تبادل اگزومتابولیت های خدمه شد. برای این منظور، آزمایش‌کنندگان طبق برنامه‌ای زندگی می‌کردند که تداوم مدیریت اکوسیستم و یکنواختی سطح انتقال جرم را در طول وجود خودمختار اکوسیستم تضمین می‌کرد. در طول 6 ماه آزمایش، 4 آزمایش کننده در سیستم وجود داشت که یکی از آنها به طور مداوم در آن زندگی می کرد و سه نفر - هر کدام به مدت 6 ماه، طبق یک برنامه زمانبندی جایگزین شدند.

نتیجه اصلی آزمایش اثبات امکان اجرای یک سیستم حمایت از حیات بیولوژیکی است که به طور مستقل از داخل کنترل می شود، در یک فضای بسته محدود. تجزیه و تحلیل عملکردهای فیزیولوژیکی، بیوشیمیایی و تکنولوژیکی افراد مورد آزمایش هیچ تغییر جهتی ناشی از اقامت آنها در اکوسیستم مصنوعی را نشان نداد.

در سال 1977، یک آزمایش چهار ماهه در مؤسسه فیزیک شعبه سیبری آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی با یک اکوسیستم بسته مصنوعی "انسان - گیاهان عالی" انجام شد. وظیفه اصلی یافتن راهی برای حفظ بهره وری گیاهان عالی در یک اکوسیستم بسته است. در عین حال، امکان افزایش بسته بودن سیستم با افزایش نسبت جیره غذایی خدمه قابل تکثیر در آن نیز مورد بررسی قرار گرفت. دو آزمایش کننده در آزمایش شرکت کردند (سه آزمایش کننده در 27 روز اول). سطح کاشت فیتوترون حدود 40 متر مربع بود. مجموعه محصولات گیاهان عالی شامل گندم، چوفا، چغندر، هویج، تربچه، پیاز، شوید، کلم پیچ، خیار، سیب زمینی و خاکشیر بود. در این آزمایش، گردش اجباری جو داخلی در امتداد کانتور "محفظه زندگی - فیتوترون ها (گلخانه) - محفظه زندگی سازماندهی شد. این آزمایش ادامه آزمایش قبلی با اکوسیستم بسته "انسان - گیاهان بالاتر - گیاهان پایین" بود.

در طول آزمایش، که مرحله اول آن شرایط قبلی را بازتولید کرد، کاهش فتوسنتز گیاه نشان داد که از روز پنجم شروع شد و تا 24 روز ادامه داشت. در مرحله بعد، تصفیه ترموکاتالیستی جو روشن شد (پس از سوزاندن ناخالصی های گازی سمی انباشته شده)، در نتیجه اثر بازدارندگی جو روی گیاهان حذف شد و بهره وری فتوسنتزی فیتوترون ها احیا شد. با توجه به دی اکسید کربن اضافی به دست آمده از سوزاندن کاه و سلولز، بخش قابل تکرار رژیم غذایی خدمه به 60 درصد وزنی (تا 52 درصد از نظر محتوای کالری) افزایش یافت.

تبادل آب در سیستم تا حدی بسته بود: منبع آب آشامیدنی و تا حدی آب بهداشتی میعانات رطوبت تعرق گیاه بود، برای آبیاری گندم از یک محیط غذایی با افزودن پساب خانگی استفاده شد و با معرفی تعادل آب حفظ شد. آب مقطر در مقادیری که دفع مایعات انسانی از سیستم را جبران کند.

در پایان آزمایش، هیچ واکنش منفی بدن آزمایشگرها به اثرات پیچیده شرایط یک سیستم بسته شناسایی نشد. گیاهان به طور کامل اکسیژن، آب و قسمت اصلی غذای گیاهی را در اختیار آزمایش کنندگان قرار دادند.

همچنین در سال 1977، یک ماه و نیم آزمایش با دو آزمودنی در مؤسسه مشکلات پزشکی و بیولوژیکی وزارت بهداشت اتحاد جماهیر شوروی به پایان رسید. این آزمایش برای مطالعه یک مدل اکوسیستم بسته که شامل گلخانه و گیاه کلرلا بود، انجام شد.

آزمایش‌های انجام‌شده نشان داد که هنگام انجام بازسازی بیولوژیکی اتمسفر و آب در یک اکوسیستم مصنوعی با کمک گیاهان سبز، گیاهان پایین‌تر (کلرلا) سازگاری بیولوژیکی بیشتری نسبت به گیاهان بالاتر با انسان دارند. این امر از این واقعیت ناشی می شود که جو محفظه زندگی و انتشارات انسانی تأثیر نامطلوبی بر توسعه گیاهان عالی داشته است و برخی از عملیات فیزیکی و شیمیایی اضافی هوای ورودی به گلخانه مورد نیاز است.

در خارج از کشور، کار با هدف ایجاد سیستم های امیدبخش حمایت از زندگی به شدت در ایالات متحده انجام می شود. تحقیقات در سه جهت نظری (تعیین ساختار، ترکیب و ویژگی‌های طراحی)، زمین آزمایشی (آزمایش پیوندهای بیولوژیکی فردی) و پرواز آزمایشی (تهیه و انجام آزمایش‌های بیولوژیکی بر روی فضاپیماهای سرنشین دار) انجام می‌شود. مراکز و شرکت‌های ناسا که فضاپیماها و سیستم‌هایی را برای آنها توسعه می‌دهند، روی مشکل ایجاد سیستم‌های حمایت از حیات بیولوژیکی کار می‌کنند. بسیاری از مطالعات آینده نگر شامل دانشگاه ها می شود. ناسا یک بخش بیوسیستم ایجاد کرده است که کار بر روی برنامه ایجاد یک سیستم پشتیبانی از حیات بیوتکنیکی کنترل شده را هماهنگ می کند.

پروژه ایجاد یک ساختار مصنوعی بزرگ در ایالات متحده به نام "Biosphere-2" علاقه زیادی را در بین متخصصان محیط زیست برانگیخت. این سازه شیشه ای، فولادی و بتنی با حجمی کاملاً آب بندی شده معادل 150000 مترمکعب و مساحتی معادل 10000 مترمربع می باشد. کل حجم به محفظه هایی در مقیاس بزرگ تقسیم می شود که در آن مدل های فیزیکی مناطق مختلف آب و هوایی زمین از جمله جنگل های استوایی، ساوانای استوایی، تالاب، مناطق کم عمق و عمیق اقیانوس، صحرا و غیره شکل می گیرد. محل زندگی آزمایش کننده ها، آزمایشگاه ها، کارگاه ها، گلخانه های کشاورزی و استخرهای پرورش ماهی، سیستم های تصفیه زباله و سایر سیستم های خدماتی و وسایل فنی لازم برای زندگی انسان. سقف و دیوارهای شیشه‌ای محفظه‌های Biosphere-2 باید جریان انرژی خورشیدی تابشی را به ساکنان آن تضمین کند، که شامل هشت آزمایش‌کننده داوطلب در طول دو سال اول خواهد بود. آنها باید امکان حیات و فعالیت فعال در شرایط ایزوله را بر اساس گردش داخلی بیوسفر مواد اثبات کنند.

موسسه Ecotechnics که در سال 1986 ایجاد Biosphere-2 را رهبری کرد، قصد دارد ساخت آن را در سال جاری تکمیل کند. بسیاری از دانشمندان محترم و متخصصان فنی به این پروژه پیوستند.

علیرغم هزینه قابل توجه کار (حداقل 30 میلیون دلار)، اجرای این پروژه امکان انجام تحقیقات علمی منحصر به فرد در زمینه اکولوژی و بیوسفر زمین را برای تعیین امکان استفاده از عناصر جداگانه "زیست کره- فراهم می کند. 2” در بخش های مختلف اقتصاد (تصفیه بیولوژیکی و بازسازی آب، هوا و غذا). R. Schweickart فضانورد آمریکایی می گوید: "چنین سازه هایی برای ایجاد سکونتگاه ها در فضای بیرونی و شاید برای حفظ انواع خاصی از موجودات زنده روی زمین ضروری خواهند بود."

اهمیت عملی آزمایش های ذکر شده تنها در حل مسائل فردی ایجاد اکوسیستم های فضای بسته که شامل انسان نیز می شود، نهفته است. نتایج این آزمایش‌ها برای درک قوانین بوم‌شناسی و مبانی پزشکی و بیولوژیکی سازگاری انسان با شرایط محیطی شدید، روشن کردن قابلیت‌های بالقوه اشیاء بیولوژیکی در حالت‌های کشت فشرده، توسعه فناوری‌های بدون زباله و سازگار با محیط‌زیست اهمیت کمتری ندارد. نیازهای انسان به غذا، آب و هوای باکیفیت را در سازه های مسکونی جدا شده مصنوعی (سکونتگاه های زیر آب، ایستگاه های قطبی، روستاهای زمین شناسان در شمال دور، سازه های دفاعی و غیره) برآورده می کند.

در آینده می توانیم کل شهرهای بدون زباله و دوستدار محیط زیست را تصور کنیم. به عنوان مثال، مدیر مؤسسه بین‌المللی تحلیل سیستم‌ها، سی مارکتی، معتقد است: «تمدن ما می‌تواند به صورت مسالمت‌آمیز وجود داشته باشد، و علاوه بر این، در شرایطی بهتر از شرایط فعلی، در شهرهای جزیره‌ای که کاملاً خود مختار هستند محبوس شود. کافی، نه وابسته به فراز و نشیب طبیعت، نه به هیچ گونه منابع طبیعی.» مواد خام، نه در انرژی طبیعی و نه تضمین شده از آلودگی. بیایید اضافه کنیم که این مستلزم تحقق تنها یک شرط است: اتحاد تلاش های همه نوع بشر در کار خلاقانه صلح آمیز در زمین و فضا.

نتیجه

راه حل موفقیت آمیز مشکل ایجاد اکوسیستم های مصنوعی بزرگ، از جمله انسان و بر اساس یک چرخه بیولوژیکی کاملاً یا نیمه بسته از مواد، نه تنها برای پیشرفت بیشتر فضانوردی از اهمیت بالایی برخوردار است. در دورانی که «با چنین وضوح وحشتناکی دیدیم که جبهه دوم، جبهه زیست محیطی، به جبهه تهدید فضایی هسته‌ای نزدیک شده و به آن می‌پیوندد» (برگرفته از سخنرانی وزیر امور خارجه اتحاد جماهیر شوروی، E. A. Shevardnadze در چهل و سومین جلسه مجمع عمومی سازمان ملل متحد)، یکی از راه‌های واقعی خروج از بحران زیست‌محیطی نزدیک‌تر ممکن است ایجاد فناوری‌های کشاورزی و صنعتی فشرده عملاً بدون زباله و سازگار با محیط‌زیست باشد که باید بر اساس چرخه بیولوژیکی مواد و استفاده کارآمدتر باشد. از انرژی خورشیدی

ما در مورد یک مشکل علمی و فنی اساساً جدید صحبت می کنیم که نتایج آن می تواند برای حفاظت و حفظ محیط زیست، توسعه و استفاده گسترده از بیوتکنولوژی های جدید فشرده و بدون زباله، ایجاد سیستم های خودکار و مستقل از اهمیت بالایی برخوردار باشد. مجتمع های رباتیک برای تولید بیومس غذایی، راه حل برنامه غذایی در سطح بالا، سطح علمی و فنی مدرن. کیهان از زمین جدایی ناپذیر است، بنابراین، حتی امروزه نیز نتایج برنامه های فضایی تأثیر اقتصادی و اجتماعی قابل توجهی در حوزه های مختلف اقتصاد ملی دارد.

فضا در خدمت مردم است و باید در خدمت مردم باشد.

ادبیات

Blinkin S. A., Rudnitskaya T. V.فیتونسیدها در اطراف ما هستند. - م.: دانش، 1981.

Gazenko O. G.، Pestov I. D.، Makarov V. I.انسانیت و فضا. - M.: Nauka، 1987.

رشد گیاه فضایی Dadykin V.P. - م.: دانش، 1968.

داژو آر. مبانی اکولوژی. - م.: پیشرفت، 1975.

سیستم بسته: انسان - گیاهان عالی (آزمایش چهار ماهه) / ویرایش. G. M. Lisovsky. - نووسیبیرسک-ناوکا، 1979.

کیهان نوردی دایره المعارف. / اد. V. P. Glushko - M.: دایره المعارف شوروی، 1985.

Lapo A.V. آثار زیست کره های گذشته. - م.: دانش، 1987.

نیچیپورویچ A. A.کارایی برگ سبز - M.: دانش 1964.

مبانی زیست شناسی فضایی و پزشکی. / اد. O G Gazenko (اتحادیه شوروی) و M. Calvin (ایالات متحده آمریکا). - T. 3 - M.: Nauka، 1975.

پلوتنیکوف V.V. در چهارراه اکولوژی. - م.: میسل، 1985

Sytnik K. M.، Brion A. V.، Gordetsky A. V.زیست کره، اکولوژی، حفاظت از طبیعت. - کیف: نائوکووا دومکا، 1987.

سیستم های اکولوژیکی تجربی از جمله انسان / اد. V. N. Chernigovsky. - M.: Nauka، 1975

زیست کره مصنوعی یزدوفسکی V.I. - M.: Nauka، 1976

کاربرد

توریسم فضایی

V. P. MIKHAILOV

در زمینه رونق گردشگری که در همه جا در دهه 60 آغاز شد، کارشناسان توجه را به امکان سفر فضایی برای اهداف گردشگری جلب کردند.

گردشگری فضایی در دو جهت در حال توسعه است. یکی از آنها کاملاً زمینی است - بدون پروازهای فضایی. گردشگران از اشیاء زمینی - کیهان‌ها، مراکز کنترل پرواز، شهرهای "ستاره‌ای"، شرکت‌های توسعه و تولید عناصر فناوری فضایی بازدید می‌کنند و در پرتاب فضاپیماهای پرنده و وسایل پرتاب حضور پیدا می‌کنند و مشاهده می‌کنند.

گردشگری فضایی مبتنی بر زمین در جولای 1966 آغاز شد، زمانی که اولین تورهای اتوبوسی از تأسیسات پرتاب ناسا در کیپ کندی سازماندهی شد. در اوایل دهه 70، گردشگران با اتوبوس از محل مجتمع شماره 39 بازدید کردند، که فضانوردان از آنجا در پرواز خود به ماه، ساختمان مونتاژ عمودی (یک آشیانه به ارتفاع بیش از 100 متر)، جایی که وسیله نقلیه پرتاب Saturn-V مونتاژ شده بود، بازدید کردند. و آزمایش شد و فضاپیما به کشتی آپولو، پارکینگ شاسی منحصربفرد ردیابی که وسیله نقلیه پرتاب را به سکوی پرتاب می‌رساند و خیلی چیزهای دیگر لنگر انداخت. در یک سالن سینمای ویژه فیلم های خبری از رویدادهای فضایی را تماشا می کردند. در آن زمان، روزانه 6 تا 7 هزار گردشگر در تابستان و حدود 2 هزار گردشگر در فصل کم، گردشگران را 20 تا 25 درصد دیگر افزایش دادند.

از همان ابتدا، چنین گشت و گذارهایی محبوبیت زیادی پیدا کردند. قبلاً در سال 1971، چهار میلیونمین شرکت کننده آنها ثبت شد. در برخی از پرتاب ها (مثلاً به ماه)، تعداد گردشگران صدها هزار نفر بود.

جهت دیگر گردشگری فضایی مستقیم است. اگرچه امروزه در مراحل ابتدایی خود است، چشم انداز آن گسترده است. علاوه بر جنبه صرفا گردشگری، باید جنبه های استراتژیک و اقتصادی را نیز در نظر گرفت.

جنبه استراتژیک در استقرار جزئی احتمالی بشر در منظومه شمسی نهفته است. البته این موضوع مربوط به آینده ای دور است. سکونت در طی صدها سال و هزاره رخ خواهد داد. یک فرد باید به زندگی در فضای بیرونی عادت کند، در آن مستقر شود، تجربه خاصی را جمع کند - مگر اینکه، البته، هر گونه فاجعه زمینی یا کیهانی رخ دهد، زمانی که این روند باید تسریع شود. و گردشگری فضایی مدل خوبی برای انجام این فرآیند است. از سوی دیگر، تجربه تضمین زندگی انسان در فضا که در سفرهای توریستی انباشته شده است، آشنایی با تجهیزات و دستگاه های پشتیبانی حیات در فضا به فرد این امکان را می دهد که در شرایط زوال محیطی با موفقیت بیشتری در زمین زندگی و کار کند و از فضا استفاده کند. ابزارها و سیستم های فنی "زمین دار" مبتنی بر.

جنبه اقتصادی گردشگری فضایی نیز برای فضانوردی بسیار مهم است. برخی از کارشناسان گردشگری فضایی را که بر استفاده از سرمایه شخصی گردشگران فضایی متمرکز شده است، منبع مهمی برای تامین مالی برنامه های فضایی می دانند. به نظر آنها، افزایش 100 برابری جریان محموله به فضا در نتیجه گردشگری فضایی نسبت به فعلی (که واقع بینانه است) به نوبه خود هزینه ویژه پرتاب یک واحد محموله را 100 تا 200 برابر کاهش می دهد. برای کل فضانوردی به عنوان یک کل بدون سرمایه گذاری اضافی دولتی.

به گفته کارشناسان، هزینه سالانه بشریت برای گردشگری بالغ بر 200 میلیارد پوند است. هنر در دهه های آینده، گردشگری فضایی می تواند 5 درصد از این رقم را به خود اختصاص دهد، یعنی 10 میلیارد پوند. هنر اعتقاد بر این است که اگر هزینه یک تور فضایی به طور بهینه متعادل باشد و در عین حال ایمنی پرواز به اندازه کافی بالا تضمین شود (مقایسه با حداقل سطح ایمنی پرواز در یک هواپیمای مسافربری مدرن)، آنگاه حدود 100 میلیون نفر بیان می کنند. تمایل به انجام یک سفر فضایی در دهه های آینده. بر اساس برآوردهای دیگر، جریان گردشگران فضایی تا سال 2025 سالانه به 100 هزار نفر خواهد رسید و طی 50 سال آینده تعداد افرادی که در فضا بوده اند به حدود 120 میلیون نفر خواهد رسید.

این روزها یک تور فضایی چقدر می تواند هزینه داشته باشد؟ بیایید حد بالایی "بسته تور" را تخمین بزنیم. در اتحاد جماهیر شوروی، آموزش یک فضانورد حدود 1 میلیون روبل هزینه دارد، یک وسیله پرتاب سریالی 2-3 میلیون روبل هزینه دارد، یک فضاپیمای دو صندلی 7-8 میلیون روبل هزینه دارد. بنابراین، یک "پرواز برای دو نفر" تقریباً 11 تا 13 میلیون روبل خواهد بود، بدون احتساب به اصطلاح پشتیبانی زمینی. اگر فضاپیما در یک نسخه صرفاً توریستی طراحی شده باشد، این رقم می تواند به میزان قابل توجهی کاهش یابد: پر نکردن آن با تجهیزات علمی پیچیده، در نتیجه افزایش تعداد مسافران، آماده سازی آنها برای پرواز نه بر اساس برنامه فضانوردی، بلکه بر اساس برنامه ساده تر. و غیره بود جالب بود که هزینه یک پرواز توریستی را دقیقتر تعیین کنیم، اما این کار باید انجام شود. اقتصاددانان حوزه فناوری موشکی و فضایی.

راه های دیگری نیز برای کاهش هزینه پرواز توریستی به فضا وجود دارد. یکی از آنها ایجاد یک کشتی توریستی قابل استفاده مجدد است. خوشبینان بر این باورند که هزینه پرواز در کشتی های حمل و نقل فضایی نسل دوم و سوم با هزینه پرواز با یک جت مسافربری قابل مقایسه خواهد بود که توریسم فضایی انبوه را از پیش تعیین می کند. با این حال، کارشناسان پیشنهاد می کنند که هزینه تور برای اولین گردشگران حدود 1 میلیون دلار خواهد بود، در دهه های بعدی به سرعت کاهش می یابد و به 100 هزار دلار می رسد. هتل هایی در مدار زمین و ماه، تولید مداوم تجهیزات توریستی، آموزش نکات ایمنی و ... در شرایط انبوه گردشگری هزینه تور به 2 هزار دلار کاهش پیدا می کند. هزینه پرتاب محموله به فضای بیرونی نباید بیشتر از 20 دلار در کیلوگرم باشد. در حال حاضر این رقم 7-8 هزار است.

هنوز سختی ها و مشکلات حل نشده زیادی در مسیر گردشگری فضایی وجود دارد. با این حال، گردشگری فضایی یک واقعیت و یک نقطه عطف 21 است. در این میان، 260 نفر از ده کشور جهان تاکنون به یکی از سازمان های آمریکایی که در این راستا کار خود را برای توسعه و اجرای پرواز توریستی فضایی آغاز کرده است، کمک مالی کرده اند. برخی آژانس های مسافرتی آمریکایی فروش بلیت اولین پرواز گردشگری زمین به ماه را آغاز کرده اند. تاریخ حرکت باز است. اعتقاد بر این است که 20 تا 30 سال دیگر روی بلیط مهر خواهد شد.

با این حال آمریکایی ها در اینجا اولین نیستند. در سال 1927 اولین نمایشگاه بین المللی فضاپیماها در خیابان Tverskaya در مسکو برگزار شد. فهرستی از کسانی که مایل به پرواز به ماه یا مریخ بودند جمع آوری کرد. افراد زیادی علاقه مند بودند. شاید برخی از آنها هنوز امید خود را برای رفتن به اولین سفر توریستی به فضا از دست نداده باشند.

کرونیکل کیهان شناسی*

* ادامه دارد (نگاه کنید به شماره 3، 1989). بر اساس مطالب خبرگزاری ها و نشریات مختلف، داده هایی در مورد پرتاب برخی از ماهواره های مصنوعی زمین (AES) از 15 نوامبر 1989 ارائه شده است. پرتاب های ماهواره Cosmos ثبت نشده است. آنها به طور منظم، به عنوان مثال، توسط مجله Nature گزارش می شوند و ما خوانندگان علاقه مند را معرفی می کنیم. یک پیوست جداگانه به پروازهای فضایی سرنشین دار اختصاص داده شده است.

در 15 نوامبر 1988، اولین پرتاب آزمایشی موشک جهانی و سیستم حمل و نقل فضایی "Energia" با فضاپیمای قابل استفاده مجدد "Buran" در اتحاد جماهیر شوروی انجام شد. پس از انجام یک پرواز بدون سرنشین دو مدار، وسیله نقلیه مداری بوران با موفقیت در حالت خودکار در نوار فرود کیهان بایکونور فرود آمد. کشتی بوران بر اساس طراحی یک هواپیمای بدون دم با بال دلتا از جاروی متغیر ساخته شده است. قابلیت فرود کنترل شده در جو با مانور جانبی تا 2000 کیلومتر. طول کشتی 36.4 متر، طول بال ها حدود 24 متر، ارتفاع کشتی ایستاده روی شاسی بیش از 16 متر است، وزن پرتاب بیش از 100 تن است که 14 تن آن سوخت است. محفظه بار آن می تواند محموله ای با وزن تا 30 تن را در خود جای دهد.یک کابین تحت فشار برای خدمه و تجهیزات با حجم بیش از 70 متر مکعب در قسمت کمان تعبیه شده است. پیشرانه اصلی در عقب کشتی قرار دارد؛ دو گروه موتور برای مانور در انتهای قسمت دم و در جلوی بدنه قرار دارند. پوشش محافظ حرارتی، متشکل از تقریباً 40 هزار کاشی پروفیل جداگانه، از مواد ویژه - کوارتز با دمای بالا و الیاف آلی و همچنین مواد مبتنی بر کربن ساخته شده است. اولین پرواز فضاپیمای قابل استفاده مجدد بوران، مرحله کیفی جدیدی را در برنامه تحقیقات فضایی شوروی باز می کند.

در 10 دسامبر 1988، پرتابگر پروتون، ماهواره بعدی شوروی (19) تلویزیون اکران را به مدار فرستاد. در مدار زمین ثابت در 99 درجه شرقی پرتاب شد. (شاخص ثبت بین المللی "Stationary T")، از این ماهواره ها برای انتقال برنامه های تلویزیونی در محدوده طول موج دسی متر به مناطق اورال و سیبری به دستگاه های دریافت کننده مشترک برای استفاده جمعی استفاده می شود.

در 11 دسامبر 1988، از فرودگاه کورو در گویان فرانسه، با کمک پرتابگر Ariane-4 اروپای غربی، دو ماهواره ارتباطی به مدار زمین ثابت پرتاب شدند - Sky-net-4B انگلیسی و Astra-1 متعلق به کنسرسیوم لوکزامبورگ SES. ماهواره Astra-1 برای ارسال مجدد برنامه های تلویزیونی به مراکز توزیع محلی در کشورهای اروپای غربی در نظر گرفته شده است. این ماهواره دارای 16 تکرار کننده با توان متوسط ​​است که اکثر آنها توسط سازمان بریتانیایی British Telecom اجاره شده است. موقعیت تخمینی ماهواره "Astra-1" 19.2 درجه غربی است. د) در ابتدا قرار بود ماهواره انگلیسی با استفاده از شاتل فضایی آمریکا به فضا پرتاب شود. اما حادثه چلنجر در ژانویه 1986 این برنامه ها را مختل کرد و آنها تصمیم گرفتند از پرتابگر آریان برای پرتاب استفاده کنند. پرتاب دو ماهواره توسط پرتابگر آریان-4 مجهز به دو پیشران جامد و دو تقویت کننده مایع انجام شد. کنسرسیوم Arianespace به مصرف کنندگان بالقوه اعلام کرد که این مدل موشک قادر است محموله ای به وزن 3.7 تن را به مدار انتقال با ارتفاع اوج 36 هزار کیلومتری برساند که در این نسخه برای دومین بار از Ariane-4 استفاده شده است. اولین پرتاب پرتابگر در این پیکربندی یک پرتاب آزمایشی بود. سپس، در سال 1988، با کمک آن، سه ماهواره به مدار زمین فرستادند: Meteosat-3 هواشناسی اروپای غربی و رادیو آماتور Amsat-3، و همچنین ماهواره ارتباطی آمریکایی Panamsat-1.

در 22 دسامبر 1988، در اتحاد جماهیر شوروی، مولنیا LV به منظور اطمینان از عملکرد یک مسافت طولانی، ماهواره بعدی (32) مولنیا-3 را به مداری بسیار بیضوی با ارتفاع اوج 39042 کیلومتری در نیمکره شمالی در نیمکره شمالی پرتاب کرد. سیستم ارتباط رادیویی تلفن و تلگراف و انتقال برنامه های تلویزیونی طبق سیستم مدار.

در 23 دسامبر 1988، بیست و چهارمین ماهواره جمهوری خلق چین با استفاده از وسیله نقلیه پرتاب Long March-3 از پایگاه فضایی Xichang به فضا پرتاب شد. این چهارمین ماهواره ارتباطی چینی است که به مدار زمین ثابت پرتاب می شود. راه اندازی این ماهواره، انتقال تمامی برنامه های تلویزیون ملی به بازپخش از طریق سامانه ماهواره ای را تکمیل می کند. لی پنگ، نخست وزیر شورای دولتی جمهوری خلق چین در پرتاب این ماهواره حضور داشت.

در 25 دسامبر 1988، در اتحاد جماهیر شوروی، پرتابگر سایوز فضاپیمای باری خودکار Progress-39 را به مدار زمین پرتاب کرد که برای تامین ایستگاه مداری شوروی میر در نظر گرفته شده بود. کشتی در 27 دسامبر در ایستگاه پهلو گرفت، در 7 فوریه 1989 از آن خارج شد و در همان روز وارد جو شد و دیگر وجود نداشت.

در 28 دسامبر 1988، در اتحاد جماهیر شوروی، مولنیا LV توسط ماهواره ارتباطی بعدی (75) مولیا-1 به مداری بسیار بیضوی با ارتفاع اوج 38870 کیلومتری در نیمکره شمالی پرتاب شد. این ماهواره به عنوان بخشی از یک سیستم ماهواره ای مورد استفاده در اتحاد جماهیر شوروی برای ارتباطات رادیویی تلفنی و تلگراف و همچنین انتقال برنامه های تلویزیونی از طریق سیستم Orbit استفاده می شود.

در 26 ژانویه 1989، پروتون LV ماهواره ارتباطی بعدی (هفدهم) Horizon را در اتحاد جماهیر شوروی پرتاب کرد. در مدار زمین ثابت در 53 درجه شرقی قرار می گیرد. و غیره، شاخص ثبت بین المللی "Stationar-5" را دریافت کرد. ماهواره Horizon برای انتقال برنامه های تلویزیونی به شبکه ای از ایستگاه های زمینی "Orbita"، "Moscow" و "Intersputnik" و همچنین برای ارتباط با کشتی ها و هواپیماها با استفاده از تکرار کننده های اضافی استفاده می شود.

27 ژانویه 1989 پرتابگر Ariane-2 ماهواره Intelsat-5A (مدل F-15) را برای استفاده در سیستم ارتباطات ماهواره ای تجاری جهانی کنسرسیوم بین المللی ITSO به مدار انتقال پرتاب کرد. به یک نقطه ثابت در مدار زمین ثابت 60 درجه شرقی منتقل می شود. d.، این ماهواره جایگزین ماهواره Intelsat-5A واقع در آنجا (مدل F-12) خواهد شد که در سپتامبر 1985 پرتاب شد.

در 10 فوریه 1989، در اتحاد جماهیر شوروی، پرتابگر سایوز فضاپیمای باری خودکار Progress-40 را به فضا پرتاب کرد که قرار بود ایستگاه مداری شوروی میر را تأمین کند. کشتی در 12 فوریه در ایستگاه پهلو گرفت و در 3 مارس از آن خارج شد. پس از باز کردن اسکله، آزمایشی برای استقرار در شرایط فضای باز دو ساختار چند پیوندی بزرگ که بر روی سطح بیرونی فضاپیمای Progress-40 تا شده بودند، انجام شد. به دستور اتوماسیون داخلی، این سازه ها یکی یکی باز شدند. استقرار آنها از طریق استفاده از عناصر ساخته شده از مواد با اثر حافظه شکل انجام شد. در 5 مارس، سیستم پیشرانه در کشتی روشن شد. در نتیجه ترمز، کشتی وارد جو شد و دیگر وجود نداشت.

در 15 فوریه 1989، مولنیا LV اتحاد جماهیر شوروی به مداری بسیار بیضوی با ارتفاع اوج 38937 کیلومتری در نیمکره شمالی توسط ماهواره ارتباطی بعدی (76) مولنیا-1 پرتاب شد. این ماهواره در سیستم ماهواره ای مورد استفاده در اتحاد جماهیر شوروی برای ارتباطات رادیویی تلفنی و تلگرافی و همچنین انتقال برنامه های تلویزیونی از طریق سیستم Orbita قرار دارد.

در 16 مارس، در اتحاد جماهیر شوروی، پرتابگر سایوز فضاپیمای باری خودکار Progress-41 را به فضا پرتاب کرد که برای تامین ایستگاه مداری شوروی میر در نظر گرفته شده بود. کشتی در 18 مارس در ایستگاه پهلو گرفت.

کرونیکل پروازهای سرنشین دار 1

1 ادامه دارد (نگاه کنید به شماره 3، 1989).

2 تعداد پروازهای فضایی، از جمله آخرین پرواز، در پرانتز نشان داده شده است.

3 اعزام به ایستگاه میر.

4 فضانورد A. Volkov و S. Krikalev در خدمه ایستگاه میر باقی ماندند. 21 دسامبر 1988 همراه با J.-L. کرتین از ایستگاه میر به زمین بازگشت، وی. تیتوف و ام. ماناروف که طولانی ترین پرواز تاریخ فضانوردی را به مدت 1 سال انجام دادند.

اخبار نجوم

نخ در سرزمین عجایب

ما قبلاً در یادداشت‌های کوتاه خود به یکی از پیامدهای کیهانی برخی از مدل‌های وحدت بزرگ - پیش‌بینی وجود رشته‌های کیهانی اشاره کردیم. اینها سازه های توسعه یافته یک بعدی با چگالی جرمی خطی بالا (~Ф 0 2، که در آن Ф 0 یک میانگین خلاء غیر صفر است) و ضخامت ~1/Ф 0 هستند.

در میان بسیاری از مدل‌های واقع‌گرایانه اتحاد بزرگ (از آنجایی که مدل‌های غیرواقعی نیز وجود دارد)، موفق‌ترین آن‌ها آن‌هایی هستند که شامل ذرات آینه‌ای هستند که از نظر خواص کاملاً متقارن با ذرات معمولی متناظر هستند. نه تنها ذرات ماده (الکترون ها، کوارک ها)، بلکه ذراتی که برهم کنش دارند (فوتون ها، دبلیوبوزون ها، گلوئون ها و غیره). در طرح‌هایی از این دست، نقض تقارن کامل منجر به انتقال از ذرات معمولی به ذرات آینه‌ای می‌شود. رشته هایی که در این مدل ها ظاهر می شوند، نخ های آلیس نامیده می شوند. آنها از رشته های کیهان شناسی "معمولی" با ویژگی اضافی زیر متمایز می شوند: راه رفتن در اطراف نخ، خاصیت جسم را تغییر می دهد.

از این خاصیت "آینه" نتیجه می شود که خود تعریف specularity نسبی می شود: اگر یک شی ماکروسکوپی برای ما معمولی در نظر گرفته شود وقتی که نخ را در سمت چپ دور می زنیم ، در آن صورت معلوم می شود که اگر نخ در اطراف بچرخد ، آینه شده است. راست (یا: برعکس). علاوه بر این، تابش الکترومغناطیسی که ما در سمت چپ رشته آلیس به عنوان عادی درک می کنیم، در سمت راست آن منعکس می شود. گیرنده های الکترومغناطیسی معمولی ما قادر به ثبت آن نیستند.

اما این همه در تئوری است. آیا تظاهرات رصدی احتمالی رشته های آلیس وجود دارد؟ تمام خواصی که رشته های کیهان شناسی معمولی دارند در رشته های آلیس نیز یافت می شوند. اما برخلاف اولی، رشته‌های آلیس باید در طول تکامل خود، خاصیت نسبی ذرات و پرتوهای نور را تغییر دهند. وجود ذرات آینه ای منجر به این واقعیت می شود که ستارگان و احتمالاً خوشه های کروی باید یک اختراع داشته باشند، در حالی که کهکشان ها و ناهمگنی های بزرگتر (خوشه ها، ابرخوشه ها) از تعداد مساوی آینه و ذرات معمولی تشکیل شده اند. علاوه بر این، میانگین خصوصیات آنها (طیف، درخشندگی، توزیع جرم و سرعت و غیره) یکسان است. بنابراین، اگر ما نتوانیم کهکشان را به ستارگان منفرد "تحلیل" کنیم، حتی نمی‌توانیم متوجه عبور رشته آلیس بین آنها و کهکشان شویم، زیرا هم درخشندگی و هم طیف‌های خاص و معمولی کهکشان کاملاً متقارن هستند.

شما می توانید سعی کنید تجلی نخ آلیس (در واقع یک رشته کیهانی با هر ماهیت) را با اثر درخشش گازی که در موج ضربه ایجاد می کند، تشخیص دهید. دومی زمانی تشکیل می شود که ماده توسط میدان گرانشی مخروطی نخ مختل شود. درست است، جداسازی درخشندگی گاز در موج ضربه ای پشت رشته از پس زمینه درخشندگی عمومی چنین گازی دشوار است. همین امر در مورد اختلال دمای تابش پس زمینه مایکروویو کیهانی در جهت رشته نیز صدق می کند. بنابراین، به گفته نظریه پردازان، امیدوارکننده ترین، جستجوی اثر لنز گرانشی ناشی از نخ آلیس است.

آیا ثابت است؟

ما در مورد ثابت گرانشی نیوتن صحبت می کنیم جی. نظریه های زیادی وجود دارد که نیاز به تغییر آن را پیش بینی می کند. با این حال، نه تنها آن، بلکه سایر ثابت‌های اساسی نیز - در برخی از مدل‌های نظریه ابر ریسمان، برای مثال، این ثابت‌ها باید با افزایش سن جهان (با انبساط جهان) تغییر کنند. جیبه عنوان مثال، باید کاهش یابد).

هیچ یک از آزمایش‌هایی که تا به امروز انجام شده است، شواهدی مبنی بر عدم ثبات ارائه نکرده است جی. فقط حدود بالای این تغییر ایجاد شده است - حدود 10-11 قسمت در سال. اخیراً دانشمندان آمریکایی با مشاهده یک تپ اختر رادیویی دوتایی این ارزیابی را تأیید کردند.

تپ اختر دوتایی PSR 1913+16 که در سال 1974 کشف شد، متشکل از یک ستاره نوترونی است که به دور جسم فشرده دیگری می چرخد. اتفاقاً سرعت تغییر دوره مداری آن با دقت شگفت انگیز بالایی شناخته می شود.

نسبیت عام پیش بینی می کند که چنین سیستم دوتایی امواج گرانشی ساطع می کند. در این حالت دوره مداری تپ اختر دوتایی تغییر می کند. نرخ تغییر آن، با فرض ثبات پیش‌بینی می‌شود جی، کاملاً با مورد مشاهده شده منطبق است.

مشاهدات دانشمندان آمریکایی به ما این امکان را می دهد که محدودیت تغییرپذیری را تخمین بزنیم جیبا تفاوت اندک بین مشاهدات و پیش بینی های نسبیت عام. این تخمین، همانطور که قبلاً ذکر شد، ارزشی در حدود 10-11 قسمت در سال به دست می دهد. پس به احتمال زیاد جیهرگز تغییر نمی کند.

"پژواک نور" از SUPERNOVA-87

ستاره شناسان استرالیایی و آمریکایی افزایش نسبتاً شدیدی در تشعشعات فروسرخ از سوپرنوا LMC کشف کرده اند. واقعیت چنین تشعشعی به خودی خود چیز خاصی نیست. طغیان او غیرقابل درک و غیرمنتظره است.

چندین فرضیه مطرح شده است. به گفته یکی از آنها، یک تپ اختر در گازی که توسط یک ستاره در حال انفجار به بیرون پرتاب می شود، می نشیند (اگرچه تابش تپ اختر باید طول موج کوتاه تری داشته باشد). بر اساس فرضیه دوم، گازهای حاصل از انفجار به ذرات جامد درشت غبار متراکم می شوند که با گرم شدن، تشعشعات مادون قرمز ساطع می کنند.

فرضیه سوم نیز «گرد و غبار» است. هزاران و هزاران سال قبل از انفجار، ستاره اصلی گازی را که در اطرافش جمع شده بود از دست می داد. پوسته غبار تقریباً یک سال نوری در اطراف ابرنواختر کشیده شد - این مدت زمان طول کشید تا نور ستاره در حال انفجار به ابر غبار برسد. گرد و غبار گرم شده مجدداً در مادون قرمز تابش می کند و تابش یک سال دیگر طول می کشد تا به ناظران روی زمین برسد. این توضیح می دهد که از ثبت انفجار ابرنواختر تا تشخیص فلاش تابش مادون قرمز سپری شده است.

توده گم شده

اگر نظریه مدرن تکامل ستارگان درست باشد (و به نظر می رسد دلیلی برای شک در این مورد وجود ندارد)، ستاره های کم جرم (با جرم کمتر از جرم خورشید) "خلق و خوی" برای پایان دادن ندارند. زندگی آنها به شکل یک سحابی سیاره ای - ابری درخشان از گاز، که در مرکز آن بقایای ستاره اصلی است.

با این حال، برای مدت طولانی این ممنوعیت به طور مرموزی نقض شد - در بسیاری از موارد جرم سحابی سیاره ای کمتر از جرم خورشید بود. ستاره شناسان انگلیسی و هلندی سه سحابی سیاره ای درخشان (یا بهتر است بگوییم، پوسته های کم نور آنها را بررسی کردند). با استفاده از طیف هایی که آنها به دست آوردند، جرم پوسته و خود سحابی محاسبه شد. مشکل کمبود جرم واضح‌تر شده است - ماده در پوسته بسیار بیشتر از خود سحابی است. در ابتدا، ستارگان - "سازمان دهندگان" سحابی های سیاره ای - باید سنگین تر باشند. جرم گم شده در پوسته است.

اما پس از آن یک راز جدید مطرح شد. دمای گاز محاسبه شده برای سحابی و پاکت متفاوت است - معلوم شد که پاکت 2 برابر گرمتر از سحابی است. به نظر می رسد که باید برعکس باشد، زیرا ستاره مرکزی موظف است گاز پوسته را گرم کند. یکی از فرضیاتی که این پارادوکس را توضیح می دهد: انرژی برای گرم کردن پوسته توسط یک "باد" سریع که از ستاره مرکزی می وزد تامین می شود.

هشدار - فلش

ماهواره آمریکایی SMM که برای مطالعه خورشید طراحی شده است، "مرگ" زودرس آن - خروج از مدار را پیش بینی کرد. داده های به دست آمده از این ماهواره حاکی از آن است که به گفته کارشناسان اداره ملی اقیانوسی و جوی، ما چهار سال آینده را در محیطی با افزایش فعالیت خورشیدی سپری خواهیم کرد. با تمام عواقب بعدی - طوفان های مغناطیسی، پیچیده شدن ارتباطات رادیویی و ناوبری، تداخل در عملکرد رادارها، ایجاد خطر قطعی برای خدمه فضاپیما، آسیب رساندن به قطعات الکترونیکی ظریف ماهواره ها و غیره.

شراره های خورشیدی تشعشعات فرابنفش سختی را منتشر می کنند که جو فوقانی را گرم می کند. در نتیجه ارتفاع مرز بالایی (شرطی) آن افزایش می یابد. به طور خلاصه، اتمسفر "آشفته" می شود، که در درجه اول بر ماهواره های در مدارهای پایین تاثیر می گذارد. عمر آنها در حال کوتاه شدن است. زمانی این اتفاق برای ایستگاه اسکای لب آمریکایی افتاد که زودتر از موعد از مدار خارج شد. همان سرنوشتی که قبلا ذکر شد در انتظار ماهواره SMM است.

چرخه‌های فعالیت خورشیدی برای مدت طولانی شناخته شده است، اما ماهیت فرآیندهایی که باعث این پدیده‌ها می‌شوند به طور ناقص شناخته شده است.

تلسکوپ جدید

کوه Mauna Kea (4170 متر، هاوایی، ایالات متحده آمریکا) به زودی به یک مکه نجومی تبدیل خواهد شد. علاوه بر تلسکوپ های موجود در رصدخانه واقع در این کوه، تلسکوپ های نوری جدید و قدرتمندتری نیز در حال طراحی (و در حال ساخت) هستند.

دانشگاه کالیفرنیا در حال ساخت یک تلسکوپ 10 متری است که قرار است در سال 1992 تکمیل و نصب شود. این تلسکوپ از 36 آینه مزدوج شش ضلعی تشکیل شده است که در سه حلقه متحدالمرکز قرار گرفته اند. سنسورهای الکترونیکی نصب شده در تمام انتهای آینه‌های سگمنت، داده‌های مربوط به موقعیت فعلی و جهت گیری آنها را نسبت به یکدیگر به رایانه منتقل می‌کنند، که فرمان‌هایی را به درایوهای آینه فعال صادر می‌کند. در نتیجه تداوم سطح کامپوزیت و شکل آن تحت تأثیر حرکات مکانیکی و بارهای باد تضمین می شود.

بر روی همان Mauna Kea در سال 1995، قرار است یک تلسکوپ 7.5 متری که توسط دانشمندان ژاپنی توسعه داده شده بود، نصب شود. در بیش از صد متری آمریکا واقع خواهد شد. این "مارچوبه" قدرتمندترین سیستم تداخل سنجی نوری خواهد بود که امکان مشاهده فواصل بسیار زیاد، مطالعه اختروش ها و کشف ستاره ها و کهکشان های جدید را فراهم می کند.

چهار تلسکوپ جداگانه (هر کدام به قطر 8 متر)، که توسط فیبر نوری در یک صفحه کانونی واحد ترکیب شده‌اند، پیشنهاد می‌شود در رصدخانه جنوبی (شیلی) توسط 8 کشور اروپای غربی - صاحبان مشترک این رصدخانه - ساخته شوند. ساخت اولین آینه (یعنی اولین تلسکوپ) تا سال 1994 و سه آینه باقی مانده تا سال 2000 برنامه ریزی شده است.

آنچه از کجا می آید

همانطور که مشخص است، جو مریخ دارای غلظت نسبتا بالایی از دی اکسید کربن است. این گاز به فضا فرار می کند، بنابراین غلظت ثابت آن باید توسط منبعی حفظ شود.

کارشناسان معتقدند که چنین منبعی ماده معدنی اسکاپولیت است که در زمین کمیاب است (در سیاره ما این سنگ نیمه قیمتی است که علاوه بر کربن، سیلیکون، اکسیژن، همچنین سدیم، کلسیم، کلر، گوگرد، هیدروژن دارد) که می تواند مقادیر زیادی دی اکسید کربن را به عنوان بخشی از ساختار کریستالی آن (کربنات) ذخیره می کند. اسکاپولیت زیادی در مریخ وجود دارد.

بنابراین، در یک اکوسیستم ما شاهد تعامل یک جامعه حیاتی متشکل از ارگانیسم‌های زیادی با عوامل محیطی مشخصه‌ای هستیم که بر روی این جامعه اثر می‌گذارند. اکوسیستم ها معمولا بر اساس مهم ترین عوامل محیطی طبقه بندی می شوند. بنابراین، آنها در مورد اکوسیستم های دریایی، خشکی یا خشکی، ساحلی یا ساحلی، دریاچه ای یا لیمنیک و غیره صحبت می کنند. اکوسیستم چگونه ساخته می شود؟

معمولاً از چهار عنصر اصلی تشکیل شده است:

1. محیط غیر زنده (غیر زیستی). اینها آب، مواد معدنی، گازها و همچنین مواد آلی غیر زنده و هوموس هستند.

2. تولیدکنندگان (تولیدکنندگان). اینها شامل موجودات زنده ای است که قادر به ساختن مواد آلی از مواد معدنی در محیط هستند. این کار عمدتاً توسط گیاهان سبز انجام می شود که با استفاده از انرژی خورشیدی ترکیبات آلی را از دی اکسید کربن، آب و مواد معدنی تولید می کنند. این فرآیند فتوسنتز نامیده می شود. اکسیژن (O2) آزاد می کند. مواد آلی تولید شده توسط گیاهان به عنوان غذا برای حیوانات و انسان و اکسیژن برای تنفس استفاده می شود.

3. مصرف کنندگان (مصرف کنندگان). از محصولات گیاهی استفاده می کنند. ارگانیسم هایی که فقط از گیاهان تغذیه می کنند مصرف کننده درجه اول نامیده می شوند. حیواناتی که فقط (یا عمدتاً) گوشت می خورند، مصرف کنندگان درجه دوم نامیده می شوند.

4. کاهنده (تخریب کننده، تجزیه کننده). این گروه از موجودات بقایای موجودات مرده مانند بقایای گیاهان یا لاشه حیوانات را تجزیه می کنند و آنها را دوباره به مواد خام - آب، مواد معدنی، CO 2 تبدیل می کنند که برای تولیدکنندگان مناسب است که آنها را دوباره به اجزای تشکیل دهنده به مواد آلی تبدیل می کنند.

تجزیه کننده ها شامل بسیاری از کرم ها، لارو حشرات و دیگر موجودات کوچک خاک هستند. باکتری ها، قارچ ها و سایر میکروارگانیسم هایی که مواد زنده را به مواد معدنی تبدیل می کنند، کانی ساز نامیده می شوند.

یک اکوسیستم همچنین می تواند مصنوعی باشد. نمونه ای از یک اکوسیستم مصنوعی که در مقایسه با اکوسیستم های طبیعی بسیار ساده و ناقص است، یک سفینه فضایی است. خلبان آن باید برای مدت طولانی در فضای محدود کشتی زندگی کند و به منابع محدود غذا، اکسیژن و انرژی بسنده کند. در این حالت، در صورت امکان، بازیابی و استفاده مجدد از ذخایر مصرف شده ماده و ضایعات مطلوب است. برای این منظور، تأسیسات بازسازی ویژه ای در فضاپیما در نظر گرفته شده است و اخیراً آزمایش هایی با موجودات زنده (گیاهان و حیوانات) انجام شده است که باید با استفاده از انرژی نور خورشید در پردازش زباله های فضانوردان شرکت کنند.

بیایید اکوسیستم مصنوعی یک سفینه فضایی را با یک اکوسیستم طبیعی، به عنوان مثال، اکوسیستم یک برکه مقایسه کنیم. مشاهدات نشان می دهد که تعداد موجودات موجود در این بیوتوپ - با برخی نوسانات فصلی - اساسا ثابت می ماند. چنین اکوسیستمی پایدار نامیده می شود. تا زمانی که عوامل خارجی تغییر نکنند، تعادل حفظ می شود. اصلی ترین آنها جریان ورودی و خروجی آب، تامین مواد مغذی مختلف و تابش خورشید است.

موجودات مختلفی در اکوسیستم حوضچه زندگی می کنند. بنابراین، پس از ایجاد یک مخزن مصنوعی، به تدریج توسط باکتری ها، پلانکتون ها، سپس ماهی ها و گیاهان عالی پر می شود. هنگامی که توسعه به اوج خاصی رسید و تأثیرات خارجی برای مدت طولانی بدون تغییر باقی می ماند (هجوم آب، مواد، تشعشع از یک طرف، و خروج یا تبخیر، حذف مواد و خروج انرژی از سوی دیگر). ) اکوسیستم حوضچه تثبیت می شود. تعادل بین موجودات زنده برقرار می شود.

مانند یک اکوسیستم مصنوعی ساده شده از یک سفینه فضایی، یک اکوسیستم حوضچه ای قادر به حفظ خود است. رشد نامحدود توسط فعل و انفعالات بین گیاهان تولید کننده، از یک سو، و حیوانات و گیاهان و مصرف کنندگان و تجزیه کننده ها، از سوی دیگر، مختل می شود.

مصرف کنندگان تنها تا زمانی می توانند تولید مثل کنند که از عرضه مواد مغذی موجود بیش از حد استفاده نکنند. اگر آنها بیش از حد ضرب شوند، تعداد آنها به خودی خود افزایش نمی یابد زیرا آنها غذای کافی نخواهند داشت. تولیدکنندگان نیز به نوبه خود نیاز به تامین مداوم مواد معدنی دارند. کاهنده ها یا تخریب کننده ها، مواد آلی را تجزیه می کنند و در نتیجه عرضه مواد معدنی را افزایش می دهند. آنها دوباره مواد زائد را وارد گردش کردند. و چرخه دوباره شروع می شود: گیاهان (تولیدکنندگان) این مواد معدنی را جذب می کنند و با کمک انرژی خورشیدی، دوباره مواد مغذی غنی از انرژی از آنها تولید می کنند.

طبیعت بسیار اقتصادی عمل می کند. زیست توده ایجاد شده توسط ارگانیسم ها (ماده بدن آنها) و انرژی موجود در آن به بقیه اعضای اکوسیستم منتقل می شود: حیوانات گیاهان را می خورند، سایر حیوانات اولی را می خورند، انسان ها هم گیاهان و هم حیوانات را می خورند. این فرآیند زنجیره غذایی نامیده می شود. نمونه هایی از زنجیره های غذایی: گیاهان - گیاهخوار - شکارچی. غلات - موش مزرعه - روباه؛ گیاهان غذایی - گاو - انسان. به عنوان یک قاعده، هر گونه از بیش از یک گونه تغذیه می کند. بنابراین، زنجیره های غذایی در هم تنیده شده و یک شبکه غذایی را تشکیل می دهند. هر چه ارگانیسم ها از طریق شبکه های غذایی و سایر فعل و انفعالات به هم متصل باشند، جامعه نسبت به اختلالات احتمالی انعطاف پذیرتر است. اکوسیستم های طبیعی و دست نخورده برای تعادل تلاش می کنند. حالت تعادل بر اساس اثر متقابل عوامل محیطی زیستی و غیر زنده است.

حفظ چرخه های بسته در اکوسیستم های طبیعی به دلیل دو عامل امکان پذیر است: وجود تجزیه کننده ها (کاهش کننده ها) که از تمام زباله ها و پسماندها استفاده می کنند و تامین مداوم انرژی خورشیدی. در اکوسیستم های شهری و مصنوعی، تجزیه کننده های کمی وجود دارد یا اصلاً وجود ندارد و زباله ها - مایع، جامد و گاز - جمع می شوند و محیط را آلوده می کنند. می‌توان با تشویق به توسعه تجزیه‌کننده‌ها، به عنوان مثال، از طریق کمپوست‌سازی، تجزیه و بازیافت سریع این گونه زباله‌ها را ترویج کرد. این گونه است که انسان از طبیعت می آموزد.

از نظر انرژی ورودی، اکوسیستم های طبیعی و انسانی (ساخت بشر) مشابه هستند. هر دو اکوسیستم طبیعی و مصنوعی - خانه ها، شهرها، سیستم های حمل و نقل - نیاز به منبع خارجی انرژی دارند. اما اکوسیستم های طبیعی انرژی را از یک منبع تقریبا ابدی دریافت می کنند - خورشید، که علاوه بر این، در حالی که انرژی "تولید" می کند، محیط زیست را آلوده نمی کند. برعکس، انسان فرآیندهای تولید و مصرف را عمدتاً به دلیل منابع نهایی انرژی - زغال سنگ و نفت، تأمین می کند که همراه با انرژی، گرد و غبار، گازها، حرارتی و سایر مواد زائد تولید می کند که برای محیط زیست مضر است و نمی تواند باشد. در خود اکوسیستم مصنوعی پردازش می شود. فراموش نکنیم که حتی هنگام مصرف انرژی "پاک" مانند برق (اگر در یک نیروگاه حرارتی تولید شود)، آلودگی هوا و آلودگی حرارتی محیط رخ می دهد.

موضوع:"انسان و جایگاه او در طبیعت."

اهداف.

آموزشی:

• ادامه کار سیستماتیک بر روی شکل گیری یک تصویر کل نگر ابتدایی از جهان در میان دانش آموزان جوان تر.
• معرفی اکوسیستم های مصنوعی شهرها و روستاها به عنوان مکان زندگی انسان (زیستگاه).
• آموزش دیدن تفاوت در اقتصاد مردم باستان و مردم مدرن، برای درک ویژگی های اکوسیستم های مصنوعی.
• به دانش آموزان بیاموزد که تضادهای بین اقتصاد انسان و طبیعت را بیابند و راه هایی برای رفع آنها پیشنهاد کنند.
• برای شکل دادن مفهومی از نوع اکولوژیکی اقتصاد که به طور هماهنگ با طبیعت ترکیب شده است.

آموزشی:

• توانایی شناخت و درک دنیای اطراف خود را توسعه دهیم، دانش کسب شده را به طور معناداری برای حل مشکلات آموزشی، شناختی و زندگی به کار ببریم.
• توسعه گفتار و تفکر منطقی؛

مربیان:

• پرورش نگرش مراقبتی نسبت به طبیعت اطرافمان، استفاده اقتصادی از منابع طبیعی و نگرش مراقبتی نسبت به جهان.

نوع درس:درس یادگیری مطالب جدید

نوع آموزش:مشکل ساز.

مراحل اصلی درس:

1. معرفی دانش جدید بر اساس تجربیات قبلی.
2. بازتولید دانش جدید.

تجهیزات:

• ضبط ویدئویی برای نشان دادن اکوسیستم شهر و روستا.
• صفحه کار؛
• نمودارهای مرجع؛
• تصاویری از ترکیب معقولی از تمدن و طبیعت.

در طول کلاس ها

I. فعال سازی دانش و تدوین مسئله.

1. بچه ها، امروز اولین درس از آخرین بخش کتاب درسی و کل دوره ما "جهان و انسان" را داریم. عنوان این بخش به نظر من کمی غیر معمول است. چه چیزی آن را تا این حد غیرعادی می کند؟

یک یادداشت روی تابلو وجود دارد: "چگونه باید زندگی کنیم؟"

به نظر می رسد که این سؤال بسیاری از مردم سیاره ما را نگران می کند، صرف نظر از اینکه در چه کشوری زندگی می کنند و به چه زبانی با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. اما نکته اصلی این است که این افراد نسبت به سرنوشت سیاره ما، خانه مشترک ما بی تفاوت نیستند.

من متقاعد شده ام که من و شما نباید کنار بمانیم و به دنبال پاسخ این سوال بگردیم.

میدونی این چیه کنفرانس? و آیا می توان درس ما را نام برد درس - کنفرانس”?

فرهنگ لغت: “کنفرانس- جلسه، نشست سازمان‌های مختلف، از جمله سازمان‌های آموزشی، برای بحث در مورد موضوعات خاص.

(کودکان تفسیر کلمه "کنفرانس" را در صفحه کار می خوانند و در مورد سوال مطرح شده بحث می کنند).

و اکنون من با تأمل در مورد سؤال خاص خود پیشنهاد می کنم "چطور ما زنده؟"و " انسان و جایگاه او در طبیعت” آنچه را که می دانیم و مطالعه کرده ایم به یاد بیاوریم.

2. Blitz - مسابقه "دانش خود را بیازمایید":

1. کوه های اورال اروپا و آسیا را از هم جدا می کند.
2. آمریکا توسط کریستف کلمب کشف شد.
3. ولگا، اوب، ینیسی، لنا، آمور رودخانه های کشور ما هستند.
4. قاره های دیگری در جنوب قطب جنوب وجود دارد.
5. اگر در استفاده از آب، نور، یعنی. صرفه جویی در انرژی، آنگاه طبیعت حفظ خواهد شد و مردم راحت تر زندگی خواهند کرد.
6. صحرای صحرا در آمریکای جنوبی واقع شده است.
7. مسافران از جزیره ای به جزیره دیگر با پای پیاده از یکدیگر دیدن می کردند.
8. جمع آوری گیاهان خوراکی و شکار حیوانات وحشی قدیمی ترین فعالیت بشر است.
9. اکوسیستم جامعه ای از طبیعت زنده و بی جان روی زمین است که در آن همه احساس می کنند در خانه خود هستند.
10. یک سیستم اکولوژیکی سلولی از پوسته زنده زمین است.

(بچه ها به این عبارات گوش می دهند و اگر با عبارت موافق هستند "+" و در صورت مخالفت "-" را در جدول روی صفحه کار قرار می دهند. پس از اتمام کار، معلم چک لیستی را روی تخته آویزان می کند و دانش آموزان تکلیف انجام شده را خود نظارت و بررسی می کنند.).

3. حل جدول کلمات متقاطع به صورت دوتایی.

1. دانشمندی که اکوسیستم ها را مطالعه می کند.
2. موجودات زنده ای که موجودات دیگر را می خورند.
3. کوچکترین "لاشخورها".
4. ارگانیسم هایی که "می خورند" از آنها تغذیه می کنند.

4. گفتگوی مشکل.

بله، اینها دوستان ما لنا و میشا هستند. به آنها گوش کنیم...

لنا:انسان با توسعه علم و فناوری، اکوسیستم های طبیعی را نقض می کند. پس او می تواند بدون آنها زندگی کند؟

میشا:نه، لنا، تو اشتباه می کنی. انسان مانند هر موجود دیگری به اعضای دیگر اکوسیستم خود نیاز دارد، زیرا باید نفس بکشد، بخورد و در چرخه مواد شرکت کند.

و باز هم برای سومین بار همین کلمه را می شنویم. چند نفر از شما به او توجه کردید؟ در واقع این کلمه است "زیست بوم". (روی تابلو ارسال شد).

اکوسیستم چیست؟

(کودکان به فرهنگ لغت در صفحه کار مراجعه می کنند و تعاریف مختلفی را ارائه می دهند.)

چه نوع اکوسیستم هایی وجود دارد؟

- طبیعی- طبیعی؛
- ساختگیاکوسیستم هایی هستند که توسط دست انسان ایجاد شده اند.

مثالی از اکوسیستم های طبیعی بیاورید. اکوسیستم های مصنوعی

5. بیان مسئله.

بچه ها، نظر شما چیست، در کدام یک از اکوسیستم هایی که برشمردید، جایی برای انسان ها، من و شما وجود دارد؟

II. کشف مشارکتی دانش

1. اجازه دهید در کنفرانس خود موضوعاتی را که باید مطالعه و بحث کنیم در نظر بگیریم:

• خانوار دو نفره؛
• یک نفر کجا زندگی می کند؛
• چگونه دستاوردهای علم و فناوری بر زندگی مردم تأثیر می گذارد، چگونه مفید هستند، چرا مضر هستند و چه خطراتی در کمین استفاده از آنها وجود دارد.

2. آشنایی مستقل با دو نوع اقتصاد انسانی از صفحات کتاب درسی.

3. کار جمعی با کلاس از طریق گفتگوی حل مسئله به منظور نظام بخشیدن به دانش کسب شده:

• مردم باستان چه می کردند؟
• آیا آنها در نحوه تهیه غذا با حیوانات وحشی تفاوت داشتند؟
• اگر منابع طبیعی آماده را تصاحب می کردند، پس مزرعه آنها را چه می توان نامید؟ یک کلمه از فعل "مناسب کردن" تشکیل دهید که به این سوال پاسخ دهد که چه نوع مزرعه ای؟ (متخصص).
• چرا مردم بعداً پرورش حیوانات اهلی و گیاهان پرورشی را یاد گرفتند؟
• زندگی مردم از کجا شروع شد؟
• شغل اصلی آنها چه شد؟
• اگر مردم شروع به تولید غذا و سایر محصولات لازم برای زندگی کردند، پس اقتصاد آنها را چه می توان نامید؟ از فعل تولید کردن کلمه ای بسازید که به این سوال پاسخ دهد که چه نوع مزرعه ای؟ (تولید)

4. نمایش دو هرم زیست محیطی:

• کدام یک نماد اقتصاد تصاحب کننده و کدام اقتصاد مولد است؟
• کدام یک از آنها را می توان با یک اکوسیستم طبیعی و کدام یک با یک اکوسیستم مصنوعی مرتبط کرد؟
• به این اکوسیستم چه می‌گویید؟

(اکوسیستم مزرعه، باغ، انبار، مرغداری، دامداری - اکوسیستم کشاورزی)

این اولین اکوسیستم مصنوعی است که توسط مردم ایجاد شده است. دهقانانی که به کار کشاورزی اشتغال دارند در اینجا زندگی می کنند.

دومین اکوسیستم مصنوعی ایجاد شده توسط مردم برای زندگی خود، اکوسیستم شهر است.

اگر مزارع، باغ‌ها و حیاط‌های کشاورزی شبیه اکوسیستم‌های طبیعی باشند، پس شهر از نظر ناهماهنگی با محیط طبیعی قابل توجه است. به جای خش‌خش برگ‌ها و آواز پرندگان، در شهر صدای موتورها، صدای ترمزها، کوبیدن چرخ‌های تراموا روی ریل‌ها می‌شنویم. در دشت، کوه های سنگی از ساختمان های چند طبقه برمی خیزند. متأسفانه گیاهان سبز کمی در شهر وجود دارد. دقیقاً به دلیل کمبود یا نبود فضای سبز است که مردم - شهرنشینان در تعطیلات آخر هفته سعی می کنند شهر را به حومه شهر، به جنگل، برای تنفس هوای تازه و استراحت از سر و صداهای شهر ترک کنند. گاهی اوقات مردم بر این باورند که انسان مدرن تقریباً مستقل از طبیعت است. این یک تصور غلط بسیار خطرناک است.

یاد آوردن! انسان در گذشته، حال و آینده با رشته های نامرئی بسیاری با طبیعت مرتبط است. مراقبش باش!

اما، با وجود همه چیز، شهر اکوسیستمی است که مردم برای زندگی در آن ایجاد کرده اند.

5. کار 2 را در صفحه 59 کامل کنید.

• انسان ها با ایجاد اکوسیستم های مصنوعی چه فرصت هایی به دست آوردند؟
• چه رابطه ای بین اکوسیستم های طبیعی و مصنوعی وجود دارد؟ چرا؟
• قدرت انسان چیست؟
• آیا این همیشه به نفع انسان و محیط زیست بوده است؟
• آیا چرخه در طبیعت بسته است یا خیر؟
• تحت تأثیر مدیریت انسانی چه اتفاقی می افتد؟ (آلودگی محیط زیست، انقراض گیاهان و جانوران، کاهش حاصلخیزی خاک، کمبود سوخت و...)

6. کار 3 را در صفحه 59 کامل کنید.

• عواقب استفاده فرد از قدرتی که دارد چیست؟
• این به چه چیزی منجر می شود؟
• چه چیزی باید اصلاح شود؟
• اگر چرخه بسته شود، این نوع اقتصاد را می توان ... (اکولوژیک) نامید.
• چه باید کرد؟ آیا می توانیم کمک کنیم؟

بیایید به مفهوم برگردیم "زیست بوم".

(تعریف بر روی تابلو درج شده است)

زیست بوم- این چنین پیوند متقابل (مشترک المنافع) طبیعت زنده و بی جان است که در آن همه ساکنان آن احساس می کنند در خانه خود هستند.

7. روی کلمات کلیدی کار کنید:

• مشترک المنافع
• طبیعت زنده
• طبیعت بی جان
• همه؟ همه کی هستند؟
• تو خونه چطوری؟

III. کارگاه کاربردی مستقل و استفاده از دانش کسب شده.

• پاسخ به سوالات صفحه 59.
• 2 تا 3 کار اختیاری را کامل کنید (1، 4، 5، 7، 8).
• جدول صفحه کار را پر کنید. امتیازات خود را محاسبه کنید و متوجه خواهید شد که چقدر از طبیعت در اکوسیستم شهر مراقبت می کنید.

		1
		1
		1
		1
تمام زمستان به پرندگان غذا دادم.		2
من مزاحم پرندگان در لانه نمی شوم.		1
من یک خانه تودرتوی مسکونی برای پرندگان ساختم.		3
		1
درخت کاشتم		5

13-16 امتیاز - شما یک همکار عالی، یک محافظه کار هستید. همه می توانند از شما الگو بگیرند.

9-12 امتیاز - می دانید چگونه با طبیعت دوست شوید.

کمتر از 9 امتیاز - چیزی برای فکر کردن دارید. سعی کنید بیشتر مراقب طبیعت اطراف خود باشید.

IV. جمع بندی درس - کنفرانس.

• تبادل نظر در مورد انجام وظایف؛
• چه چیز جدیدی در درس یاد گرفتید؟
• چرا نیروی انسانی تهدیدی بزرگ برای کل دنیای اطراف ما است؟

انسان دو راه دارد. اولین مورد این است که همه مردم با هم به فضا پرواز کنند و در سیارات دیگر مستقر شوند. اما اگر این امکان پذیر شود، به این زودی نخواهد بود، شاید صدها و صدها سال دیگر.

راه دوم این است که خود را با طبیعت تطبیق دهیم، یاد بگیریم آن را نابود نکنیم، اقتصاد مستقر را مختل نکنیم، و تلاش کنیم تا آنچه را که ویران شده و آسیب دیده است، شروع کنیم. و با طبیعت فعلی با دقت رفتار کنید و از آنچه باقی مانده محافظت کنید. شاید این راه تنها راه ممکن باشد.

V. تکالیف.

درس شماره 12 تکلیف 6.

ضمیمه 1

صفحه کار

دانش آموزان)______________________________

موضوع: چگونه باید زندگی کنیم؟
انسان و جایگاه او در طبیعت.»

طرح.

1. مزرعه دو نفره
2. یک نفر کجا زندگی می کند؟
3. چگونه باید زندگی کنیم؟

تمرین 1. بلیتز - مسابقه.

وظیفه 2. جدول کلمات متقاطع.

1. دانشمندی که اکوسیستم ها را مطالعه می کند.
2. موجودات زنده ای که سایر موجودات (گیاهان و حیوانات) را می خورند.
3. گازی که برای تنفس همه موجودات زنده ضروری است.
4. اکوسیستم از فضا چه چیزی دریافت می کند؟
5. کوچکترین "لاشخورها".
6. موجوداتی که ضایعات و بقایای موجودات زنده را پردازش می کنند.
7. اندام گیاهی که در آن تبدیل مواد بی جان به مواد آلی برای همه موجودات اتفاق می افتد.
8. کود دهی برای افزایش عملکرد گیاه.
9. موجوداتی که می خورند از آنها تغذیه می کنند.
10. لایه حاصلخیز بالای خاک که گیاه از آن آب و مواد مغذی دریافت می کند.

وظیفه 3. کشف مفاهیم جدید.

1.____________________

2.____________________

3.____________________

4.____________________

5.____________________

6.____________________

7.____________________

8.____________?_______

وظیفه 4. جدول - تست.

مطالب مفید	علامت اتمام	نکته ها
وقتی از اتاق خارج می شوم چراغ را خاموش می کنم.		1
وقتی از دستشویی خارج می شوم شیر آب را می بندم.		1
سعی می کنم در جنگل و پارک گل نچینم.		1
من درختان را برای آتش نمی شکنم، بلکه هیزم های مرده را می برم.		1
تمام زمستان به پرندگان غذا دادم.		2
من مزاحم پرندگان در لانه نمی شوم.		1
من یک خانه لانه سازی پرنده درست کردم.		3
من از گیاهان و حیوانات خانگی مراقبت می کنم.		1
درخت کاشتم		5

ضمیمه 2

فرهنگ لغت.

کنفرانس - نشست سازمان های مختلف از جمله سازمان های آموزشی برای بحث در مورد برخی موضوعات خاص.

زیست بوم- موجودات زنده ای که با هم زندگی می کنند و آن قطعه زمینی که در آن احساس می کنند در خانه خود هستند.

زیست بوم- بخش کوچکی از بیوسفر در این سیستم می توانید عناصر زیادی از بیوسفر را پیدا کنید: هوا، خاک، آب، سنگ.

زیست بوم- وحدت طبیعت زنده و بی جان که در آن موجودات زنده حرفه های مختلف به طور مشترک می توانند گردش مواد را حفظ کنند.

زیست بوم -این مجموعه ای از موجودات زنده است که با مکانی که در آن زندگی می کنند متحد هستند.

زیست بوم -این چنین رابطه ای بین طبیعت زنده و بی جان است که در آن همه ساکنان احساس می کنند در خانه خود هستند.