생태계는 우주로부터 무엇을 받으며, 어디에서 오는가? 생태계 - 생물권의 기본 단위
1935 A. Tansley는 "생태계"라는 개념을 도입했습니다. 1940 V.N. 스카체프 – “생물권화”
혼합림 생태계
1 – 식물 2 – 동물 3 – 토양 주민 4 – 공기 5 – 토양 자체
생태계– 역사적으로 특정 영토나 수역에서 개발된 개방형이지만 생물 및 무생물 구성요소로 구성된 통합적이고 안정적인 시스템입니다.
규모에 따른 생태계 분류모든 생태계는 4가지 카테고리로 구분됩니다.
마이크로 생태계
중생태계
거시생태계(수백 킬로미터에 걸쳐 뻗어 있는 거대하고 동질적인 공간(열대림, 바다))
지구생태계(생물권)
개방도에 따른 분류개방성은 환경과 에너지 및 정보를 교환하는 능력을 의미합니다.
외딴
닫은
오픈
분류는 식물과 같은 구성 요소를 기반으로 합니다. 그것은 정성과 생리학이 특징입니다.
생명체에 따른 분류
우디 = 숲
풀밭 = 초원과 대초원
하위 관목 = 툰드라와 사막
생태계 생산성에 따른 분류
사막의 숲
생태계 구조
생태계의 연결 유형
트로피컬(음식)
트로피컬(에너지)
목적론적(정보 제공)
먹이 사슬일련의 식품 단위로, 각각은 살아있는 유기체입니다.
풀 토끼 늑대
영양 수준 – 먹이 피라미드의 모든 수준에 할당된 유기체 그룹입니다.
무스 매
풀 토끼 늑대
여우 남자
영양 연결은 3가지 기능적 유기체 그룹에 의해 수행됩니다.
독립영양생물(식물은 무기물로부터 유기물을 합성하는 유기체이다)
종속영양생물(광합성이나 화학합성을 통해 무기물과 유기물을 합성할 수 없는 생물. 기성물질을 먹는다.)
분해자(파괴자) (생물의 죽은 잔해를 파괴하여 무기 및 단순 유기 화합물로 바꾸는 유기체(박테리아 및 곰팡이))
자연에 존재하는 물질의 작은 (생물학적) 순환
에너지 연결(열대)
제출하다 생태학의 두 가지 법칙
생태학적 축적 에너지의 법칙 이는 신체가 받은 에너지를 복잡한 유기 물질로 농축하고 엄청난 양의 에너지를 축적하는 많은 생태계의 고유한 능력입니다.
영양분 흐름의 법칙
효율성(인간) = 50% 효율성(자연) = 10%
정보통신
생태계에서는 정보가 다양한 방식으로 전송될 수 있습니다.
행동
(아직 식물에서는 알려져 있지 않음)
생태계 속성
무결성은 단일 유기체로 기능하는 생태계의 속성입니다.
탄력성은 외부 시스템을 견딜 수 있는 생태계의 능력입니다.
구성 불변성은 상대적으로 변하지 않은 상태로 종의 구성을 유지하는 생태계의 능력입니다.
자기 조절은 생물학적 기관을 통해 종의 수를 자동으로 조절하는 생태계의 능력입니다.
생물권. 구조와 기능
생물권- 1875년, 오스트리아의 생물학자 Suess.
이것은 대기의 하부, 전체 수권, 살아있는 유기체가 서식하는 지구 암석권의 상부입니다.
생명의 기원 이론
우주론적 이 가설은 생명이 우주에서 왔다는 생각에 바탕을 두고 있습니다.
신학적
AI 이론 오파리나
실험을 위해 Oparin은 설탕 용액이 담긴 병을 가져갔습니다.
방울의 코아세르베이트는 설탕을 흡수했습니다. 세포막의 모습이 나타났습니다.
1924년 오파린은 『생명의 기원』이라는 논문을 출판했고, 1926년에는 V.I. Vernadsky. Vernadsky의 논문에서는 두 가지 가정이 두드러집니다.
자연에서 행성의 생화학적 역할은 살아있는 유기체에 속합니다.
생물권은 복잡한 조직을 가지고 있습니다.
생물권의 구성
Vernadsky는 생물권의 구성을 식별합니다. 7가지 유형의 물질:
둔한– 최초의 생명체가 출현하기 이전에 자연에 존재했던 물질(물, 암석, 화산용암)
비오코스노에- 무생물의 특성을 지닌 유기 물질. 살아있는 유기체(물, 토양, 풍화 지각, 퇴적암, 점토 물질)와 불활성(생물학적) 과정의 공동 활동의 결과입니다.
생물학적– 생활 과정에서 환경으로 방출되는 유기 물질입니다. (대기 가스, 석탄, 석유, 이탄, 석회암, 분필, 산림 쓰레기, 토양 부식질 등)
방사성
흩어진 원자 - 50km
우주 기원의 물질
생명체- 자연 속에 살고 있는 모든 생명체
유기체의 성질
생명의 편재성(Ubiquity of life) - 살아있는 유기체가 어디에서나 살 수 있는 능력
산화 환원 반응 수행
화학 원소를 이동하는 능력
가스 이동 능력
자연에서 물질의 작은 순환을 수행하는 능력
자신의 조직에 화학원소를 축적하고 농축하는 능력
인류는 우주 비행을 시작하기 위해 수백 년 동안 과학자들이 수집한 모든 지식이 필요했습니다. 그리고 인간은 새로운 문제에 직면했습니다. 다른 행성의 식민지화와 장거리 비행을 위해서는 우주비행사에게 음식, 물, 산소를 제공하는 것을 포함하여 폐쇄된 생태계를 개발해야 합니다. 지구에서 2억 킬로미터 떨어진 화성에 식량을 배달하는 것은 비용이 많이 들고 어렵기 때문에, 비행 중이나 화성에서 구현하기 쉬운 제품을 생산하는 방법을 찾는 것이 더 논리적일 것입니다.
미세중력은 씨앗에 어떤 영향을 미치나요? 화성의 중금속이 풍부한 토양에서 재배하면 어떤 야채가 무해할까요? 우주선에 농장을 설치하는 방법은 무엇입니까? 과학자들과 우주 비행사들은 50년 넘게 이러한 질문에 대한 답을 찾아 왔습니다.
그림은 2014년 국제 우주 정거장의 라다 시설에서 식물을 껴안고 있는 러시아 우주 비행사 막심 수라예프를 보여줍니다.
Konstantin Tsiolkovsky는 "천문학의 목표"에서 다음과 같이 썼습니다. "기저부 또는 넓은 개구부가 투명한 구형 표면으로 덮여 있는 긴 원추형 표면 또는 깔때기를 상상해 보겠습니다. 그것은 태양을 직접 향하고 있으며 깔때기는 장축(높이)을 중심으로 회전합니다. 원뿔의 불투명한 내벽에는 식물이 심어진 촉촉한 토양층이 있습니다.” 그래서 그는 식물에 인위적으로 중력을 생성하자고 제안했습니다. 식물은 다작하고 작으며 두꺼운 줄기가 없고 부분이 태양에 노출되지 않는 것을 선택해야 합니다. 이러한 방식으로 식민지화자는 생물학적 활성 물질과 미량 원소를 부분적으로 제공받을 수 있으며 산소와 물이 재생될 수 있습니다.
1962년 OKB-1의 수석 설계자 Sergei Korolev는 다음과 같은 임무를 설정했습니다. "우리는 점차적으로 링크나 블록을 늘려 "Tsiolkovsky에 따른 온실(OR)" 개발을 시작해야 하며 " 우주의 수확.”
K.E.의 원고 Tsiolkovsky "우주 여행 앨범", 1933.
소련은 치올코프스키가 사망한 지 22년 후인 1957년 10월 4일 최초의 인공 지구 위성을 궤도에 발사했습니다. 이미 같은 해 11월, 잡종 라이카는 사람들에게 우주로 가는 길을 열어줄 개 중 첫 번째인 우주로 보내졌습니다. Laika는 비행이 일주일 동안 계획되었지만 단 5 시간 만에 과열로 사망했습니다. 이번에는 충분한 산소와 음식이 있었을 것입니다.
과학자들은 유 전적으로 결정된 방향으로 인해 문제가 발생했다고 제안했습니다. 묘목은 빛을 향해 뻗어야하고 뿌리는 반대 방향으로 늘어납니다. 그들은 오아시스를 개선했고 다음 탐험에서는 새로운 씨앗을 궤도에 올렸습니다.
양파가 자랐습니다. Vitaly Sevastyanov는 화살이 10~15cm에 도달했다고 지구에 보고했습니다. “무슨 화살, 무슨 활? 우리는 이것이 농담이라는 것을 이해합니다. 우리는 당신에게 양파가 아닌 완두콩을 주었습니다.”라고 그들은 지구에서 말했습니다. 비행 엔지니어는 우주 비행사들이 계획 이상으로 전구 두 개를 집에서 가져와 과학자들을 안심시켰다고 대답했습니다. 거의 모든 완두콩이 싹이 트었습니다.
그러나 식물은 꽃을 피우기를 거부했습니다. 이 단계에서 그들은 죽었습니다. 같은 운명이 북극의 버터컵 설치물에서 피어났지만 우주에서는 피어나지 않은 튤립을 기다리고 있었습니다.
그러나 1978년에 우주 비행사 V. Kovalenok과 A. Ivanchenkov가 성공적으로 먹은 양파를 먹을 수 있습니다. 이제 우리는 보상으로 양파를 먹을 수 있게 될지도 모릅니다.”
기술 - 청소년, 1983-04, 6페이지. 오아시스 설치물 속의 완두콩
1980년 4월, 우주비행사 V. 류민(V. Ryumin)과 L. 포포프(L. Popov)는 난초가 피어나는 "공작석(Malachite)" 설치물을 받았습니다. 난초는 나무껍질과 빈 공간에 붙어 있으며, 과학자들은 난초가 지구 중심을 기준으로 특정 방향으로 위치하고 자라는 식물 기관의 능력인 지구성(geotropism)에 덜 민감할 수 있다고 믿습니다. 꽃은 며칠 후에 떨어졌지만 난초는 새로운 잎과 기근을 형성했습니다. 조금 후에 V. Gorbatko와 Pham Tuay의 소련-베트남 승무원이 성장한 Arabidopsis를 가져 왔습니다.
식물은 꽃을 피우고 싶지 않았습니다. 씨앗은 싹이 났지만 예를 들어 난초는 우주에서 꽃을 피우지 않았습니다. 과학자들은 식물이 무중력 상태에 대처하도록 도와야 했습니다. 이는 무엇보다도 뿌리 영역의 전기 자극을 사용하여 수행되었습니다. 과학자들은 지구의 전자기장이 성장에 영향을 미칠 수 있다고 믿었습니다. 또 다른 방법은 인공 중력을 생성하기 위해 Tsiolkovsky가 설명한 계획과 관련이 있습니다. 식물은 원심 분리기에서 재배되었습니다. 원심 분리기가 도움이되었습니다. 콩나물은 원심력의 벡터를 따라 방향이 지정되었습니다. 마침내 우주비행사들은 목표를 달성했습니다. 라이트블럭에 애기장대가 피어났습니다.
아래 이미지의 왼쪽에는 Salyut 7호의 Fiton 온실이 있습니다. 이 궤도 온실에서 처음으로 탈의 근근(애기장대)이 완전한 발달 주기를 거쳐 종자를 생산했습니다. 중앙에는 Salyut-6에서 처음으로 애기장대가 꽃을 피운 "Svetoblok"이 있습니다. 오른쪽에는 Salyut-7 스테이션에 있는 온보드 온실 "Oasis-1A"가 있습니다. 여기에는 반자동 급수, 통기 및 뿌리 전기 자극 시스템이 장착되어 있으며 식물과 함께 식생 혈관을 이동할 수 있습니다. 광원.
"Fiton", "Svetoblok" 및 "Oasis-1A"
식물의 성장과 발달을 연구하기 위한 "사다리꼴" 설치.
씨앗 세트
Salyut-7 역의 비행 기록, Svetlana Savitskaya의 스케치
미르역에는 세계 최초의 자동온실인 스베트(Svet)가 설치됐다. 러시아 우주비행사들은 1990~2000년대에 이 온실에서 6번의 실험을 수행했습니다. 그들은 상추, 무, 밀을 재배했습니다. 1996~1997년에 러시아 과학 아카데미의 의학 및 생물학적 문제 연구소는 우주에서 얻은 식물 종자를 재배할 계획, 즉 2세대 식물을 대상으로 작업할 계획이었습니다. 실험을 위해 우리는 높이가 약 20cm 정도되는 야생 양배추의 잡종을 선택했습니다. 이 식물에는 한 가지 단점이 있었습니다. 우주비행사는 수분을 공급해야 했습니다.
결과는 흥미로웠습니다. 2세대의 씨앗이 우주에서 수신되었고 심지어 싹이 트기까지 했습니다. 그러나 식물은 25cm가 아닌 6cm까지 자랐습니다. 러시아 과학 아카데미의 의학 및 생물학적 문제 연구소 연구원인 Margarita Levinskikh는 다음과 같이 말했습니다. 말한다미국의 우주비행사 마이클 포섬(Michael Fossum)은 식물 수분의 장엄한 작업을 수행했습니다.
우주에서 식물을 키우는 로스코스모스 영상입니다. 4:38 - 미르(Mir) 역에 식물
2014년 4월 SpaceX의 Dragon 화물선은 채소 재배 시설을 국제 우주 정거장에 전달했으며, 3월에는 우주비행사들이 궤도 화분 테스트를 시작했습니다. 설치는 빛과 영양분 공급을 제어합니다. 2015년 8월, 우주비행사 메뉴에서 미세중력 조건에서 재배되었습니다.
국제우주정거장에서 재배한 상추
이것이 미래의 우주정거장 농장의 모습입니다.
국제 우주 정거장의 러시아 구역에는 Plants-2 실험을 위한 Lada 온실이 있습니다. 2016년 말이나 2017년 초에 Lada-2 버전이 탑재될 예정입니다. 러시아 과학 아카데미의 의학 및 생물학적 문제 연구소가 이러한 프로젝트를 진행하고 있습니다.
우주 원예는 무중력 실험에만 국한되지 않습니다. 다른 행성을 식민지화하려면 인간은 지구와 다른 토양, 다른 구성을 가진 대기에서 농업을 개발해야 합니다. 2014년 생물학자 Michael Mautner는 운석 토양에서 아스파라거스와 감자를 요리했습니다. 재배에 적합한 토양을 얻기 위해 운석을 분쇄하여 분말로 만들었습니다. 그는 실험적으로 박테리아, 미세한 곰팡이, 식물이 외계 토양에서 자랄 수 있다는 것을 증명할 수 있었습니다. 대부분의 소행성의 물질에는 인산염, 질산염, 때로는 물이 포함되어 있습니다.
운석 토양에서 자란 아스파라거스
모래와 먼지가 많은 화성의 경우 암석을 갈아낼 필요가 없을 것이다. 그러나 토양의 구성이라는 또 다른 문제가 발생할 것입니다. 화성의 토양에는 중금속이 포함되어 있으며 식물에서는 그 양이 증가하여 인간에게 위험합니다. 네덜란드 과학자들은 화성의 토양을 모방해 2013년부터 여러 종류의 식물 10종을 재배했습니다.
실험 결과, 과학자들은 화성 모의 토양에서 자란 완두콩, 무, 호밀, 토마토에 함유된 중금속 함량이 인간에게 위험하지 않다는 것을 발견했습니다. 과학자들은 계속해서 감자와 기타 작물을 연구하고 있습니다.
Wager Wamelink 연구원이 시뮬레이션된 화성 토양에서 자란 식물을 검사합니다. 사진: Joep Frissel/AFP/Getty 이미지
지구와 시뮬레이션된 달 및 화성 토양에서 수확된 작물의 금속 함량
중요한 임무 중 하나는 폐쇄적인 생명 유지주기를 만드는 것입니다. 식물은 이산화탄소와 승무원 배설물을 받고 그 대가로 산소를 공급하고 식량을 생산합니다. 과학자들은 단백질 45%, 지방 및 탄수화물 20%를 함유한 단세포 조류 클로렐라를 식품으로 사용할 가능성이 있습니다. 그러나 이론적으로 영양가가 높은 이 음식은 세포벽이 촘촘하기 때문에 인간이 소화할 수 없습니다. 이 문제를 해결하는 방법이 있습니다. 세포벽은 열처리, 미세 분쇄 또는 기타 방법을 사용하는 기술적 방법을 사용하여 분해될 수 있습니다. 우주비행사가 음식과 함께 섭취하는 클로렐라를 위해 특별히 개발된 효소를 섭취할 수 있습니다. 과학자들은 또한 인간 효소에 의해 벽이 분해될 수 있는 GMO 클로렐라를 개발할 수도 있습니다. 클로렐라는 현재 우주에서의 영양으로는 사용되지 않지만 폐쇄된 생태계에서는 산소를 생산하는 데 사용됩니다.
클로렐라 실험은 Salyut-6 궤도 정거장에서 수행되었습니다. 1970년대에는 미세 중력 상태가 인체에 부정적인 영향을 미치지 않는다고 여전히 믿었습니다. 정보가 너무 적었습니다. 그들은 또한 수명이 4시간밖에 지속되지 않는 클로렐라를 사용하여 살아있는 유기체에 미치는 영향을 연구하려고 했습니다. 지구에서 자라는 클로렐라와 비교하면 편리했어요.
IFS-2 장치는 곰팡이, 조직 배양 및 미생물, 수생 동물의 성장을 위해 고안되었습니다.
70년대부터 소련에서는 폐쇄형 시스템에 대한 실험이 진행되었습니다. 1972년에 "BIOS-3" 작업이 시작되었습니다. 이 시스템은 여전히 유효합니다. 이 단지에는 통제된 인공 조건(식물성 식물)에서 식물을 재배하기 위한 챔버가 갖추어져 있습니다. 그들은 밀, 대두, 추푸 상추, 당근, 무, 사탕무, 감자, 오이, 밤색, 양배추, 딜, 양파를 재배했습니다. 과학자들은 물과 공기에서 거의 100% 폐쇄 순환을 달성할 수 있었고 영양에서는 최대 50-80%까지 달성할 수 있었습니다. 국제 폐쇄생태계센터의 주요 목표는 다양한 수준의 복잡성을 지닌 시스템의 기능 원리를 연구하고 그 생성을 위한 과학적 기반을 개발하는 것입니다.
화성 비행과 지구 귀환을 시뮬레이션하는 주목할만한 실험 중 하나는 다음과 같습니다. 519일 동안 6명의 자원봉사자가 폐쇄된 단지에 갇혀 있었습니다. 이 실험은 로코스모스와 러시아 과학 아카데미가 주최했으며 유럽 우주국이 파트너가 되었습니다. "배 안에"두 개의 온실이있었습니다. 한 곳에서는 양상추가 자랐고 다른 곳에서는 완두콩이 자랐습니다. 이 경우 목표는 우주에 가까운 조건에서 식물을 키우는 것이 아니라 승무원에게 식물이 얼마나 중요한지 알아내는 것이었습니다. 따라서 온실 문을 불투명 필름으로 밀봉하고 센서를 설치하여 각 개구부를 기록했습니다. 왼쪽 사진에서 Mars 500 승무원 Marina Tugusheva는 실험의 일환으로 온실에서 작업하고 있습니다.
"Mars-500"의 또 다른 실험은 GreenHouse입니다. 아래 영상에서 탐험대원 알렉세이 시트네프(Alexey Sitnev)가 실험에 대해 이야기하고 다양한 식물이 있는 온실을 보여줍니다.
그 사람에게는 많은 기회가 있을 것입니다. 착륙 중에 충돌하거나, 표면에서 얼어붙거나, 단순히 비행하지 못할 위험이 있습니다. 그리고 당연히 굶어 죽습니다. 식물 재배는 식민지 형성에 필요하며 과학자와 우주비행사는 이 방향으로 연구하고 있으며 미세 중력 조건뿐만 아니라 화성과 달의 시뮬레이션 토양에서도 일부 종을 재배하는 성공적인 사례를 보여줍니다. 우주 식민지 주민들은 확실히 기회를 갖게 될 것입니다.
Yuri Abolonko(Smolensk)가 스캔하고 처리함
생활, 과학, 기술의 새로운 내용
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우주학, 천문학
7/1989
1971년부터 매월 발행됩니다.
유.이.그리신
인공 공간 생태계
이번 호의 첨부 파일:
우주 여행
우주학 연대기
천문학 뉴스
출판사 "지식"모스크바 1989
BBK 39.67
G82
편집자 I. G. 비르코
| 소개 | 3 |
| 자연 생태계의 인간 | 5 |
| 승무원이 탄 우주선은 인공생태계 | 11 |
| 생물학적 주기에서 물질의 릴레이 경주 | 21 |
| 생태계에는 효율성이 있나요? | 26 |
| 인공 및 자연 생물권 생태계: 유사점과 차이점 | 32 |
| 우주 승무원을 위한 생물학적 생명 유지 시스템 | 36 |
| 생물학적 생명 유지 시스템의 주요 연결고리인 녹색 식물 | 39 |
| 성과 및 전망 | 44 |
| 결론 | 53 |
| 문학 | 54 |
애플리케이션 | |
| 우주 여행 | 55 |
| 우주 비행의 연대기 | 57 |
| 천문학 뉴스 | 60 |
그리신 Yu.I.
| G82 |
ISBN 5-07-000519-7
이 브로셔는 우주선 승무원의 생명 유지 문제와 미래의 장기 우주 구조에 대해 다루고 있습니다. 인간과 기타 생물학적 연결을 포함한 다양한 인공 생태계 모델이 고려됩니다. 이 브로셔는 광범위한 독자를 대상으로 제작되었습니다.
3500000000BBK 39.67
ISBN 5-07-000519-7© 출판사 "지식", 1989
소개
21세기 초는 지구 문명 발전의 역사에 태양주위 공간 탐사의 질적으로 새로운 단계로 기록될 수 있습니다. 즉, 사람들이 이러한 물체에 오랫동안 머무르면서 자연 및 인공적으로 창조된 우주 물체를 직접 정착시키는 것입니다.
최근에는 최초의 인공 지구 위성이 지구 저궤도 우주 궤도로 발사되었고(1957), 최초의 저공비행 및 달 뒷면 사진이 촬영되었으며(1959), 최초의 인간이 우주에 있었습니다(Yu.A). Gagarin, 1961), 인간의 우주 유영 순간을 담은 흥미진진한 영화가 텔레비전에 상영되었고(A. A. Leonov, 1965) 달 표면에 있는 우주비행사의 첫 번째 단계가 시연되었습니다(N. Armstrong 및 E. Aldrin, 1969). 그러나 매년 우주 시대의 이러한 사건과 기타 많은 뛰어난 사건은 과거의 일이 되고 역사가 됩니다. 사실 그것들은 우주를 천문학적 공간일 뿐만 아니라 미래의 인간 거주와 삶을 위한 환경으로 간주했던 위대한 K. E. Tsiolkovsky가 공식화한 아이디어의 구체화의 시작일 뿐입니다. 그는 “생명이 우주 전체에 분포되어 있지 않고 행성에 국한되어 있다면 이 생명은 종종 불완전하고 슬픈 종말을 맞이할 것”이라고 믿었습니다(1928).
오늘날 인류의 생물학적 진화에 대한 가능한 옵션은 지구 외부 인구의 상당 부분의 정착, 가능한 우주 탐험 모델의 개발, 우주 프로그램이 자연, 경제 및 환경에 미치는 혁신적인 영향과 관련하여 이미 예측되고 있습니다. 사회적 관계가 평가되고 있습니다. 폐쇄형 생명공학 생명 유지 시스템을 사용하는 우주 거주지의 부분적 또는 완전한 자급자족 문제, 달 및 행성 기지 건설 문제, 우주 산업 및 건설, 외계 에너지원 및 재료 사용 문제도 고려되고 해결됩니다.
K. E. Tsiolkovsky의 말이 실현되기 시작했습니다. "인류는 지구에 영원히 머물지 않을 것이지만 빛과 공간을 추구하면서 먼저 소심하게 대기를 넘어 침투 한 다음 태양 주위 공간 전체를 정복 할 것입니다"(1911).
최근 국제 회의 및 우주 협력에 관한 포럼에서 지구 및 태양계 근처 우주에 대한 과학 연구, 화성, 달 및 기타 태양계 행성에 대한 연구를 더욱 확대하기 위한 우주 협력에 관한 포럼에서 다음과 같은 희망이 표현되었습니다. 막대한 물적, 기술적 자원과 재정적 비용이 소요되는 대규모 우주 프로그램은 국제 협력의 틀 안에서 많은 국가의 공동 노력을 통해 수행될 것입니다. 고르바초프는 공산주의 운동의 해외 대표자들에게 한 연설에서 “인류의 집단적 정신만이 지구에 가까운 공간, 더 나아가 태양에 가까운 공간, 항성 공간으로 이동할 수 있다”고 말했습니다. 10월 혁명 70주년을 맞는다.
인간이 우주 공간을 추가로 탐사하기 위한 가장 중요한 조건 중 하나는 지구에서 멀리 떨어진 우주 정거장, 우주선, 행성 및 달 기지에서 장기간 체류하고 일하는 동안 사람들의 생명과 안전한 활동을 보장하는 것입니다.
오늘날 많은 국내외 연구자들이 믿는 것처럼 이 가장 중요한 문제를 해결하는 가장 편리한 방법은 장기간 거주하는 우주 구조물에서 폐쇄형 생명공학 생명 유지 시스템, 즉 인간과 기타 생물학적 연결을 포함하는 인공 우주 생태계를 만드는 것입니다. .
이 책자에서 우리는 그러한 시스템을 구축하는 기본 원리의 개요를 설명하고, 우주 생명공학 생명 유지 시스템 구축을 준비하기 위해 수행된 대규모 지상 기반 실험 결과에 대한 정보를 제공하며, 여전히 해결해야 할 문제를 지적하려고 노력할 것입니다. 우주 조건에서 이러한 시스템의 기능에 필요한 신뢰성을 보장하기 위해 지구와 우주에서 해결됩니다.
자연 생태계 속의 인간
사람을 장거리 우주 여행으로 보내기 전에 먼저 질문에 답하려고 노력할 것입니다. 그가 지구에서 정상적으로 살고 유익하게 일하려면 무엇이 필요하며 지구에서 인간의 생명 유지 문제는 어떻게 해결됩니까?
유인 우주선, 궤도 정거장, 외계 구조물 및 기지의 승무원을 위한 생명 유지 시스템을 만들려면 이러한 질문에 대한 답이 필요합니다. 우리는 지구를 46억년 동안 태양 주위를 끝없이 궤도 우주 비행해 온 거대한 자연 기원 우주선으로 정당하게 간주할 수 있습니다. 오늘날 이 배의 승무원은 50억 명으로 구성되어 있습니다. 20세기 초에 급속히 증가하는 지구의 인구. 인구는 16억 3천만 명, 21세기의 문턱에 와 있습니다. 이미 60억에 도달해야 하며, 이는 지구상의 인간 생명 유지를 위한 상당히 효과적이고 신뢰할 수 있는 메커니즘이 존재한다는 최고의 증거입니다.
그렇다면 지구상의 사람이 정상적인 생활과 활동을 보장하려면 무엇이 필요합니까? 짧지만 포괄적인 대답을 하는 것은 거의 불가능합니다. 인간의 삶, 활동 및 관심의 모든 측면은 너무 광범위하고 다면적입니다. 인생의 적어도 하루를 자세히 복원하면 사람이 그다지 필요하지 않다는 것을 알게 될 것입니다.
기본적인 생리적 필요인 음식, 물, 공기에 대한 개인의 요구를 충족시키는 것은 정상적인 생활과 활동의 주요 조건입니다. 그러나이 상태는 다른 상태와 불가분의 관계가 있습니다. 인체는 다른 생명체와 마찬가지로 신체 내부 및 외부 환경과의 신진 대사 덕분에 활발하게 존재합니다.
인체는 환경으로부터 산소, 물, 영양소, 비타민, 무기염을 섭취하여 이를 사용하여 장기와 조직을 만들고 재생하는 동시에 음식에 포함된 단백질, 지방, 탄수화물로부터 생명에 필요한 모든 에너지를 얻습니다. 노폐물은 신체에서 환경으로 배설됩니다.
알려진 바와 같이, 인체의 신진대사와 에너지의 강도는 성인이 산소 없이는 단 몇 분, 물 없이는 약 10일, 음식 없이는 최대 2개월 동안 생존할 수 있을 정도입니다. 인체가 변화를 겪지 않는다는 외부 인상은 기만적이고 잘못된 것입니다. 신체의 변화는 지속적으로 발생합니다. A.P. Myasnikov(1962)에 따르면 체중이 70kg인 성인의 하루 동안 4,500억 개의 적혈구, 220억~300억 개의 백혈구, 2,700억~4,300억 개의 혈소판이 교체되어 죽고 약 125g의 단백질이 파괴됩니다. 다운 , 지방 70g과 탄수화물 450g으로 3000kcal 이상의 열 방출, 위장관 상피 세포의 50%, 골격 뼈 세포의 1/75 및 전체 뼈 세포의 1/20 신체의 외피 피부 세포가 회복되고 죽습니다(즉, 사람은 20일마다 완전히 "피부를 바꿉니다"). 머리털 약 140개와 전체 속눈썹의 1/150이 빠지고 새 것으로 교체됩니다. 평균적으로 23,040번의 들숨과 날숨이 이루어지며, 11,520리터가 폐 공기를 통과하고, 460리터의 산소가 흡수되고, 403리터의 이산화탄소와 최대 30g의 고밀도 물질을 포함하는 1.2~1.5리터의 소변이 몸에서 배설됩니다. , 0.4 리터가 폐를 통해 증발되고 10g의 밀도 물질, 20g의 피지를 포함하는 약 0.6 리터의 물이 형성됩니다.
이것이 단 하루 동안의 사람의 신진대사의 강도입니다!
따라서 사람은 평생 동안 음식의 분해 및 산화, 음식에 저장된 화학 에너지의 방출 및 변형으로 인해 신체에서 생성된 대사 산물과 열에너지를 지속적으로 방출합니다. 방출된 대사 산물과 열은 신체에서 지속적으로 또는 주기적으로 제거되어야 하며 생리적, 신체적, 정신적 활동 정도에 따라 신진대사의 양적 수준을 유지하고 신체 간 물질과 에너지 교환의 균형을 보장해야 합니다. 그리고 환경.
사람의 이러한 기본 생리적 요구가 일상 생활에서 어떻게 실현되는지 누구나 알고 있습니다. 우주선 "지구"의 50억 승무원은 지구의 매장량과 제품을 기반으로 삶에 필요한 모든 것을 받거나 생산합니다. , 물을주고 옷을 입히고 숫자를 늘리는 데 도움을 주며 대기로 우주 광선의 부작용으로부터 모든 생명체를 보호합니다. 인간과 자연 사이의 주요 "상품 교환"의 규모를 명확하게 나타내는 몇 가지 수치를 제시해 보겠습니다.
인간의 첫 번째 지속적인 욕구는 공기를 호흡하는 것입니다. “공기를 너무 많이 마실 수는 없다”는 러시아 속담이 있습니다. 각 사람이 매일 평균 800g의 산소를 필요로 한다면 지구 전체 인구는 연간 15억 톤의 산소를 소비해야 합니다. 지구 대기에는 재생 가능한 엄청난 양의 산소 매장량이 있습니다. 지구 대기의 총 중량은 약 5 ∙ 10 15 톤이며 산소는 약 1/5이며 이는 전체 연간 산소 소비량보다 거의 700,000 배 더 많습니다. 지구의 인구. 물론 사람 외에도 대기 산소는 동물계에서 사용되며 지구상에서 그 규모가 엄청난 다른 산화 과정에도 소비됩니다. 그러나 역환원 과정도 그만큼 강렬합니다. 광합성 덕분에 태양의 복사 에너지로 인해 육상, 바다 및 해양의 식물은 산화 과정에서 살아있는 유기체가 방출한 이산화탄소를 다양한 유기 화합물로 지속적으로 결합합니다. 분자 산소의 동시 방출. 지구화학자들에 따르면 지구상의 모든 식물은 매년 4,000억 톤의 산소를 방출하는 동시에 1,500억 톤의 탄소(이산화탄소)와 250억 톤의 수소(물)를 결합합니다. 이 생산량의 9/10은 수생 식물에서 생산됩니다.
결과적으로 인간에게 공기 산소를 공급하는 문제는 주로 식물의 광합성 과정을 통해 지구상에서 성공적으로 해결됩니다.
인간에게 다음으로 가장 중요한 필요는 물입니다.
인체에서는 대사 과정의 수많은 생화학 반응이 일어나는 환경입니다. 인체 체중의 2/3를 차지하는 물은 중요한 기능을 보장하는 데 큰 역할을 합니다. 물은 신체에 영양분 공급, 흡수, 분포, 동화뿐만 아니라 대사 최종 산물의 방출과도 관련이 있습니다.
물은 음료와 음식의 형태로 인체에 들어갑니다. 성인의 신체에 필요한 물의 양은 하루 1.5~2리터에서 10~15리터까지 다양하며 신체 활동 및 환경 조건에 따라 다릅니다. 신체의 탈수 또는 수분 섭취의 과도한 제한은 기능의 급격한 중단과 대사산물, 특히 질소에 의한 중독을 초래합니다.
개인이 위생 및 가정의 필요(세탁, 세탁, 생산, 축산 등)를 충족하려면 추가 양의 물이 필요합니다. 이 양은 생리적 기준을 크게 초과합니다.
지구 표면에 있는 물의 양은 엄청나며 그 부피는 13.7 ∙ 10 8 km 3 입니다. 그러나 식수로 적합한 담수 공급은 여전히 제한적입니다. 지구상의 물 순환의 결과로 대륙 표면에 연간 평균적으로 떨어지는 강수량 (담수)의 양은 약 100,000km 3 (지구의 총 강수량의 1/5)에 불과합니다. 그리고 이 양 중 극히 일부만이 인간이 효과적으로 사용합니다.
따라서 우주선 지구에서는 물 공급이 무제한이라고 간주될 수 있지만 깨끗한 담수를 소비하려면 경제적인 접근 방식이 필요합니다.
음식은 인체를 조직 구성 요소의 합성, 세포 및 구조 요소의 재생과 관련된 에너지 및 물질의 원천으로 사용합니다. 신체는 음식과 함께 공급되는 단백질, 지방 및 탄수화물의 생물학적 산화 과정을 지속적으로 수행합니다. 영양가 있는 식단에는 필요한 양의 아미노산, 비타민 및 미네랄이 포함되어야 합니다. 일반적으로 소화관의 효소에 의해 더 단순한 저분자 화합물(아미노산, 단당류, 지방산 등)로 분해되는 식품 물질은 혈액을 통해 흡수되어 몸 전체에 분포됩니다. 식품 산화의 최종 생성물은 대부분 이산화탄소와 물이며, 이는 폐기물로 신체에서 배설됩니다. 음식이 산화되는 동안 방출되는 에너지는 부분적으로 에너지가 풍부한 화합물의 형태로 체내에 저장되고, 부분적으로는 열로 변환되어 환경에서 소산됩니다.
신체에 필요한 음식의 양은 주로 신체 활동의 강도에 따라 달라집니다. 기초 대사 에너지, 즉 사람이 완전한 휴식을 취할 때의 신진 대사는 하루 평균 1700kcal입니다(30세 미만, 체중 70kg 이하 남성의 경우). 이 경우 생리적 과정(호흡, 심장 기능, 장 운동성 등)을 구현하고 정상 체온(36.6°C)을 일정하게 유지하는 데에만 소비됩니다.
사람의 신체적, 정신적 활동에는 신체의 에너지 소비가 증가하고 더 많은 음식 소비가 필요합니다. 적당한 정신적, 육체적 작업 중 개인의 일일 에너지 소비량은 약 3000kcal인 것으로 확인되었습니다. 사람의 일일 식단은 동일한 칼로리 함량을 가져야 합니다. 식단의 칼로리 함량은 단백질(4.1kcal), 지방(9.3kcal) 및 탄수화물(4.1kcal) 1g이 완전히 산화되는 동안 방출되는 열의 알려진 값을 기반으로 대략 계산됩니다. 식단에서 단백질, 지방 및 탄수화물의 적절한 비율은 사람의 생리적 필요에 따라 의학에 의해 설정되며 단백질 70~105g, 지방 50~150g, 탄수화물 300~600g을 포함합니다. 다이어트의 한 칼로리 값 내에서. 단백질, 지방 및 탄수화물의 식단 구성의 변화는 일반적으로 신체의 신체 활동의 변화로 인해 발생하지만 개인의 습관, 국가의 식습관 전통, 특정 식품의 가용성 및 물론, 영양적 필요를 충족시킬 수 있는 구체적인 사회적 기회도 있습니다.
각 영양소는 신체에서 특정 기능을 수행합니다. 이는 특히 다른 영양소의 일부는 아니지만 인체에서 자체 단백질을 복원하는 데 필요한 질소를 포함하는 단백질에 적용됩니다. 성인의 몸에서는 하루에 최소 17g의 자체 단백질이 파괴되는 것으로 추정되며, 이는 음식을 통해 회복되어야 합니다. 그러므로 이 양의 단백질은 모든 사람의 식단에 필요한 최소량입니다.
지방과 탄수화물은 대체로 서로 대체될 수 있지만 특정 한도까지 가능합니다.
일반 인간 식품은 신체에 필요한 단백질, 지방 및 탄수화물을 완전히 충족하고 필요한 미네랄과 비타민도 공급합니다.
그러나 산소(공기)와 식수의 무제한 공급은 지구상에서 여전히 충분하고 그 소비는 일반적으로 건조한 특정 지역에서만 엄격하게 배급되는 반면, 식품의 양은 낮은 수준으로 제한됩니다. 식물 – 동물 – 인간의 세 가지 주요 수준으로 구성된 자연 영양(식품) 주기의 생산성. 실제로 식물은 지구에 들어오는 태양 에너지의 0.2%만을 사용하여 바이오매스를 형성합니다. 동물이 식량으로 식물 바이오매스를 소비할 때, 동물은 자신의 필요를 위해 흡수한 에너지의 10~12%만을 소비합니다. 궁극적으로 사람은 동물성 식품을 섭취함으로써 초기 태양 에너지의 매우 낮은 활용률로 신체의 에너지 요구를 충족시킵니다.
영양 요구를 충족시키는 것은 항상 인간의 가장 어려운 과제였습니다. 지구 대부분이 생물학적 생산성이 낮은 바다와 사막으로 덮여 있기 때문에 이 방향으로 자연의 능력을 수동적으로 사용하는 것은 제한적입니다. 안정적이고 유리한 기후 조건을 특징으로 하는 지구의 특정 지역만이 물질의 높은 일차 생산성을 제공하는데, 이는 인간 영양 요구의 관점에서 항상 허용되는 것은 아닙니다. 지구 인구의 증가, 기후 조건이 좋지 않은 지역을 포함하여 지구의 모든 대륙과 지리적 영역에 걸친 분산, 자연 식품 공급원의 점진적인 고갈로 인해 지구상의 식량 수요를 충족시키는 상태가되었습니다. 보편적인 인간의 문제. 오늘날 전 세계적으로 식이성 단백질의 적자량만 해도 연간 1,500만 톤에 달하는 것으로 알려져 있습니다. 이는 전 세계적으로 최소 7억 명의 사람들이 체계적으로 영양실조에 시달리고 있음을 의미합니다. 그리고 이것은 인류가 20세기 말에 존재했다는 사실에도 불구하고 말입니다. 일반적으로 상당히 높은 사회 조직, 과학, 기술, 산업 및 농업 생산 발전의 주요 성과, 지구의 생물권 구성의 통일성에 대한 깊은 이해로 구별됩니다.
식품은 인간뿐만 아니라 모든 동물에게 중요한 환경적 요인이다. 식량의 가용성, 다양성, 품질 및 수량에 따라 생물체 집단의 특성(생식률 및 사망률, 기대 수명, 발달 속도 등)이 크게 바뀔 수 있습니다. 아래에서 볼 수 있듯이 살아있는 유기체 사이의 식량(영양) 연결은 물질의 생물권(육상) 생물학적 순환과 인간을 포함하는 인공 생태계의 기초가 됩니다.
인류가 지구의 자원을 보다 합리적이고 신중하게 사용하고, 환경적으로 건전한 방식으로 자연을 변화시키는 문제를 해결하고, 군비 경쟁을 없애고, 핵무기로 끝.
V.I. Vernadsky가 공식화 한 지구상 인류의 생명 유지 문제를 해결하기위한 과학적 근거는 지구의 생물권이 지식권, 즉 과학적 사고에 의해 변화되고 모든 것을 충족하도록 변형 된 생물권으로의 전환에 있습니다. 수적으로 성장하는 인류의 요구(이성의 영역). V.I. Vernadsky는 지구에서 시작된 지식권이 인간이 별 주위 공간을 탐험함에 따라 공간의 특별한 구조적 요소로 변해야 한다고 가정했습니다.
승무원이 탑승한 우주선 - 인공 생태계
우주선 승무원에게 신선하고 다양한 음식, 깨끗한 물, 생명을 주는 공기를 제공하는 문제를 어떻게 해결합니까? 당연히 가장 간단한 대답은 필요한 모든 것을 가져가는 것입니다. 단기 유인 비행의 경우에는 이렇게 합니다.
비행 시간이 길어질수록 더 많은 소모품이 필요합니다. 따라서 일부 소모성 물질(예: 물)을 재생하고, 인간 폐기물과 일부 선박 시스템의 기술 공정에서 발생하는 폐기물(예: 재생 이산화탄소 흡착제)을 처리하여 이러한 물질을 재사용하고 초기 매장량을 줄여야 합니다.
이상적인 해결책은 거주 공간 "집"의 제한된 부피 내에서 물질의 완전한(또는 거의 완전한) 순환을 구현하는 것 같습니다. 그러나 이러한 복잡한 솔루션은 1.5~3년 이상 지속되는 대규모 우주 탐험에만 유익하고 실제로 실행 가능합니다(A. M. Genin, D. Talbot, 1975). 그러한 탐사에서 물질 순환을 생성하는 결정적인 역할은 일반적으로 생합성 과정에 할당됩니다. 승무원에게 음식, 물, 산소를 공급하고 대사 산물을 제거 및 처리하고 선박, 역 등의 승무원 서식지에 필요한 매개변수를 유지하는 기능은 소위 생명 유지 시스템(LSS)에 할당됩니다. ). 우주 승무원을 위한 주요 생명 유지 시스템 유형의 개략도가 그림 1에 나와 있습니다. 1.
 쌀. 1. 우주 승무원을 위한 주요 생명 유지 시스템 유형: 1 – 예비 시스템(모든 폐기물이 제거됨) 2 – 물질의 부분적인 물리적, 화학적 재생(PCR)이 포함된 매장량 시스템(폐기물의 일부는 제거되고, 매장량의 일부는 재생될 수 있음) 3 – 폐기물 교정 장치(BC)를 갖춘 식물(BR)에 의한 부분적인 FCR 및 물질의 부분적인 생물학적 재생을 갖춘 시스템; 4 - 완전 폐쇄형 물질 재생 시스템(미량첨가제에 의해 예비량이 제한됨) 명칭: E – 복사 또는 열에너지, IE – 에너지원, O – 폐기물, BB – 동물이 포함된 바이오블록, 점선 – 선택적 공정 |
우주 승무원의 생명 유지 시스템은 매우 복잡한 복합체입니다. 우주 시대의 30년은 소련 우주선 Vostok 및 Soyuz, American Mercury, Gemini 및 Apollo는 물론 Salyut 및 Skylab 궤도에서 성공적으로 작동된 생성된 생명 유지 시스템의 충분한 효율성과 신뢰성을 확인했습니다. 역 " 향상된 생명 유지 시스템을 갖춘 Mir 연구 단지의 작업은 계속됩니다. 이 모든 시스템은 다양한 국가에서 온 200명 이상의 우주 비행사에게 비행을 제공했습니다.
우주 비행에 사용되어 왔고 현재 사용되고 있는 생명 유지 시스템의 구축 및 작동 원리는 널리 알려져 있습니다. 이는 물리적 및 화학적 재생 공정의 사용을 기반으로 합니다. 동시에 우주 LSS에서 생합성 과정을 사용하는 문제, 더욱이 우주 비행을 위한 폐쇄형 생명공학 LSS를 구축하는 문제는 여전히 열려 있습니다.
일반적으로, 특히 우주선에서 그러한 시스템의 실제 구현 가능성과 타당성에 대한 서로 다른, 때로는 정반대의 관점이 있습니다. 반대 주장은 다음과 같습니다: 복잡성, 지식 부족, 에너지 집약도, 신뢰성 없음, 부적응성 등. 그러나 대다수의 전문가들은 이러한 모든 문제를 해결할 수 있으며 생명공학 생명 유지 시스템의 사용을 다음과 같이 간주합니다. 미래의 대규모 우주 정착지, 달, 행성 및 행성 간 기지 및 기타 원격 외계 구조물 - 불가피합니다.
승무원의 생명 유지 시스템에 생물체의 수많은 기술 장치와 함께 생물체 발달의 복잡한 법칙에 따라 기능이 수행되는 포함하려면 생명공학 형성에 대한 질적으로 새로운 생태학적 접근이 필요합니다. 모든 링크에서 물질과 에너지 흐름의 안정적인 동적 평형과 일관성을 달성해야 하는 생명 유지 시스템입니다. 이런 의미에서 거주 가능한 모든 우주선은 인공 생태계로 간주되어야 합니다.
사람이 거주하는 우주선에는 미생물총을 가진 사람(승무원)과 같이 활발하게 작동하는 생물학적 링크가 하나 이상 포함되어 있습니다. 동시에 인간과 미생물은 우주선에서 인위적으로 생성된 환경과 상호 작용하여 존재하며 물질과 에너지의 흐름 측면에서 생물학적 시스템의 안정적인 동적 평형을 보장합니다.
따라서 물질 매장량이 있고 다른 생물학적 연결이 없기 때문에 우주선 승무원의 생명을 완전히 제공하더라도 거주 가능한 우주선은 이미 인공 우주 생태계입니다. 물질적으로는 외부 환경(외부 공간)으로부터 완전히 또는 부분적으로 격리될 수 있지만, 이 환경으로부터의 에너지(열) 격리는 완전히 배제됩니다. 환경과의 지속적인 에너지 교환 또는 최소한 지속적인 열 제거는 인공 우주 생태계가 기능하는 데 필요한 조건입니다.
21세기는 인류에게 우주 공간의 추가 탐사에 있어 새롭고 더욱 야심찬 과제를 제시하고 있습니다. (물론 인류가 이러한 과제를 21세기에 설정하고 있다고 말하는 것이 더 정확할 것이다.) 미래 우주 생태계의 구체적인 모습은 우주구조물(행성간 유인우주선, 근접우주선)의 목적과 궤도에 따라 결정될 수 있다. 지구 궤도 관측소, 달 기지, 화성 기지, 건설 공간 플랫폼, 소행성 주거 구조물 복합 단지 등), 승무원 규모, 작동 기간, 전원 공급 장치 및 기술 장비, 물론 특정 기술의 준비 정도에 따라 결정됩니다. 통제된 생합성 과정과 생태계의 생물학적 연결에서 물질과 에너지의 통제된 변형 과정을 포함한 과정.
오늘날 우리는 첨단 우주 연구의 임무와 프로그램이 대략 2000년까지 소련과 미국에서 국가 차원에서 정의되었다고 말할 수 있습니다. 다음 세기의 임무에 관해 과학자들은 여전히 예측의 형태로 말하고 있습니다. 따라서 1984년에 발표된 연구(1979년에 Rand Corporation의 직원이 미국과 영국의 주요 전문가 15명을 대상으로 한 설문 조사를 통해 수행)의 결과는 다음 표에 반영된 그림을 보여줍니다.
| 연령 | 무대의 내용 |
| 2020 –2030 | 대규모의 사람들(1000명 이상)에 의한 달과 우주 공간의 식민지화. |
| 2020 – 2071 | 인공지능의 발달. |
| 2024 – 2037 | 목성으로의 최초의 유인 비행. |
| 2030 – 2050 | 태양계 내 비행, 달을 포함한 태양계 천연자원의 사용. |
| 2045 – 2060 | 태양계 너머로 무인탐사선이 처음으로 비행했다. |
| 2045 – 2070 | 태양계 경계를 향한 최초의 유인 비행. |
| 2050 – 2100 | 외계 지능과의 접촉 구축. |
인류의 미래 우주 정착 문제를 다루는 미국의 유명한 물리학자 J. 오닐은 1974년에 자신의 예측을 발표했는데, 1988년에는 1만명이 우주에서 일할 것이라고 가정했습니다. 이 예측은 실현되지 않았지만, 오늘날 많은 전문가들은 1990년까지 50~100명의 사람들이 지속적으로 우주에서 일할 것으로 예상하고 있습니다.
저명한 전문가 푸트카머 박사(독일)는 1990년부터 2000년까지가 지구 근접 우주 정착이 시작되는 시기로 특징지을 것이며, 2000년 이후에는 우주 거주자들의 자율성이 보장되고 생태학적으로 폐쇄된 서식지가 보장되어야 한다고 보고 있다. 시스템을 만들어야 합니다.
계산에 따르면 사람의 우주 체류 기간(최대 몇 년)이 증가하고 승무원 규모가 증가하며 지구에서 우주선의 거리가 증가함에 따라 생물학적 작업을 수행해야 할 필요성이 발생합니다. 우주선에서 직접 소모성 물질, 특히 음식을 재생합니다. 동시에, 기술 및 경제(질량 및 에너지) 지표는 생물학적 생명 유지에 유리한 증거일 뿐만 아니라 인공 우주 생태계의 결정적 연결고리로서 인간의 생물학적 신뢰성에 대한 지표이기도 합니다. 후자에 대해 좀 더 자세히 설명해보자.
인체와 살아있는 자연 사이에는 연구된(그리고 지금까지 탐구되지 않은) 많은 연결이 있으며, 이것이 없으면 성공적인 장기 생활 활동이 불가능합니다. 예를 들어, 여기에는 선박에 저장된 공급품의 음식으로 완전히 대체될 수 없는 자연적인 영양 연결이 포함됩니다. 따라서 인간에게 절대적으로 필요한 일부 비타민(식품 카로티노이드, 아스코르브산 등)은 보관 중에 불안정합니다. 예를 들어, 비타민 C와 P의 유통기한은 육상 조건에서 5~6개월입니다. 우주 조건의 영향으로 시간이 지남에 따라 비타민의 화학적 구조 조정이 발생하여 그 결과 생리적 활동이 상실됩니다. 이러한 이유로 미르 정거장에서 기록적인 연간 우주 비행의 경우처럼 생물학적으로 지속적으로 재생산되거나(야채와 같은 신선한 음식의 형태로) 지구에서 정기적으로 배달되어야 합니다. 또한 의학 및 생물학적 연구에 따르면 우주 비행 조건에서 우주비행사는 비타민 섭취량을 늘려야 하는 것으로 나타났습니다. 따라서 Skylab 프로그램에 따른 비행 중에 우주비행사의 비타민 B와 비타민 C(아스코르빈산) 섭취량은 약 10배, 비타민 A(액세로프톨)는 2배, 비타민 D(칼시페롤)는 지상 표준보다 약간 더 많이 증가했습니다. 생물학적 기원의 비타민은 화학적으로 얻은 동일한 비타민의 정제된 제제에 비해 분명한 장점이 있다는 것도 이제 입증되었습니다. 이는 바이오매스에 각성제를 비롯한 여러 다른 물질과 함께 비타민이 포함되어 있으며 섭취하면 살아있는 유기체의 신진 대사에 더 효과적인 영향을 미치기 때문입니다.
천연 식물성 식품에는 모든 식물성 단백질(아미노산), 지질(필수 지방산), 수용성 및 부분 지용성 비타민의 전체 복합체, 탄수화물, 생물학적 활성 물질 및 섬유질이 포함되어 있는 것으로 알려져 있습니다. 신진 대사에서 이러한 식품 성분의 역할은 엄청납니다 (V.I. Yazdovsky, 1988). 당연히 가혹한 가공 체제(기계적, 열적, 화학적)를 수반하는 기존의 공간 배급 준비 프로세스는 인간 신진대사에서 개별적인 중요한 식품 성분의 효율성을 감소시킬 수밖에 없습니다.
분명히, 선박에 장기간 보관된 식품에 대한 우주 방사능 방사선의 누적 효과도 고려해야 합니다.
결과적으로 음식의 칼로리 함량을 확립된 표준에 맞추는 것만으로는 충분하지 않으며 우주비행사의 음식은 최대한 다양하고 신선해야 합니다.
생물학적 활성 분자의 특정 특성을 "기억"한 다음 이 정보를 살아있는 세포에 전달하는 순수한 물의 능력에 대한 프랑스 생물학자들의 발견은 "살아 있는" 물과 "죽은" 물에 대한 고대 민속 요정의 지혜를 명확히 하기 시작한 것 같습니다. 이 발견이 확인되면 장기 우주선의 물 재생에 대한 근본적인 문제가 발생합니다. 물이 생물학적 활성 "살아있는" 물을 대체할 수 있는 다중 격리 주기에서 물리적, 화학적 방법으로 정제되거나 얻어지는가?
또한 화학적 수단으로 얻은 인공 가스 서식지가 있는 고립된 공간의 우주선에 장기간 머무르는 것은 인체에 무관심하지 않으며 모든 세대가 생물학적 기원의 대기에 존재했으며 그 구성이 다음과 같다고 가정할 수 있습니다. 더 다양합니다. 살아있는 유기체가 특정 화학 원소(산소 O 16, O 17, O 18의 안정 동위원소 포함)의 동위원소를 구별하고 분자 내 동위원소의 화학 결합 강도의 작은 차이를 감지하는 능력을 가지고 있다는 것은 우연이 아닙니다. H 2 O, CO 2 등 산소의 원자량은 생산원에 따라 달라지는 것으로 알려져 있습니다. 공기의 산소는 물의 산소보다 약간 무겁습니다. 살아있는 유기체는 이 차이를 "느끼지만" 특수 질량 분석기만이 이를 정량적으로 결정할 수 있습니다. 우주 비행 조건에서 화학적으로 순수한 산소를 장기간 호흡하면 인체의 산화 과정이 강화되고 폐 조직의 병리학적 변화가 발생할 수 있습니다.
생물학적 기원을 가지며 식물 피톤치드가 풍부한 공기는 인간에게 특별한 역할을 한다는 점에 유의해야 합니다. 피톤치드는 박테리아, 미세한 곰팡이, 원생동물을 죽이거나 억제하는 식물에 의해 지속적으로 생성되는 생물학적 활성 물질입니다. 주변 공기에 피톤치드가 존재하면 일반적으로 인체에 유익하며 공기 중에 상쾌한 느낌을 줍니다. 예를 들어, Skylab 스테이션의 세 번째 미국 승무원 사령관은 그의 승무원이 레몬 피톤치드가 풍부한 공기를 흡입하는 것을 즐겼다고 강조했습니다.
에어컨에 정착한 박테리아로 인한 인간 감염("군인병")의 알려진 사례에서 피톤치드는 강력한 소독제가 될 것이며 폐쇄된 생태계의 에어컨 시스템과 관련하여 이러한 가능성을 제거할 수 있습니다. M. T. Dmitriev의 연구에 따르면 피톤치드는 직접적으로 작용할 수 있을 뿐만 아니라 간접적으로 작용하여 공기의 살균 특성을 높이고 가벼운 음이온의 함량을 증가시켜 인체에 유익한 영향을 미칠 수 있습니다. 이렇게 하면 공기 중의 원치 않는 무거운 양이온의 수가 줄어듭니다. 환경 미생물로부터 식물을 보호하는 기능을 수행하는 독특한 운반체인 피톤치드는 식물 주변 공기로 방출될 뿐만 아니라 식물 자체의 바이오매스에도 포함되어 있습니다. 마늘, 양파, 겨자 및 기타 여러 식물에 피톤치드가 가장 풍부합니다. 음식으로 섭취함으로써 사람은 몸에 들어가는 감염성 미생물에 대해 눈에 띄지 않지만 매우 효과적인 싸움을 수행합니다.
인간을 위한 인공 우주 생태계에서 생물학적 연결의 중요성에 대해 말하면서 우주비행사의 정서적 스트레스를 줄이고 심리적 편안함을 향상시키는 요인으로서 고등 식물의 특별한 긍정적 역할을 언급하지 않을 수 없습니다. 우주 정거장에서 고등 식물에 대한 실험을 수행해야 했던 모든 우주 비행사들은 평가에 만장일치로 동의했습니다. 따라서 Salyut-6 궤도 기지의 L. Popov와 V. Ryumin은 실험 온실 "공작석"(열대 난초가 있는 내부 스테인드글라스 온실)과 "오아시스"(야채와 비타민 작물이 있는 실험 온실)에서 식물을 돌보는 것을 즐겼습니다. 식물). 그들은 물을주고, 식물의 성장과 발달을 모니터링하고, 예방 검사를 수행하고, 온실의 기술적 부분에 대해 작업하고, 드물게 휴식하는 순간에 난초의 살아있는 내부를 단순히 감탄했습니다. “생물학적 연구는 우리에게 많은 즐거움을 주었습니다. 예를 들어, 난초가 있는 공작석 설치물이 있었는데, 그것을 지구로 보냈을 때 일종의 상실감을 느꼈고 정거장이 덜 편안해졌습니다.” L. Popov가 착륙 후 말한 내용입니다. V. Ryumin은 L. Popov에 “우주 단지에서 말라카이트와 함께 작업하는 것은 항상 특별한 만족감을 안겨주었습니다.”라고 덧붙였습니다.
1985년 10월 14일 Salyut-7 궤도 정거장에 탑승한 우주비행사 V. Dzhanibekov와 G. Grechko의 궤도 작업 결과를 기념하는 기자 회견에서 비행 엔지니어(G. Grechko)는 다음과 같이 말했습니다. 우주의 모든 새싹에는 특별하고 배려하는 태도가 있습니다. 지구를 생각나게 하고 영혼을 고양시켜 줍니다.”
따라서 고등 식물은 인공 생태계의 연결 고리나 과학 연구의 대상일 뿐만 아니라 친숙한 지구 환경의 미적 요소, 길고 어렵고 강렬한 우주 비행사의 살아있는 동반자로서 우주 비행사에게 필요합니다. 사명. 그리고 S.P. Korolev가 다가오는 우주 비행을 준비하면서 다음 질문을 다음 질문으로 공식화했을 때 염두에 두었던 우주선에 탑재된 온실의 미학적 측면과 심리적 역할이 아닌가요? 최소한의 비용과 관리가 필요한 관상용 식물에서 무거운 행성 간 우주선이나 무거운 궤도 우주선에 탑승합니까?”스테이션 (또는 온실에서)? 그리고 이 질문에 대한 첫 번째 답변은 오늘 이미 접수되었습니다. 이들은 우주 정거장의 분위기를 좋아했던 것 같은 열대 난초입니다.
장기 우주 비행의 신뢰성과 안전성을 보장하는 문제에 대해 논의하면서 학자 O. G. Gazenko와 공동 저자(1987)는 “때때로 살아있는 자연과의 접촉에 대한 무의식적 영적 필요성이 실제 힘이 되며, 이는 다음과 같이 뒷받침됩니다. 인공 생물권을 인류를 키운 자연 환경에 최대한 가깝게 만드는 경제적 효율성과 기술적 타당성을 나타내는 엄격한 과학적 사실. 이러한 관점에서 볼 때 생물학적 생명 유지 시스템 구축을 향한 전략적 방향은 매우 정확해 보입니다.” 또한 “인간을 자연으로부터 분리시키려는 시도는 극도로 비경제적입니다. 생물학적 시스템은 다른 어떤 것보다 대규모 우주 정착지에서 물질 순환을 더 잘 보장할 것입니다.”
비생물학적 시스템과 비교하여 생물학적 시스템의 근본적인 장점 중 하나는 최소한의 제어 및 관리 기능으로 안정적인 기능을 수행할 수 있다는 것입니다(E.Ya. Shepelev, 1975). 이러한 장점은 환경에 대한 이해 정도에 관계없이 한 유기체의 단일 세포에서 개체군 및 생물지질증에 이르기까지 모든 생물학적 수준에서 생존 과정을 수정하기 위해 환경과 지속적으로 상호 작용하는 생물 시스템의 자연적인 능력에 기인합니다. 인공 생태계에서 물질 순환 과정에 필요한 조정을 할 수 있는 사람과 그의 능력 또는 무능력(또는 오히려 그의 준비 상태)에 의해 주어진 순간에 이러한 프로세스가 수행됩니다.
인공 우주 생태계의 복잡성 정도는 매장량에 대한 가장 단순한 시스템, 물질의 물리화학적 재생 및 개별 생물학적 연결을 사용하는 시스템부터 물질의 거의 폐쇄된 생물학적 순환이 있는 시스템까지 다양할 수 있습니다. 이미 언급한 바와 같이 생물학적 연결과 영양 사슬의 수는 물론 각 연결의 개인 수는 우주선의 목적과 기술적 특성에 따라 달라집니다.
생물학적 연결을 포함한 인공우주 생태계의 효율성과 주요 매개변수는 자연 속 물질의 생물학적 순환 과정에 대한 정량적 분석과 지역 자연 생태계의 에너지 효율성 평가를 기반으로 사전에 결정되고 계산될 수 있습니다. 다음 섹션에서는 이 문제를 다룹니다.
생물학적 주기에서 물질의 릴레이
생물학적 연결을 기반으로 형성된 폐쇄형 생태계는 미래의 대규모 우주 정착을 위한 이상적인 생명 유지 시스템으로 간주되어야 합니다. 오늘날 이러한 시스템의 생성은 테스트 팀과 개별 생물학적 링크를 연결하기 위한 계산, 이론적 구성 및 지상 테스트 단계에 있습니다.
실험적인 생명공학 생명 유지 시스템을 테스트하는 주요 목표는 승무원이 있는 생태계에서 안정적이고 거의 닫힌 물질 순환을 달성하고 주로 내부 기반을 기반으로 하는 장기적인 동적 평형 모드에서 인위적으로 형성된 생물권의 상대적으로 독립적인 존재를 달성하는 것입니다. 제어 메커니즘. 따라서 생명공학 생명 유지 시스템에 가장 효과적인 물질을 사용하려면 지구 생물권에 있는 물질의 생물학적 순환 과정에 대한 철저한 연구가 필요합니다.
자연의 생물학적 순환은 토양, 식물, 동물 및 미생물 사이의 물질과 화학 원소의 순환 릴레이 경주(순환)입니다. 그 본질은 다음과 같습니다. 식물(독립영양생물)은 에너지가 부족한 무생물 광물과 대기 중 이산화탄소를 흡수합니다. 이들 물질은 식물 유기체의 유기 바이오매스에 포함되어 있으며 광합성 과정에서 태양으로부터 복사 에너지를 변환하여 얻은 에너지 공급량이 많습니다. 식물 바이오매스는 동물과 인간 유기체(종속 영양 유기체)의 먹이 사슬을 통해 이러한 물질과 에너지의 일부를 사용하여 자체 성장, 발달 및 번식을 통해 변형됩니다. 박테리아, 곰팡이, 원생동물, 죽은 유기물을 먹고 사는 유기체를 포함한 유기체(분해자 또는 분해자)를 파괴하면 폐기물이 광물화됩니다. 마지막으로 물질과 화학 원소는 토양, 대기 또는 수생 환경으로 다시 반환됩니다. 결과적으로, 물질과 화학 원소의 다중주기 이동은 살아있는 유기체의 분지 사슬을 통해 발생합니다. 태양 에너지의 지속적인 지원을 받는 이러한 이동은 생물학적 순환을 구성합니다.
일반 생물학적주기의 개별주기 재생산 정도는 90-98 %에 도달하므로 조건부로만 완전한 종료에 대해서만 이야기 할 수 있습니다. 생물권의 주요 순환은 탄소, 질소, 산소, 인, 황 및 기타 영양소의 순환입니다.
생물과 무생물 모두 자연적인 생물학적 순환에 참여합니다.
생명체는 지구상에 이미 존재하는 생명체의 번식을 통해서만 형성되기 때문에 생물학적입니다. 생물권에 존재하는 무생물은 생물학적 기원일 수 있습니다(나무의 떨어진 껍질과 잎, 식물에서 익고 분리된 과일, 절지동물의 키틴질 덮개, 뿔, 동물의 이빨과 털, 새 깃털, 동물 배설물 등). .) 및 비생물학적(활화산의 배출 생성물, 지구의 창자에서 방출되는 가스).
행성의 생명체는 질량으로 볼 때 생물권의 미미한 부분을 구성합니다. 건조 중량 기준으로 지구의 전체 바이오매스는 지각 질량(2 ∙ 10 19톤)의 10만 퍼센트에 불과합니다. 그러나 수많은 생명체 사이에 물질과 화학 원소의 대규모 릴레이 경주를 구현하면서 지각의 "문화적"층을 형성하는 데 결정적인 역할을 하는 것은 생명체입니다. 이는 생명체의 여러 가지 구체적인 특징 때문입니다.
신진 대사 (대사).살아있는 유기체의 신진 대사는 신체에서 지속적으로 발생하는 생화학 반응 과정에서 물질과 에너지의 모든 변형의 총체입니다.
살아있는 유기체와 그 환경 사이의 지속적인 물질 교환은 생명의 가장 필수적인 특징입니다.
외부 환경과 신체의 신진 대사에 대한 주요 지표는 음식의 양, 구성 및 칼로리 함량, 살아있는 유기체가 소비하는 물과 산소의 양, 신체가 이러한 물질을 사용하는 정도 및 에너지입니다. 음식. 신진대사는 동화(외부에서 체내로 들어오는 물질의 변형) 및 동화(신체 기능을 위해 에너지를 방출해야 하기 때문에 발생하는 유기 물질의 분해) 과정을 기반으로 합니다.
열역학적 비평형 안정성.열역학 제2법칙(법칙)에 따르면 일을 수행하려면 에너지의 존재만으로는 충분하지 않지만 전위차, 즉 에너지 준위의 존재도 필요합니다. 엔트로피는 모든 에너지 시스템에 의한 전위차의 "손실"을 나타내는 척도이며, 따라서 이 시스템이 일을 생성하는 능력의 손실을 나타내는 척도입니다.
무생물에서 발생하는 과정에서 작업 수행은 시스템의 엔트로피를 증가시킵니다. 따라서 열 전달의 경우 공정 방향에 따라 열역학 제2법칙, 즉 더 가열된 물체에서 덜 가열된 물체로 고유하게 결정됩니다. 온도차가 0인 시스템(동일한 몸체 온도)에서는 최대 엔트로피가 관찰됩니다.
살아있는 물질, 살아있는 유기체는 무생물과 달리 이 법칙에 반대합니다. 결코 균형을 이루지 못하면서 그들은 기존 외부 조건에 대한 대응으로 법적으로 발생해야 하는 설립에 끊임없이 반대합니다. 살아있는 유기체는 살아있는 시스템의 특정 상태를 유지하기 위해 끊임없이 에너지를 소비합니다. 이 가장 중요한 특징은 문헌에서 바우어 원리, 즉 생명체의 안정적인 불균형 원리로 알려져 있습니다. 이 원리는 살아있는 유기체가 엔트로피가 감소하는 방향으로 진화한다는 점에서 무생물과 다른 개방형 비평형 시스템임을 보여줍니다.
이 특징은 비평형 동적 시스템이기도 한 생물권 전체의 특징입니다. 계의 생명체는 막대한 위치 에너지를 지닌 운반체입니다.
자가 재생산 능력과 높은 강도의 바이오매스 축적 능력.생명체는 개체 수를 늘리고 번식하려는 끊임없는 욕구가 특징입니다. 인간을 포함한 생명체는 생명체가 수용할 수 있는 모든 공간을 채우려고 노력합니다. 살아있는 유기체의 번식 강도, 바이오 매스의 성장 및 축적은 상당히 높습니다. 일반적으로 살아있는 유기체의 번식 속도는 크기에 반비례합니다. 살아있는 유기체의 다양한 크기는 살아있는 자연의 또 다른 특징입니다.
무생물의 반응 속도보다 3~4배 높은 살아있는 유기체의 높은 대사 반응 속도는 생물학적 촉진제(효소)가 대사 과정에 참여하기 때문입니다. 그러나 각 단위의 바이오매스를 늘리거나 단위 에너지를 축적하려면 살아있는 유기체는 축적된 질량보다 1~2배 더 많은 양의 초기 질량을 처리해야 합니다.
다양성, 갱신 및 진화를 위한 역량.생물권의 생명체는 (우주적 규모로) 매우 짧은 생명주기를 특징으로 합니다. 생물의 수명은 몇 시간(심지어 몇 분)에서 수백 년까지 다양합니다. 생명 활동 과정에서 유기체는 암석권, 수권 및 대기의 화학 원소 원자를 통과하여 분류하고 특정 유형의 유기체의 바이오 매스의 특정 물질 형태로 화학 원소를 결합합니다. 더욱이, 유기 세계의 생화학적 균일성과 통일성(현대의 모든 생명체는 주로 단백질로 구성됨)의 틀 내에서도 살아있는 자연은 엄청난 형태적 다양성과 물질 형태의 다양성으로 구별됩니다. 전체적으로 생물체를 구성하는 유기 화합물은 200만 개가 넘습니다. 비교를 위해 무생물의 천연 화합물(미네랄)의 수는 약 2,000개에 불과하며 살아있는 자연의 형태학적 다양성도 훌륭합니다. 지구상의 식물계에는 거의 50만 종, 동물은 100만 500개가 포함됩니다. 천.
한 생활주기 내에서 형성된 살아있는 유기체는 환경 조건의 변화에 제한된 적응 능력을 가지고 있습니다. 그러나 살아있는 유기체의 상대적으로 짧은 수명주기는 각 세대에 의해 축적된 정보를 유전 유전 장치를 통해 전달하고 이 정보를 다음 세대에 고려함으로써 세대에서 세대로 지속적인 재생에 기여합니다. 이러한 관점에서 볼 때, 한 세대 유기체의 짧은 수명은 끊임없이 변화하는 외부 환경에서 종 전체의 생존을 위해 지불하는 대가입니다.
진화 과정은 주로 고등 유기체의 특징입니다.
존재의 집합체.생명체는 실제로 개별 고립된 종(인구)이 아닌 생물권의 형태로 지구상에 존재합니다. 개체군의 상호 연결은 서로에 대한 영양(음식) 의존성으로 인해 발생하며, 이것이 없으면 이러한 종의 존재 자체가 불가능합니다.
이것은 물질의 생물권 생물학적 순환에 참여하는 생명체의 주요 질적 특징입니다. 양적 측면에서 생물권 내 바이오매스 축적 강도는 평균적으로 8년마다 지구 생물권의 모든 생명체가 재생되는 정도입니다. 수명주기를 마친 유기체는 평생 동안 가져온 모든 것을 자연으로 되돌립니다.
국내 지질학자 A.V. Lapo(1979)가 공식화한 생물권 내 생명체의 주요 기능에는 에너지(영양 사슬에서 에너지 축적 및 에너지 변환을 통한 생합성), 집중(물질의 선택적 축적), 파괴(광물화 및 준비)가 포함됩니다. 주기에 포함될 물질 ), 환경 형성(환경의 물리적 및 화학적 매개변수의 변화) 및 운송(물질 전달) 기능.
생태계에는 효율성이 있나요?
이제 다음 질문에 답해 보겠습니다. 이 순환의 정점 영양 연결부로서 인간의 영양 요구를 충족시키는 관점에서 물질의 생물학적 순환의 효율성을 평가하는 것이 가능합니까?
제기된 질문에 대한 대략적인 대답은 생물학적 순환 과정 분석에 대한 에너지 접근 방식과 자연 생태계의 에너지 전달 및 생산성 연구를 기반으로 얻을 수 있습니다. 실제로 순환의 물질이 지속적인 질적 변화를 겪는다면 이러한 물질의 에너지는 사라지지 않고 방향성 흐름으로 분포됩니다. 생물학적 주기의 한 영양 수준에서 다른 영양 수준으로 이동하면 생화학적 에너지는 점차적으로 변형되고 소멸됩니다. 영양 수준에서 물질 에너지의 변형은 임의로 발생하지 않고 알려진 패턴에 따라 발생하므로 특정 생물 지구화 내에서 제어됩니다.
"생물지구권"의 개념은 "생태계"의 개념과 유사하지만 전자가 더 엄격한 의미론적 부하를 전달합니다. 생태계가 자율적으로 존재하는 거의 모든 자연 또는 인공 생물 복합체(개미집, 수족관, 늪, 죽은 나무 줄기, 숲, 호수, 바다, 지구의 생물권, 우주선 선실 등)라고 불리는 경우 생물 지구화는 다음의 질적 수준 중 하나입니다. 생태계는 필수 식물 군집(phytocenosis)의 경계로 지정됩니다. 생태계는 서로 상호 작용하는 안정된 살아있는 유기체 세트와 마찬가지로 초유기체 수준에서만 모든 생물학적 시스템에 적용 가능한 범주입니다. 즉, 개별 유기체는 생태계가 될 수 없습니다.
물질의 생물학적 순환은 지구의 생물 지구화의 필수적인 부분입니다. 특정 지역의 생물지구권 내에서 물질의 생물학적 순환이 가능하지만 필수는 아닙니다.
에너지 연결은 항상 생물 지구화에서 영양 연결을 동반합니다. 그들은 함께 모든 생물 지구화의 기초를 형성합니다. 일반적으로 생물지질화의 5가지 영양 수준이 구별될 수 있으며(표 및 그림 2 참조), 이를 통해 모든 구성 요소가 사슬을 따라 순차적으로 분포됩니다. 일반적으로 이러한 사슬은 여러 번 분기되고 교차하여 복잡한 먹이(영양) 네트워크를 형성하는 생물지구세노스에서 형성됩니다.
생물 지구화의 영양 수준과 먹이 사슬
첫 번째 영양 수준의 유기체 - 자가영양생물(자가 영양)이라고 불리며 미생물과 고등 식물을 포함하는 1차 생산자는 무기 물질에서 유기 물질을 합성하는 과정을 수행합니다. 이 과정의 에너지원으로 독립 영양 생물은 가벼운 태양 에너지(광영양 생물) 또는 특정 광물 화합물의 산화 에너지(화학 영양 생물)를 사용합니다. 광영양생물은 이산화탄소로부터 합성에 필요한 탄소를 얻습니다.
일반적으로 녹색 식물(저급 및 고급)의 광합성 과정은 다음과 같은 화학 반응의 형태로 설명할 수 있습니다.
궁극적으로 유기물(주로 탄수화물)은 형성된 물질의 화학 결합에 저장된 에너지 운반체인 에너지가 부족한 무기 물질(이산화탄소, 물, 무기염, 미세원소)로부터 합성됩니다. 이 반응에서는 물질 1g 분자(포도당 180g)를 형성하는 데 673kcal의 태양 에너지가 필요합니다.
광합성 효율은 식물의 빛 조사 강도에 직접적으로 의존합니다. 평균적으로 지구 표면의 복사 태양 에너지 양은 약 130W/m2입니다. 이 경우, 0.38~0.71 마이크론의 파장 범위 내에 포함된 방사선의 일부만이 광합성 활성을 가집니다. 식물의 잎이나 미세조류가 있는 물층에 떨어지는 방사선의 상당 부분은 반사되거나 잎이나 층을 불필요하게 통과하며, 흡수된 방사선은 대부분 식물 증산 중에 물이 증발하는 데 소비됩니다.
결과적으로 지구 전체 식물 덮개의 광합성 과정의 평균 에너지 효율은 지구에 들어오는 햇빛 에너지의 약 0.3%입니다. 녹색 식물의 성장에 유리한 조건과 인간의 도움으로 개별 농장은 5~10%의 효율성으로 빛 에너지를 결합할 수 있습니다.
종속영양(동물) 유기체로 구성된 후속 영양 단계(소비자)의 유기체는 궁극적으로 첫 번째 영양 단계에 축적된 식물 바이오매스를 희생하여 생계를 보장합니다. 식물 바이오매스에 저장된 화학 에너지는 탄수화물과 산소의 역결합 과정에서 방출되어 열로 변환되고 환경으로 소산될 수 있습니다. 식물 바이오매스를 음식으로 사용하면 동물은 호흡 중에 이를 산화시킵니다. 이 경우 음식 에너지가 방출되고 특정 효율성으로 종속 영양 유기체의 성장과 필수 활동에 소비되는 광합성의 역 과정이 발생합니다.
정량적인 측면에서, 생물지구권증에서 식물 바이오매스는 동물 바이오매스보다 보통 최소 2배 이상 앞서야 합니다. 따라서 지구 육지에 있는 동물의 총 바이오매스는 식물 바이오매스의 1~3%를 초과하지 않습니다.
종속 영양 유기체의 에너지 대사 강도는 질량에 따라 다릅니다. 신체 크기가 증가함에 따라 단위 체중당 계산되고 단위 시간당 흡수되는 산소량으로 표현되는 대사율이 눈에 띄게 감소합니다. 더욱이, 상대적인 휴식 상태(표준 대사)에서 동물의 대사율은 질량에 따라 달라지며 이는 다음과 같은 기능을 합니다. y = 도끼 k (엑스– 동물의 무게, ㅏ그리고 케이-계수)는 성장 중에 크기가 변하는 동일한 종의 유기체와 체중이 다르지만 특정 그룹 또는 클래스를 나타내는 동물 모두에 유효한 것으로 밝혀졌습니다.
동시에, 서로 다른 동물 그룹의 신진 대사 수준에 대한 지표는 이미 서로 크게 다릅니다. 이러한 차이는 근육 활동, 특히 운동 기능에 대한 에너지 소비가 특징인 활동적인 신진대사를 가진 동물의 경우 특히 중요합니다.
특정 기간 동안 동물 유기체(모든 수준의 소비자)의 에너지 균형은 일반적으로 다음 방정식으로 표현될 수 있습니다.
이자형 = 이자형 1 + 이자형 2 + 이자형 3 + 이자형 4 + 이자형 5 ,
어디 이자형– 음식의 에너지(칼로리 함량)(일일 kcal), 이자형 1 – 기초 대사 에너지, 이자형 2 – 신체의 에너지 소비, 이자형 3 - 신체의 "깨끗한" 생산 에너지, 이자형 4 – 미사용 식품 물질의 에너지, 이자형 5 – 배설물 및 체액 분비물의 에너지.
음식은 동물과 인체에 들어가는 유일한 정상적인 에너지 공급원으로 중요한 기능을 보장합니다. "식품"의 개념은 동물 유기체에 따라 질적 함량이 다르며 특정 살아있는 유기체가 소비하고 활용하는 물질만 포함합니다. 그에게는 꼭 필요합니다.
크기 이자형한 사람의 하루 평균 2500kcal입니다. 기초대사에너지 이자형 1은 신체의 완전한 휴식 상태와 소화 과정이 없는 상태의 대사 에너지를 나타냅니다. 이는 신체의 생명을 유지하는 데 사용되며 신체 표면의 크기에 따라 달라지며 신체에서 환경으로 발산하는 열로 변환됩니다. 정량적 지표 이자형 1은 일반적으로 질량 1kg 또는 신체 표면 1m 2 당 특정 단위로 표시됩니다. 응, 사람한테는 이자형 1개는 체중 1kg당 하루 32.1kcal입니다. 단위 표면적당 이자형 1개의 서로 다른 유기체(포유류)는 사실상 동일합니다.
요소 이자형 2에는 주변 온도가 변할 때 체온 조절을 위한 신체 에너지 소비뿐만 아니라 다양한 유형의 활동 및 신체 활동(씹기, 음식의 소화 및 동화, 몸을 움직일 때의 근육 활동 등)이 포함됩니다. 이자형 2 주변 온도는 상당한 영향을 미칩니다. 체온이 신체의 최적 수준에서 오르내리면 이를 조절하기 위해 추가적인 에너지 소비가 필요합니다. 온혈 동물과 인간의 일정한 체온을 조절하는 과정이 특히 개발되었습니다.
요소 이자형 3에는 유기체 자체 바이오매스(또는 개체군)의 성장 에너지와 추가 생산 에너지라는 두 부분이 포함됩니다.
자신의 바이오매스 증가는 일반적으로 지속적으로 체중이 증가하는 젊은 유기체와 예비 영양분을 형성하는 유기체에서 발생합니다. 이 부분은 구성품 이자형 3은 0과 같을 수 있으며 음식이 부족할 때 (체중이 감소함) 음수 값을 취할 수도 있습니다.
추가 생산 에너지는 번식, 적으로부터의 보호 등을 위해 신체에서 생성되는 물질에 포함되어 있습니다.
각 개인은 자신의 삶의 과정에서 생산되는 최소한의 제품으로 제한됩니다. 상대적으로 높은 2차 생산물 생성율은 예를 들어 메뚜기의 특징인 10~15%(사료 소비량)의 지표로 간주될 수 있습니다. 체온 조절에 상당한 양의 에너지를 소비하는 포유류에 대한 동일한 지표는 1~2% 수준입니다.
요소 이자형 4는 어떤 이유로든 몸에서 사용되지 않고 몸에 들어오지 않은 식품 물질에 포함된 에너지입니다.
에너지 이자형 5는 음식의 불완전한 소화 및 동화로 인해 신체 분비물에 포함되어 있으며 섭취되는 음식의 30~60%(대형 유제류)에서 1~20%(설치류)까지 다양합니다.
동물 유기체의 에너지 전환 효율은 총 섭취량에 대한 순(2차) 생산량의 비율 또는 소화된 식품량에 대한 순 생산량의 비율에 의해 정량적으로 결정됩니다. 먹이 사슬에서 각 영양 연결(수준)의 효율성(효율성)은 평균 약 10%입니다. 이는 식품 목표의 각 후속 영양 수준에서 칼로리 함량(또는 질량 측면에서)이 이전 에너지의 10%를 초과하지 않는 제품이 형성된다는 것을 의미합니다. 이러한 지표를 사용하면 4가지 수준의 생태계 먹이 사슬에서 1차 태양 에너지를 사용하는 전체 효율성은 퍼센트의 작은 부분이 될 것입니다. 평균적으로 0.001%에 불과합니다.
생산 재생산의 전반적인 효율성이 겉보기에는 낮은 가치에도 불구하고 지구 인구의 대다수는 1차 생산자뿐만 아니라 2차 생산자로부터도 균형 잡힌 식단을 충분히 제공합니다. 살아있는 유기체 개별적으로는 일부의 식량 (에너지) 사용 효율성이 상당히 높으며 많은 기술적 수단의 효율성 지표를 초과합니다. 예를 들어, 돼지는 소비되는 음식 에너지의 20%를 고칼로리 고기로 전환합니다.
식품을 통해 공급되는 에너지의 소비자 사용 효율성은 일반적으로 생태 에너지 피라미드를 사용하여 생태학에서 평가됩니다. 이러한 피라미드의 본질은 먹이 사슬의 링크를 직사각형의 하위 배열 형태로 시각적으로 표현한 것입니다. 길이 또는 면적은 해당 영양 수준에 해당하는 에너지에 해당합니다. 단위 시간. 먹이 사슬을 특성화하기 위해 숫자 피라미드(사각형 영역은 먹이 사슬의 각 수준에 있는 개체 수에 해당함)와 바이오매스 피라미드(각 유기체의 총 바이오매스 양과 관련하여 동일)도 사용됩니다. 수준).
그러나 에너지 피라미드는 특정 먹이 사슬 내에서 생물학적 공동체의 기능적 조직에 대한 가장 완전한 그림을 제공합니다. 왜냐하면 이를 통해 이 사슬을 통한 식품 바이오매스의 이동 역학을 고려할 수 있기 때문입니다.
인공 및 자연 생물권 생태계: 유사점과 차이점
K. E. Tsiolkovsky는 승무원의 생활에 필요한 모든 물질의 순환을 위해 우주 로켓에 폐쇄 시스템, 즉 폐쇄 생태계를 만들 것을 제안한 최초의 사람입니다. 그는 우주선에서는 지구의 생물권에서 일어나는 물질의 모든 기본 변형 과정이 미니어처로 재현되어야 한다고 믿었습니다. 그러나 거의 반세기 동안 이 제안은 공상 과학 가설로 존재했습니다.
50년대 후반과 60년대 초반에 미국, 소련 및 기타 국가에서 급속히 발전한 물질의 생물학적 순환 과정을 기반으로 한 인공 우주 생태계 구축에 대한 실무 작업입니다. 이는 1957년 최초의 인공 지구 위성 발사로 우주 탐사 시대를 연 우주 비행의 성공에 의해 촉진되었다는 데는 의심의 여지가 없습니다.
이후 몇 년 동안 이러한 연구가 확장되고 심화됨에 따라 대부분의 연구자들은 제기된 문제가 원래 생각했던 것보다 훨씬 더 복잡한 것으로 판명되었다고 확신할 수 있었습니다. 이를 위해서는 지상 기반 연구뿐만 아니라 우주 연구도 수행해야 했으며, 이로 인해 상당한 재료 및 재정적 비용이 필요했고 대형 우주선이나 연구 기지가 부족하여 어려움을 겪었습니다. 그럼에도 불구하고, 이 기간 동안 소련에서는 이러한 시스템의 물질 순환의 현재주기에 일부 생물학적 연결과 인간을 포함하여 별도의 육상 생태계 실험 샘플이 생성되었습니다. 우주 위성, 선박 및 관측소에 탑재된 무중력 상태에서 생물학적 물체를 배양하기 위한 기술 개발을 위한 일련의 과학적 연구도 수행되었습니다: "Cosmos-92", "Cosmos-605", "Cosmos-782", "Cosmos-936" ", "Salyut-6"등 오늘의 연구 결과를 통해 우리는 미래의 폐쇄 우주 생태계 구축과 우주비행사를 위한 생물학적 생명 유지 시스템의 기초로 간주되는 몇 가지 조항을 공식화할 수 있게 되었습니다.
그렇다면 대규모 인공우주 생태계와 자연생물권의 공통점은 무엇일까. 생태계? 우선, 이것은 상대적인 고립이며, 주인공은 인간과 기타 살아있는 생물학적 단위, 물질의 생물학적 순환 및 에너지 원의 필요성입니다.
폐쇄형 생태계는 조직화된 요소 순환을 가진 시스템으로, 일부 단위에서 생물학적 교환을 위해 특정 속도로 사용되는 물질이 교환의 최종 산물에서 다른 단위에 의해 원래 상태로 동일한 평균 속도로 재생되고 다시 재생되는 시스템입니다. 동일한 생물학적 교환 주기에 사용됩니다(Gitelzon et al., 1975).
동시에, 생태계는 물질의 완전한 순환을 달성하지 못한 채 폐쇄된 상태로 유지될 수 있으며, 이전에 생성된 매장량의 일부 물질을 비가역적으로 소비할 수 있습니다.
육상 물질과 화학 원소만이 순환 주기에 참여하기 때문에(매년 지구에 떨어지는 우주 물질의 비율은 지구 질량의 2 × 10-14%를 초과하지 않음) 자연 육상 생태계는 실질적으로 물질에 있어서 폐쇄되어 있습니다. 지구 순환의 반복되는 화학 순환에 지상 물질과 요소의 참여 정도는 상당히 높으며 이미 언급했듯이 개별 순환의 재생산을 90-98% 보장합니다.
인공적으로 폐쇄된 생태계에서는 지구 생물권의 다양한 과정을 모두 재현하는 것이 불가능합니다. 그러나 생물권 전체는 물질의 생물학적 순환을 기반으로 인간과의 인공 폐쇄 생태계의 이상이 될 수 없기 때문에 이를 위해 노력해서는 안됩니다. 인간의 생명 유지를 목적으로 제한된 밀폐 공간에서 인위적으로 생성된 물질의 생물학적 순환을 특징짓는 몇 가지 근본적인 차이점이 있습니다.
이러한 주요 차이점은 무엇입니까?
제한된 밀폐 공간에서 인간의 생명을 보장하는 수단으로서 물질의 인공 생물학적 순환의 규모는 지구의 생물학적 순환의 규모와 비교할 수 없지만 개별 생물학적 링크에서 프로세스의 과정과 효율성을 결정하는 기본 패턴은 인공 생태계에서 유사한 링크를 특성화하는 데 적용될 수 있습니다. 지구의 생물권에서 행위자는 거의 50만 종의 식물과 150만 종의 동물로, 특정 중요한 상황(예: 종 또는 개체군의 죽음)에서 서로를 대체하여 생물권의 안정성을 유지할 수 있습니다. 인공생태계에서는 종의 대표성과 개체수가 매우 제한되어 있어 인공생태계에 포함된 각 생물체의 '책임'이 급격히 높아지고, 극한 상황에서도 생물학적 안정성에 대한 요구가 높아진다.
지구의 생물권에서 물질과 화학 원소의 순환은 시간과 공간에 따라 조정되지 않는 수많은 다양하고 독립적이며 교차하는 순환을 기반으로 하며, 각 순환은 고유한 속도로 발생합니다. 인공 생태계에서는 그러한 순환의 수가 제한되어 있으며, 물질 순환에서 각 순환의 역할은 제한되어 있습니다. 여러 번 증가하고 시스템 내에서 합의된 프로세스 속도는 생물학적 생명 유지 시스템의 안정적인 운영을 위한 필수 조건으로 엄격하게 유지되어야 합니다.
생물권에서 막다른 과정의 존재는 물질의 자연 순환에 큰 영향을 미치지 않습니다. 왜냐하면 지구상에는 처음으로 순환과 관련된 상당한 양의 물질 매장량이 여전히 존재하기 때문입니다. 게다가, 막다른 과정에 있는 물질의 질량은 지구의 완충 능력보다 헤아릴 수 없을 정도로 적습니다. 인공 공간 LSS에서는 질량, 부피 및 에너지 소비에 대한 항상 존재하는 일반 제한이 생물학적 LSS 주기에 참여하는 물질의 질량에도 상응하는 제한을 부과합니다. 이 경우 막다른 프로세스의 존재 또는 형성은 시스템 전체의 효율성을 크게 감소시키고, 폐쇄성 지표를 감소시키며, 초기 물질 매장량으로부터 적절한 보상이 필요하며, 결과적으로 이러한 매장량의 증가가 필요합니다. 시스템에서.
고려중인 인공 생태계에서 물질의 생물학적 순환의 가장 중요한 특징은 물질 순환의 질적, 양적 특성에서 인간의 역할을 결정하는 것입니다. 이 경우의 유통은 궁극적으로 주요 원동력인 사람(승무원)의 요구를 충족시키는 이익을 위해 수행됩니다. 나머지 생물학적 개체는 인간 환경을 유지하는 기능을 수행합니다. 이를 바탕으로 인공생태계의 각 생물종은 그 종의 생산성을 극대화할 수 있는 최적의 존재조건을 제공받는다. 지구의 생물권에서 생합성 과정의 강도는 주로 특정 지역으로의 태양 에너지 흐름에 의해 결정됩니다. 대부분의 경우 이러한 가능성은 제한적입니다. 지구 표면의 태양 복사 강도는 지구 대기 외부보다 약 10배 낮습니다. 또한 모든 살아있는 유기체는 생존하고 발전하기 위해 지속적으로 생활 조건에 적응하고 음식을 찾고 이에 대한 필수 에너지의 상당 부분을 소비해야합니다. 따라서 지구 생물권의 생합성 강도는 생물학적 생명 유지 액체의 주요 기능, 즉 인간의 영양 요구 사항을 충족한다는 관점에서 최적이라고 간주할 수 없습니다.
지구의 생물권과 달리 인공 생태계는 생물권과 그 요소(날씨 및 기후 영향, 고갈된 토양 및 부적합한 영토, 물의 화학적 특성, 등.).
이러한 차이점과 기타 차이점은 인공 생태계에서 물질 변환의 훨씬 더 큰 효율성, 순환주기의 더 빠른 구현 속도 및 인간 생물학적 생명 유지 시스템의 더 높은 효율성 값을 달성하는 데 기여합니다.
우주 승무원을 위한 생물학적 생명 유지 시스템 정보
생물학적 생명 유지는 제한된 밀폐 공간에서 음식, 물 및 산소에 대한 사람의 기본 생리적 요구를 제공하는 특별히 선택되고 상호 연결되고 상호 의존적인 생물학적 개체(미생물, 고등 식물, 동물), 소비성 물질 및 기술 수단의 인공 세트입니다. , 주로 물질의 지속 가능한 생물학적 순환을 기반으로합니다.
생물학적 생명 유지 시스템의 살아있는 유기체(생물체)와 기술적 수단의 필요한 조합을 통해 우리는 이러한 시스템을 생명공학이라고 부를 수 있습니다. 이 경우 기술적 수단은 바이오복합체에 포함된 생물학적 물체의 정상적인 수명에 필요한 조건(가스 환경의 구성, 압력, 온도 및 습도, 생활 공간의 조명, 위생)을 제공하는 하위 시스템, 블록 및 장치로 이해됩니다. 수질, 운영 수집, 처리 또는 폐기물 처리 등의 위생 지표). 생물학적 생명 유지의 주요 기술적 수단에는 에너지 공급 및 빛으로의 에너지 변환을 위한 하위 시스템, 제한된 밀폐 공간에서 대기의 가스 구성 조절 및 유지, 온도 제어, 우주 온실 장치, 주방 및 물리적 및 화학적 재생 수단이 포함됩니다. 물과 공기, 폐기물 처리, 운송 및 광물화 장치 등. 시스템 내 물질 재생을 위한 다양한 공정은 물리화학적 방법을 사용하여 효과적으로 수행할 수도 있습니다(52페이지 그림 참조).
LSS의 생물학적 개체는 인간과 함께 바이오복합체를 형성합니다. 바이오콤플렉스에 포함된 살아있는 유기체의 종과 수치적 구성은 지정된 기간 전체에 걸쳐 승무원과 바이오콤플렉스의 살아있는 유기체 사이의 안정적이고 균형 잡히고 통제된 신진대사를 보장할 수 있도록 결정됩니다. 바이오복합체의 크기(규모)와 바이오복합체에 표현된 생물종의 수는 필요한 생산성, 생명 유지 시스템의 폐쇄 정도에 따라 달라지며 공간의 특정 기술 및 에너지 능력과 관련하여 설정됩니다. 구조, 운영 기간 및 승무원 수. 생물복합체에 살아있는 유기체를 선택하는 원리는 생물학적 개체의 확립된 영양 관계를 기반으로 자연 육상 공동체의 생태학 및 관리되는 생물지질권에서 차용할 수 있습니다.
생물학적 생명을 유지하는 액체의 영양주기 형성을 위한 생물학적 종의 선택은 가장 어려운 작업입니다.
생물학적 생명 유지 시스템에 참여하는 각 생물학적 개체는 생명 활동을 위해 순수한 물리적 공간뿐만 아니라 특정 생물학적 종에 필요한 일련의 생활 조건도 포함하는 특정 생활 공간(생태적 틈새)이 필요합니다. 삶의 방식, 영양 섭취 방법 및 환경 조건. 따라서 생물학적 생명 유지 시스템의 일부로서 살아있는 유기체의 성공적인 기능을 위해서는 그들이 차지하는 공간의 양이 너무 제한되어서는 안됩니다. 즉, 유인 우주선의 최대 최소 크기가 있어야 하며, 그 이하에서는 생물학적 생명 유지 장치 구성 요소를 사용할 가능성이 배제됩니다.
이상적인 경우, 모든 생명체를 포함하여 승무원의 생명 유지를 위해 처음에 저장된 물질의 전체 질량은 추가 질량을 도입하지 않고 이 우주 물체 내부의 물질 순환에 참여해야 합니다. 동시에, 인간에게 필요한 모든 물질의 재생과 무제한 작동 시간을 갖춘 이러한 폐쇄형 생물학적 생명 유지 시스템은 고려중인 변형을 염두에 둔다면 오늘날 실제 시스템보다 더 이론적입니다. 가까운 미래에 우주탐사를 위해
열역학적 의미에서 (에너지 측면에서) 생태계는 닫힐 수 없습니다. 생태계의 살아있는 부분과 주변 공간 사이의 지속적인 에너지 교환이 존재하는 데 필요한 조건이기 때문입니다. 태양은 태양주위 공간에서 우주선의 생물학적 생명 유지 시스템을 위한 자유 에너지원 역할을 할 수 있지만, 대규모 생물학적 생명 유지 시스템의 기능을 위해서는 상당한 양의 에너지가 필요하기 때문에 다음과 같은 문제에 대한 효과적인 기술적 솔루션이 필요합니다. 태양 에너지를 우주선에 지속적으로 수집, 집중 및 입력하는 동시에 낮은 전위 에너지를 우주 공간 열 에너지로 방출합니다.
우주 비행에서 살아있는 유기체를 사용하는 것과 관련하여 발생하는 특별한 질문은 장기간의 무중력 상태가 어떻게 영향을 받는가 하는 것입니다. 살아있는 유기체에 미치는 영향을 지구에서 모방하고 연구할 수 있는 우주 비행 및 우주 공간의 다른 요소와는 달리, 무중력 효과는 우주 비행에서만 직접 확인할 수 있습니다.
생물학적 생명 유지 시스템의 기본 연결고리인 녹색 식물
고등 육상 식물은 생물학적 생명 유지 시스템의 주요 요소이자 가장 가능성 있는 요소로 간주됩니다. 그들은 대부분의 인간 기준에 따라 완전한 식량을 생산할 수 있을 뿐만 아니라 물과 대기를 재생성할 수도 있습니다. 동물과 달리 식물은 단순한 화합물로부터 비타민을 합성할 수 있습니다. 거의 모든 비타민은 잎과 식물의 다른 녹색 부분에서 형성됩니다.
고등 식물의 생합성 효율은 주로 빛 체제에 의해 결정됩니다. 광속의 힘이 증가하면 광합성 강도가 특정 수준으로 증가한 후 광합성의 광 포화가 발생합니다. 햇빛에서 광합성의 최대(이론적) 효율은 28%입니다. 실제 조건에서 재배 조건이 좋고 밀도가 높은 작물의 경우 15%에 도달할 수 있습니다.
인공적인 조건에서 최대 광합성을 보장하는 최적의 생리학적(광합성 활성) 방사선(PAR) 강도는 150~200W/m2였습니다(Nichiporovich, 1966). 식물(봄밀, 보리)의 생산성은 1m2당 하루 50g의 바이오매스(1일 1m2당 최대 17g의 곡물)에 도달했습니다. 폐쇄 시스템에서 무 재배를 위한 가벼운 방식을 선택하기 위해 수행된 다른 실험에서 뿌리 작물의 수확량은 22~24일에 1m 2 당 최대 6kg이었고 생물학적 생산성은 최대 30g의 바이오매스(건조 중량 기준)였습니다. ) 하루 1m 2 당 (Lisovsky , Shilenko, 1970). 비교를 위해 현장 조건에서 작물의 일일 평균 생산성은 1m 2 당 10g입니다.
바이오사이클: "고등 식물 - 인간"은 장거리 우주 비행 동안 식물 유래의 단백질과 지방만으로 만족할 수 있고 식물이 모든 인간 배설물을 성공적으로 광물화하고 활용할 수 있다면 인간 생명 유지에 이상적일 것입니다.
그러나 우주 온실은 생물학적 생명 유지 시스템에 할당된 모든 문제를 해결할 수는 없습니다. 예를 들어, 고등 식물은 여러 물질과 요소의 순환에 참여하는 것을 보장할 수 없는 것으로 알려져 있습니다. 따라서 나트륨은 식물에서 소비되지 않으며 NaCl(식용 소금) 순환 문제가 발생합니다. 식물에 의한 분자질소의 고정은 뿌리혹 토양 박테리아의 도움 없이는 불가능합니다. 또한 소련에서 승인된 인간 영양의 생리학적 기준에 따라 식이 단백질 일일 기준의 최소 절반은 동물성 단백질이어야 하고 동물성 지방은 전체 기준의 최대 75%까지인 것으로 알려져 있습니다. 다이어트에 지방.
언급된 기준에 따라 식단의 식물 부분의 칼로리 함량이 식단의 전체 칼로리 함량의 65%인 경우(Salyut-6 스테이션에서 우주비행사의 일일 음식 배급량의 평균 칼로리 값은 3150kcal입니다. ) 그런 다음 필요한 양의 식물 바이오매스를 얻기 위해 한 사람의 추정 면적이 최소 15-20m2인 온실을 만듭니다. 식품으로 사용되지 않는 식물 폐기물(약 50%)과 바이오매스의 지속적인 일일 재생산을 위한 식품 컨베이어의 필요성을 고려하면 실제 온실 면적은 최소 2~3배 증가해야 합니다. 타임스.
생성된 바이오매스 중 먹을 수 없는 부분을 추가로 사용하면 온실의 효율성이 크게 높아질 수 있습니다. 바이오매스를 활용하는 방법에는 추출이나 가수분해를 통한 영양분 획득, 물리화학적 또는 생물학적 광물화, 적절한 조리 후 직접 사용, 동물 사료 형태로 사용 등 다양한 방법이 있습니다. 이러한 방법을 구현하려면 적절한 추가 기술 수단과 에너지 비용의 개발이 필요하므로 생태계 전체의 전체 기술 및 에너지 지표를 고려해야만 최적의 솔루션을 얻을 수 있습니다.
생물학적 생명 유지 액체의 생성 및 사용의 초기 단계에서는 물질의 전체주기에 대한 특정 문제가 아직 해결되지 않았으며 소모성 물질의 일부는 우주선에 제공된 비축량에서 가져옵니다. 이러한 경우, 온실은 비타민을 함유한 신선한 허브를 필요한 최소량만큼 재생산하는 기능을 맡습니다. 3-4m2의 심기 면적을 가진 온실은 한 사람의 비타민 요구 사항을 완전히 충족시킬 수 있습니다. 이러한 생태계에서는 인간과 같은 고등 식물의 생체주기를 부분적으로 사용함으로써 물질 재생 및 승무원의 생명 유지를 위한 주요 부하가 물리화학적 처리 방법을 갖춘 시스템에 의해 수행됩니다.
실용적인 우주 비행학의 창시자 S.P. Korolev는 어떤 제한에도 얽매이지 않는 우주 비행을 꿈꿨습니다. S.P. Korolev에 따르면 그러한 비행만이 요소에 대한 승리를 의미합니다. 1962년에 그는 우주 생명공학에 대한 일련의 우선 과제를 다음과 같이 공식화했습니다. "우리는 점차적으로 링크나 블록을 늘리는 "치올코프스키에 따른 온실" 개발을 시작해야 하며 "우주 수확" 작업을 시작해야 합니다. 이 작물의 구성은 무엇이며, 어떤 작물입니까? 그 효과, 유용성? 온실의 장기적인 존재에 기초하여 자신의 씨앗에서 나온 작물의 가역성(반복성)이 있습니까? 어떤 조직이 이 작업을 수행할 것인가: 작물 생산 분야(토양, 수분 등의 문제), 기계화 및 "광열 태양광" 기술 분야 및 온실 규제 시스템 , 등.?"
실제로 이 공식은 "치올코프스키에 따른 온실", 즉 사람에게 필요한 신선한 식품을 공급할 온실이 만들어지기 전에 성취와 해결이 보장되어야 하는 주요 과학적, 실제적 목표와 목적을 반영합니다. 장거리 우주 비행 중 식물성 식품은 물론 물과 공기를 정화합니다. 미래 행성 간 우주선의 우주 온실은 설계의 필수적인 부분이 될 것입니다. 이러한 온실에서는 고등 식물의 파종, 성장, 발달 및 수집을 위한 최적의 조건이 제공되어야 합니다. 온실에는 또한 배광 및 냉방 장치, 영양 용액 준비, 분배 및 공급 장치, 증산 수분 수집 등을 위한 장치가 갖추어져 있어야 합니다. 소련과 외국 과학자들은 이러한 대규모 온실을 만드는 데 성공적으로 노력하고 있습니다. 가까운 미래에 우주선을 위해.
오늘날 성장하는 우주 식물은 아직 개발 초기 단계에 있으며, 우주 비행의 극한 조건, 그리고 무엇보다도 무중력 조건에 대한 고등 식물의 반응과 관련된 많은 질문이 여전히 불분명하기 때문에 새로운 특수 연구가 필요합니다. 무중력 상태는 많은 물리적 현상, 생명체의 생명 활동 및 행동, 심지어 선상 장비의 작동에도 매우 중요한 영향을 미칩니다. 따라서 동적 무중력 효과의 효과는 궤도 우주 정거장에서 직접 수행되는 소위 실물 크기 실험에서만 평가할 수 있습니다.
자연 조건에서 식물을 사용한 실험은 이전에 Salyut 관측소와 Cosmos 시리즈의 위성(Cosmos-92, 605, 782, 936, 1129 등)에서 수행되었습니다. 고등 식물 재배에 대한 실험에 특별한 관심이 기울여졌습니다. 이를 위해 "Vazon", "Svetoblok", "Fiton", "Biogravistat"등과 같이 각각 특정 이름이 지정된 다양한 특수 장치가 사용되었습니다. 일반적으로 각 장치는 문제 하나를 해결하세요. 따라서 소형 원심 분리기 "Biogravistat"는 무중력 및 원심력 분야에서 묘목을 재배하는 과정을 비교 평가하는 데 사용되었습니다. "Vazon" 장치는 우주비행사의 식단에 비타민 보충제로 양파를 재배하는 과정을 테스트했습니다. "Svetoblok" 장치에서는 처음으로 인공 영양 배지 위의 격리된 챔버에 심은 애기장대 식물이 무중력 조건에서 꽃을 피웠고, "Fiton" 장치에서는 애기장대 종자를 얻었습니다. 재배 장치, 조명, 물 공급, 강제 환기 및 원격 온도 제어 시스템으로 구성된 Oasis 연구 시설에서 더 광범위한 문제가 해결되었습니다. "Oasis" 시설에서는 중력 부족과 관련된 불리한 요인의 영향을 줄이기 위한 수단으로 완두콩과 밀 식물에 전기 자극을 통한 재배 체제를 테스트했습니다.
우주 비행 조건에서 고등 식물을 사용한 여러 실험이 미국의 Skylab, Spacelab 및 Columbia (Shuttle) 선상에서 수행되었습니다.
수많은 실험에 따르면 일반적인 지상 조건과 크게 다른 조건에서 우주 물체에서 식물을 재배하는 문제가 아직 완전히 해결되지 않은 것으로 나타났습니다. 예를 들어, 식물이 생성 발달 단계에서 성장을 멈추는 경우도 드물지 않습니다. 식물의 성장과 발달의 모든 단계에서 식물을 재배하는 기술을 개발하기 위해 여전히 상당한 양의 과학적 실험이 수행되어야 합니다. 또한 우주 비행의 다양한 요인이 식물에 미치는 부정적인 영향을 제거하는 데 도움이 되는 식물 재배자 및 개별 기술 수단의 설계를 개발하고 테스트하는 것도 필요합니다.
고등 육상 식물 외에도 하등 식물도 폐쇄 생태계의 독립 영양 연결 요소로 간주됩니다. 여기에는 수생 광영양생물(단세포 조류: 녹색, 청록색, 규조류 등)이 포함됩니다. 이들은 바다와 해양의 1차 유기물의 주요 생산자입니다. 가장 널리 알려진 것은 담수 미세 조류인 클로렐라(Chlorella)로, 많은 과학자들이 폐쇄된 우주 생태계의 생산 고리의 주요 생물학적 대상으로 선호합니다.
클로렐라 배양은 여러 가지 긍정적인 특징이 특징입니다. 이산화탄소를 흡수함으로써 배양물은 산소를 방출합니다. 집중 재배를 통해 30~40리터의 클로렐라 현탁액으로 한 사람의 가스 교환을 완전히 보장할 수 있습니다. 이 경우 생화학적 조성 측면에서 사료 첨가제로 사용할 수 있고 적절한 가공을 통해 인간 식단의 첨가제로 사용할 수 있는 바이오매스가 형성됩니다. 클로렐라 바이오매스의 단백질, 지방 및 탄수화물의 비율은 재배 조건에 따라 달라질 수 있으므로 생합성 과정을 제어할 수 있습니다. 실험실 재배 중 집중 클로렐라 배양의 생산성은 하루 1m2당 건조물 30~60g입니다. 높은 조명 하에서 특수 실험실 재배기에 대한 실험에서 클로렐라의 생산량은 하루 1m2당 건조물 100g에 이릅니다. 클로렐라는 무중력의 영향을 가장 적게 받습니다. 그 세포는 내구성이 뛰어난 셀룰로오스 함유 껍질을 가지고 있으며 불리한 생활 조건에 가장 잘 견딥니다.
인공 생태계의 링크로서 클로렐라의 단점은 CO 2 동화 계수와 인간 호흡 계수 간의 불일치, 생물학적 재생 링크의 효과적인 작동을 위해 기체상의 CO 2 농도 증가의 필요성, 인간 배설물에 이러한 요소가 존재함에 따라 생물 성분에 대한 클로렐라 조류의 필요성에 약간의 불일치, 바이오 매스 소화율을 달성하기 위해 클로렐라 세포의 특수 처리가 필요합니다. 일반적으로 단세포 조류(특히 클로렐라)는 고등 식물과 달리 규제 장치가 부족하며 배양에서 안정적이고 효과적인 기능을 위해 생합성 과정의 자동화된 제어가 필요합니다.
모든 종류의 조류에 대한 실험에서 최대 효율 값은 11~16% 범위에 있습니다(미세 조류에 의한 빛에너지 활용의 이론적인 효율은 28%입니다). 그러나 높은 작물 생산성과 낮은 에너지 소비는 일반적으로 작물의 광학 밀도가 상대적으로 낮은 경우 최대 효율 값이 달성되기 때문에 모순되는 요구 사항입니다.
현재 단세포 조류인 클로렐라와 다른 유형의 미세조류(Scenedesmus, Spirulina 등)가 인공 생태계의 독립 영양 연결의 모델 생물학적 대상으로 사용됩니다.
성과 및 전망
지구 근처 우주 연구 및 개발에 대한 실제 경험이 축적됨에 따라 우주 연구 프로그램은 점점 더 복잡해지고 있습니다. 오늘날 미래의 장기 우주 임무를 위한 생물학적 생명 유지 시스템 형성과 관련된 주요 문제를 해결해야 합니다. 왜냐하면 생물학적 생명 유지 시스템의 일부를 사용하여 수행되는 과학 실험은 처음부터 끝까지 오랜 기간이 소요된다는 특징이 있기 때문입니다. 결과가 얻어집니다. 이는 특히 생물학적 생명 유지 시스템의 연결고리로 선택된 많은 생물체에 객관적으로 존재하는 상대적으로 긴 개발 주기와 영양 및 기타 연결의 장기적인 결과에 대한 신뢰할 수 있는 정보를 얻을 필요가 있기 때문입니다. 살아있는 유기체의 경우 일반적으로 다음 세대에만 나타날 수 있는 바이오링크입니다. 이러한 생물학적 실험을 가속화할 수 있는 방법은 아직 없습니다. 인간을 포함한 생물학적 생명 유지 시스템의 에너지 및 물질 전달 과정을 훨씬 앞서 연구하기 위한 실험을 시작해야 하는 것이 바로 이러한 상황입니다.
우주 승무원을 위한 생물학적 생명 유지 시스템을 만드는 주요 문제는 먼저 지상 조건에서 해결되고 해결되어야 한다는 것은 분명합니다. 이러한 목적을 위해 강력한 연구 및 테스트 기지, 대용량 가압 챔버, 우주 비행 조건을 시뮬레이션하는 스탠드 등을 포함하는 특수 기술 및 의학-생물학 센터가 만들어지고 있습니다. 가압 환경에서 수행되는 복잡한 지상 기반 실험에서 테스터 그룹이 참여하는 챔버, 시스템과 서로 및 인간과의 링크의 호환성이 결정되고, 오랫동안 작동하는 인공 생태계에서 생물학적 링크의 안정성이 명확해지고, 내린 결정의 효과와 신뢰성이 평가됩니다. 특정 우주 물체나 비행과 관련된 최종 심층 연구를 위해 생물학적 생명 유지 옵션을 선택합니다.
60년대와 70년대에 소련에서는 인공 우주 생태계 승무원을 위한 생물학적 생명 유지 시스템을 만들기 위한 수많은 독특한 과학 실험이 수행되었습니다. 1968년 11월 소련에서 3명의 테스터가 참여하는 장기(1년) 실험이 완료되었습니다. 주요 목표는 물질 재생의 물리화학적 방법과 온실에서 녹색 작물을 재배할 때 인간의 비타민과 섬유질 요구를 보충하는 생물학적 방법을 기반으로 하는 통합 생명 유지 시스템의 기술적 수단과 기술을 테스트하고 테스트하는 것이었습니다. 이 실험에서 온실의 파종 면적은 7,5m2에 불과했으며 1인당 바이오매스 생산성은 하루 평균 200g이었습니다. 작물 세트에는 Khibiny 양배추, 보라 지, 물냉이 및 딜이 포함되었습니다.
실험 동안, 인간이 존재하는 폐쇄된 공간에서 고등 식물을 정상적으로 재배할 수 있는 가능성과 기질 관개를 위한 재생 없이 증산수를 반복적으로 사용할 가능성이 확립되었습니다. 온실에서는 물질의 부분 재생이 수행되어 음식과 산소의 최소 제한을 3~4% 보장했습니다.
1970년 소련 경제 성과 전시회에서 소련 Glavmicrobioprom의 All-Union Scientific Research Biotechnical Institute가 발표하고 복합체의 최적 구성을 결정하기 위한 생명 유지 시스템의 실험 모델이 시연되었습니다. 생명 공학 장치 및 작동 모드. 모형의 생명 유지 시스템은 물, 산소 및 신선한 식물 제품에 대한 세 사람의 요구를 무제한으로 충족하도록 설계되었습니다. 시스템의 주요 재생 블록은 50 l 용량의 조류 배양기와 약 20 m2의 유용 면적을 가진 온실로 표현되었습니다 (그림 3). 동물성 식품의 번식은 닭 사육자에게 맡겨졌습니다.
 쌀. 3. 온실 외관 |
인간을 포함한 생태계에 대한 일련의 실험적 연구가 소련 과학 아카데미 시베리아 지부 물리학 연구소에서 수행되었습니다. 45일 동안 지속된 2-링크 시스템 "사람-미세조류"(클로렐라)를 사용한 실험을 통해 시스템 링크와 환경 사이의 물질 이동을 연구하고 물질 순환의 전반적인 폐쇄성을 38%로 달성할 수 있었습니다. (대기와 물의 재생).
인간-고등식물-미세조류의 3링크 시스템을 이용한 실험은 30일 동안 진행됐다. 목표는 완전 폐쇄형 가스 교환 및 부분 폐쇄형 물 교환 하에서 인간과 고등 식물의 호환성을 연구하는 것입니다. 동시에 식물(식물성) 바이오매스를 통해 먹이사슬을 닫으려는 시도도 이루어졌다. 실험 결과는 실험 중 일반 대기를 통해 시스템 링크의 상호 억제 영향이 없음을 보여주었습니다. 지속적인 야채 작물의 최소 재배 면적은 선택된 재배 방식(2.5~3m2) 하에서 신선한 야채에 대한 한 사람의 요구를 완전히 충족하도록 결정되었습니다.
시스템에 네 번째 링크(비식품 식물 폐기물을 처리하고 이를 시스템으로 반환하도록 설계된 미생물 배양기)가 도입되면서 73일 동안 지속되는 사람을 대상으로 한 새로운 실험이 시작되었습니다. 실험 기간 동안 장치의 가스 교환은 완전히 닫혔고, 물 교환은 거의 완전히 닫혔으며(화학 분석용 샘플 제외), 음식 교환은 부분적으로 닫혔습니다. 실험 동안, 고등 식물(밀)의 생산성 저하가 드러났는데, 이는 영양 배지에 식물 대사산물이나 그에 수반되는 미생물의 축적으로 설명됩니다. 4링크 생물학적 시스템의 기술적, 경제적 지표를 기반으로 고체 인간 배설물에 대한 광물화 링크를 시스템에 도입하는 것은 부적절하다는 결론이 내려졌습니다.
1973년에 테스터 외에도 고등 식물과 하등 식물의 연결을 포함하여 총 부피가 약 300m 3인 폐쇄된 생태계에서 3명으로 구성된 승무원의 생명 유지에 대한 6개월 간의 실험이 완료되었습니다. 실험은 세 단계로 진행됐다. 두 달 동안 지속된 첫 번째 단계에서 승무원의 모든 산소와 물 요구는 밀, 사탕무, 당근, 딜, 순무, 케일, 무, 오이, 양파 및 밤색을 포함한 고등 식물에 의해 충족되었습니다. 가정용 구획의 폐수는 밀 재배 배지에 공급되었습니다. 승무원의 고체 및 액체 분비물은 가압된 부피에서 외부로 제거되었습니다. 승무원의 영양 요구는 부분적으로는 고등 식물로, 부분적으로는 매장지에서 건조된 식품으로 충족되었습니다. 매일 624g의 식용을 포함하여 1953g의 바이오매스(건조 중량 기준)가 약 40m2의 재배 면적에서 고등 식물에서 합성되었으며 이는 승무원의 총 필요량의 30%에 해당합니다. 동시에 세 사람의 산소 필요량이 완전히 충족되었습니다(일일 약 1500리터). 이 단계에서 "인간-고등 식물" 시스템의 폐쇄성은 82%였습니다.
실험의 두 번째 단계에서 온실의 일부는 낮은 식물의 연결인 클로렐라로 대체되었습니다. 승무원의 물과 산소 요구는 고급 식물(밀 및 채소 작물)과 하급 식물에 의해 충족되었으며, 승무원의 액체 분비물은 조류 반응기로 보내졌고, 고체 분비물은 건조되어 물을 순환으로 되돌렸습니다. 제작진의 식사는 1단계와 유사하게 진행됐다. 단위 재식 면적당 영양배지와 함께 공급되는 폐수의 양이 절반으로 감소함에 따라 밀 성장이 악화되는 것으로 나타났습니다.
3단계에서는 고등식물부에는 채소작물만 남게 되었으며, 밀폐체적의 대기를 재생하는 주요 부하는 조류반응기로 수행되었다. 식물 영양 용액에는 폐수가 추가되지 않았습니다. 그럼에도 불구하고 실험의 이 단계에서 밀폐 공간의 대기에 의한 식물의 중독이 발견되었습니다. 사람의 액체 분비물을 활용한 클로렐라를 포함한 시스템의 폐쇄성은 91%까지 높아졌다.
실험 중에 승무원의 대사체 교환에서 일시적인 변동을 균등화하는 문제에 특별한 주의가 기울여졌습니다. 이를 위해 테스터들은 생태계가 자율적으로 존재하는 동안 생태계 관리의 연속성과 대량 이동 수준의 균일성을 보장하는 일정에 따라 생활했습니다. 실험 6개월 동안 시스템에는 4명의 테스터가 있었는데 그 중 한 명은 계속해서 살았고, 세 명은 각각 6개월 동안 일정에 따라 교체되었습니다.
실험의 주요 결과는 제한된 밀폐 공간에서 내부에서 자율적으로 제어되는 생물학적 생명 유지 시스템의 구현 가능성을 입증한 것입니다. 피험자의 생리적, 생화학적, 기술적 기능을 분석한 결과, 인공생태계에 머무르면서 발생하는 방향적 변화는 나타나지 않았습니다.
1977년 소련 과학 아카데미 시베리아 지부 물리학 연구소에서 인공 폐쇄 생태계 "인간-고등 식물"을 사용하여 4개월간 실험이 수행되었습니다. 주요 임무는 폐쇄된 생태계에서 고등 식물의 생산성을 보존할 수 있는 방법을 찾는 것입니다. 동시에, 시스템 내에서 재현 가능한 승무원 식량 배급 비율을 높여 시스템의 폐쇄성을 높일 가능성도 연구됐다. 실험에는 2명의 테스터가 참여했습니다(처음 27일 동안 3명의 테스터). 식물트론의 파종 면적은 약 40m2였습니다. 고등 식물의 작물 세트에는 밀, 추파, 사탕무, 당근, 무, 양파, 딜, 케일, 오이, 감자 및 밤색이 포함되었습니다. 실험에서는 내부 대기의 강제순환을 “생활실 – 식물트론(온실) – 생활실”의 윤곽을 따라 구성하였다. 이번 실험은 '사람-고등식물-하등식물'이라는 닫힌 생태계를 이용한 이전 실험의 연속이었다.
이전 조건을 재현한 첫 번째 단계의 실험에서 식물 광합성의 감소가 나타났으며, 이는 5일째부터 시작하여 최대 24일 동안 지속되었습니다. 다음으로, 대기의 열촉매 정화(축적된 독성 기체 불순물의 후연소)를 켜서 식물에 대한 대기의 억제 효과가 제거되고 식물트론의 광합성 생산성이 회복되었습니다. 짚과 셀룰로오스를 태워서 얻은 추가 이산화탄소로 인해 승무원의 식단에서 재현 가능한 부분이 중량 기준으로 60%(칼로리 기준으로 최대 52%)로 증가했습니다.
시스템의 물 교환은 부분적으로 폐쇄되었습니다. 식수원과 부분적으로 위생수는 식물 증산 수분의 응축수였으며, 가정 폐수를 첨가한 영양 배지는 밀을 관개하는 데 사용되었으며, 물 균형은 다음을 도입하여 유지되었습니다. 시스템에서 사람의 액체 배설물을 제거할 만큼의 양의 증류수.
실험이 끝나면 폐쇄 시스템 조건의 복잡한 영향에 대한 테스터 신체의 부정적인 반응이 감지되지 않았습니다. 식물은 테스터에게 산소, 물 및 식물성 식품의 주요 부분을 완전히 제공했습니다.
또한 1977년에는 소련 보건부의 의학 및 생물학적 문제 연구소에서 두 명의 피험자를 대상으로 한 달 반 동안의 실험이 완료되었습니다. 이 실험은 온실과 클로렐라 식물을 포함하는 폐쇄형 생태계 모델을 연구하기 위해 수행되었습니다.
수행된 실험에 따르면 녹색 식물의 도움으로 인공 생태계에서 대기와 물의 생물학적 재생을 수행할 때 하등 식물(클로렐라)이 고등 식물보다 인간과의 생물학적 적합성이 더 큰 것으로 나타났습니다. 이는 거실의 대기와 인간 배출물이 고등 식물의 발달에 부정적인 영향을 미치고 온실로 유입되는 공기에 대한 추가적인 물리적, 화학적 처리가 필요하다는 사실에서 비롯됩니다.
해외에서는 유망한 생명 유지 시스템을 만들기 위한 작업이 미국에서 가장 집중적으로 수행되고 있습니다. 연구는 이론(구조, 구성 및 설계 특성 결정), 실험 기반(개별 생물학적 연결 테스트), 실험 비행(유인 우주선에 대한 생물학적 실험 준비 및 수행)의 세 가지 방향으로 수행됩니다. NASA 센터와 우주선 및 시스템을 개발하는 회사는 생물학적 생명 유지 시스템을 만드는 문제를 해결하기 위해 노력하고 있습니다. 많은 미래 지향적 연구에는 대학이 포함됩니다. NASA는 통제된 생명공학 생명 유지 시스템을 만들기 위한 프로그램 작업을 조정하는 바이오시스템 부서를 창설했습니다.
미국의 '바이오스피어-2(Biosphere-2)'라는 거대한 인공 구조물을 만드는 프로젝트는 환경 전문가들 사이에서 큰 관심을 불러일으켰다. 이 유리, 강철 및 콘크리트 구조물은 150,000m 3에 해당하고 10,000m 2의 면적을 차지하는 완전히 밀봉된 부피입니다. 전체 볼륨은 열대림, 열대 사바나, 석호, 천해 및 심해 지역, 사막 등을 포함하여 지구의 다양한 기후대의 물리적 모델이 형성되는 대규모 구획으로 나뉩니다. "Biosphere-2"도 주택 테스터, 실험실, 작업장, 농업 온실 및 양어장, 폐기물 처리 시스템 및 기타 서비스 시스템 및 인간 생활에 필요한 기술 수단을 위한 거주지. Biosphere-2 구획의 유리 천장과 벽은 거주자에게 복사 태양 에너지의 흐름을 보장해야 하며, 여기에는 처음 2년 동안 8명의 자원 봉사 테스터가 포함됩니다. 그들은 물질의 내부 생물권 순환을 기반으로 고립된 조건에서 활동적인 삶과 활동의 가능성을 증명해야 할 것입니다.
1986년 바이오스피어-2 조성을 주도한 생태기술연구소는 올해 건립을 완료할 예정이다. 존경받는 많은 과학자와 기술 전문가들이 프로젝트에 참여했습니다.
상당한 작업 비용(최소 3천만 달러)에도 불구하고, 프로젝트를 구현하면 생태학 및 지구 생물권 분야에서 고유한 과학 연구를 수행하여 "생물권--"의 개별 요소를 사용할 가능성을 결정할 수 있습니다. 2” 경제의 다양한 부문(생물학적 정화 및 수질 재생, 공기 및 식품). 미국 우주 비행사 R. 슈바이카트는 “이러한 구조는 우주 공간에 정착지를 건설하고 아마도 지구상의 특정 유형의 생명체를 보존하는 데 필요할 것”이라고 말합니다.
언급된 실험의 실질적인 의의는 인간을 포함하는 폐쇄된 공간 생태계를 조성하는 개별 문제를 해결하는 데에만 있는 것이 아닙니다. 이러한 실험의 결과는 극한의 환경 조건에 대한 인간 적응의 생태학 법칙과 의학적, 생물학적 기초를 이해하고, 집중 재배 모드에서 생물학적 개체의 잠재적 능력을 명확히 하고, 폐기물이 없고 환경 친화적인 기술을 개발하는 데 그다지 중요하지 않습니다. 인공적으로 고립된 거주 구조물(수중 거주지, 극지 관측소, 극북의 지질학자 마을, 방어 구조물 등)에서 고품질의 식량, 물, 공기에 대한 인간의 요구를 충족합니다.
미래에는 폐기물이 전혀 없고 환경 친화적인 도시 전체를 상상할 수 있습니다. 예를 들어, 국제 시스템 분석 연구소 소장인 C. Marchetti는 다음과 같이 믿습니다. 충분하고, 자연의 변화에 의존하지 않으며, 어떤 천연 자원도 필요하지 않습니다.” 천연 에너지도 아니고 오염이 보장되지도 않는 원자재.” 이를 위해서는 단 하나의 조건, 즉 지구와 우주에서 평화로운 창조 작업을 위한 모든 인류의 노력의 통합이 필요하다는 점을 덧붙여 보겠습니다.
결론
인간을 포함하고 완전히 또는 부분적으로 닫힌 물질의 생물학적 순환을 기반으로 하는 대규모 인공 생태계를 만드는 문제에 대한 성공적인 해결책은 우주 비행의 추가 발전을 위해서만 매우 중요합니다. “두 번째 전선인 환경 전선이 핵 위협의 전선에 접근하고 합류하고 있다는 것을 그토록 두려울 정도로 명확하게 보았던 시대에”(2019년 43차 회의에서 소련 외무 장관 E. A. 셰바르드나제의 연설에서 발췌) UN 총회), 다가오는 환경 위기에서 벗어나는 실제 방법 중 하나는 물질의 생물학적 순환과 보다 효율적인 사용을 기반으로 하는 사실상 폐기물이 없고 환경 친화적인 집약적 농산업 기술을 만드는 것일 수 있습니다. 태양 에너지의.
우리는 근본적으로 새로운 과학 및 기술 문제에 대해 이야기하고 있으며, 그 결과는 환경 보호 및 보존, 새로운 집약적이고 폐기물 없는 생명공학의 개발 및 광범위한 사용, 자율 자동화 및 자동화 시스템 생성에 매우 중요할 수 있습니다. 식품 바이오매스 생산을 위한 로봇 단지, 높은 수준의 식품 프로그램 솔루션 현대 과학 및 기술 수준. 우주는 지상과 분리될 수 없기 때문에 오늘날에도 우주 프로그램의 결과는 국가 경제의 다양한 영역에서 상당한 경제적, 사회적 영향을 미칩니다.
공간은 사람에게 봉사하고, 사람에게 봉사해야 합니다.
문학
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애플리케이션
우주 여행
V. P. 미하일로프
60년대 곳곳에서 시작된 관광 붐 속에서 전문가들은 관광 목적의 우주여행 가능성에 주목했다.
우주관광은 두 방향으로 발전하고 있다. 그 중 하나는 우주 비행이 없는 순전히 지상파입니다. 관광객들은 우주 비행장, 비행 통제 센터, "별" 마을, 우주 기술 요소의 개발 및 생산을 위한 기업 등 지상의 물체를 방문하고 비행 우주선 및 발사체의 발사에 참석하고 관찰합니다.
지구 기반 우주 관광은 1966년 7월 케이프 케네디에 있는 NASA 발사 시설의 첫 번째 버스 투어가 조직되면서 시작되었습니다. 70년대 초, 관광객들은 버스를 타고 우주 비행사들이 달로 비행을 시작한 39번 단지 부지, 새턴-V 발사체가 조립된 수직 조립 건물(높이 100m 이상의 격납고)을 방문했습니다. 테스트를 거쳐 우주선이 발사대에 발사체를 전달하는 독특한 추적 섀시의 주차장인 아폴로 우주선에 도킹되었습니다. 특별한 영화관에서 그들은 우주 사건에 관한 뉴스영화를 시청했습니다. 당시 여름에는 매일 최대 6~7천 명의 관광객이, 비수기에는 약 2천 명의 관광객이 이러한 여행을 했으며, 조직되지 않은 관광객은 방문객의 흐름을 20~25% 더 늘렸습니다.
처음부터 그러한 여행은 널리 인기를 얻었습니다. 1971년에 이미 400만 번째 참가자가 기록되었습니다. 일부 발사(예: 달 탐사) 동안 관광객 수는 수십만 명에 달했습니다.
또 다른 방향은 직접 우주 관광이다. 현재는 초기 단계이지만 그 전망은 넓습니다. 순전히 관광적인 측면 외에도 전략적, 경제적 측면도 고려해야 합니다.
전략적 측면은 태양계 내에서 인류가 부분적으로 정착할 수 있다는 점입니다. 물론 이것은 먼 미래의 문제이다. 정착은 수백 년, 수천 년에 걸쳐 이루어질 것입니다. 사람은 우주 공간에서 생활하는 데 익숙해지고, 그곳에 정착하고, 특정 경험을 축적해야 합니다. 물론 이 과정을 가속화해야 할 때 지상 또는 우주 대격변이 발생하지 않는 한. 그리고 우주 관광은 이 과정을 수행하기 위한 좋은 모델입니다. 한편, 관광 여행을 통해 축적된 우주에서의 인간의 생명 보장 경험, 우주에서의 장비 및 생명 유지 장치에 대한 친숙함은 인간이 환경이 악화되는 조건에서도 지구에서 보다 성공적으로 생활하고 일하며 공간을 활용할 수 있게 해줄 것이다. 기반의 "접지된" 기술적 수단 및 시스템.
우주 관광의 경제적 측면도 우주 비행에 매우 중요합니다. 일부 전문가들은 우주 관광객의 개인 자금 사용에 초점을 맞춘 우주 관광을 우주 프로그램 자금의 중요한 원천으로 보고 있습니다. 그들의 의견으로는 우주 관광의 결과로 우주로의 화물 흐름이 현재의 것(현실적)에 비해 100배 증가하면 페이로드 단위를 발사하는 데 드는 비용이 100~200배 줄어들 것이라고 생각합니다. 추가 정부 투자 없이 전체 우주 비행사 전체를 위한 것입니다.
전문가들에 따르면, 관광에 대한 인류의 연간 지출은 약 2000억 파운드에 달합니다. 미술. 향후 수십 년 동안 우주 관광은 이 수치의 5%, 즉 100억 파운드를 차지할 수 있습니다. 미술. 우주 여행 비용이 최적으로 균형을 이루고 동시에 충분히 높은 비행 안전이 보장된다면(적어도 현대 여객기의 비행 안전 수준과 비교할 수 있음) 약 1억 명이 앞으로 수십 년 안에 우주 여행을 하고 싶은 욕구. 다른 추정에 따르면 2025년까지 우주 관광객의 유입은 연간 10만명에 달하고, 향후 50년 동안 우주에 다녀온 사람의 수는 약 1억2천만명에 달할 것으로 예상된다.
요즘 우주 여행 비용은 얼마입니까? "투어 패키지"의 상한선을 추정해 봅시다. 소련에서는 우주 비행사 훈련 비용이 약 100만 루블, 직렬 발사체 비용은 2~300만 루블, 2인승 우주선 비용은 7~800만 루블입니다. 따라서 "2인 비행"은 소위 지상 지원을 제외하고 약 1,100만 ~ 1,300만 루블이 될 것입니다. 우주선이 순전히 관광용 버전으로 설계된 경우 이 수치는 크게 줄어들 수 있습니다. 복잡한 과학 장비로 우주선을 채우지 않고 승객 수를 늘리고 우주 비행사 프로그램이 아닌 더 간단한 비행에 따라 비행을 준비합니다. 등 관광 비행 비용을 더 정확하게 결정하는 것이 흥미로울 것이지만 이것은 반드시 이루어져야합니다. 로켓 및 우주 기술 분야의 경제학자.
우주로의 관광 비행 비용을 줄이는 다른 방법이 있습니다. 그 중 하나는 재사용이 가능한 특별한 관광선을 만드는 것입니다. 낙관론자들은 2세대 및 3세대 우주 수송선 비행 비용이 여객기 비행 비용과 비슷할 것이며 이는 대규모 우주 관광을 미리 결정하게 될 것이라고 믿습니다. 그러나 전문가들은 첫 번째 관광객을 위한 여행 비용이 약 100만 달러가 될 것이라고 예측하고 있으며, 이후 수십 년 동안 급격히 감소하여 10만 달러에 도달할 것으로 예상하고 있습니다. , 지구 및 달 궤도의 호텔, 관광 장비의 지속적인 생산, 안전 대책 교육 등을 대량 관광 조건에서 여행 비용이 2 천 달러로 떨어집니다. 페이로드를 우주로 발사하는 데 드는 비용은 kg당 20달러를 넘지 않아야 합니다. 현재 이 수치는 7~8천입니다.
우주관광의 길에는 아직도 많은 어려움과 해결되지 않은 문제들이 남아있습니다. 그러나 우주 관광은 현실이자 21번째 이정표입니다. 그 동안 10개국에서 온 260명의 사람들이 이미 우주 관광 비행의 개발 및 구현을 위해 이 방향으로 일하기 시작한 미국 조직 중 하나에 돈을 기부했습니다. 일부 미국 여행사는 최초의 지구-달 관광 비행 티켓을 판매하기 시작했습니다. 출발일이 열려있습니다. 이는 20~30년 후에 티켓에 찍힐 것으로 예상됩니다.
그러나 미국인들이 이곳에서 처음은 아닙니다. 1927년 모스크바의 트베르스카야 거리에서 세계 최초의 국제 우주선 전시회가 열렸습니다. 달이나 화성으로 날아가고 싶어하는 사람들의 목록을 정리했습니다. 많은 분들이 관심을 갖고 계셨습니다. 어쩌면 그들 중 일부는 아직 첫 번째 우주 관광 여행에 대한 희망을 잃지 않았을 수도 있습니다.
우주학 연대기*
* 계속(1989년 3호 참조). 다양한 통신사 및 정기 간행물의 자료를 바탕으로 1989년 11월 15일부터 일부 인공 지구 위성(AES)의 발사에 대한 데이터가 제공됩니다. 코스모스 위성의 발사는 등록되지 않습니다. 예를 들어 Nature 저널에는 이러한 내용이 정기적으로 보고되며 관심 있는 독자를 추천합니다. 유인 우주 비행에 대해서는 별도의 부록이 제공됩니다.
1988년 11월 15일, 재사용 가능한 우주선 "부란"을 이용한 범용 로켓 및 우주 수송 시스템 "에네르기아"의 첫 번째 시험 발사가 소련에서 수행되었습니다. 2궤도 무인 비행을 마친 Buran 궤도 차량은 Baikonur Cosmodrome 착륙장에 자동 모드로 성공적으로 착륙했습니다. Buran 선박은 가변 스윕의 델타 날개를 갖춘 꼬리 없는 항공기 설계에 따라 제작되었습니다. 최대 2000km의 측면 기동으로 대기권에서 제어된 하강이 가능합니다. 선박의 길이는 36.4m, 날개 길이는 약 24m, 섀시에 서있는 선박의 높이는 16m 이상이며 발사 중량은 100톤 이상이며 그중 14톤이 연료입니다. 화물칸은 최대 30톤의 탑재량을 수용할 수 있으며 선수칸에는 70m 3 이상의 승무원과 장비를 위한 가압 객실이 내장되어 있습니다. 주 추진 시스템은 선박의 후방에 위치하며 조종용 엔진 두 그룹은 꼬리 부분 끝과 선체 전면에 위치합니다. 거의 40,000개의 개별 프로파일 타일로 구성된 열 보호 코팅은 고온 석영 및 유기 섬유와 탄소 기반 재료와 같은 특수 재료로 만들어졌습니다. 재사용 가능한 부란 우주선의 첫 비행은 소련 우주 연구 프로그램의 질적으로 새로운 단계를 열었습니다.
1988년 12월 10일, 프로톤 발사체는 에크란 텔레비전 방송의 다음(19번째) 소련 위성을 궤도로 발사했습니다. 99°E의 정지 궤도로 발사되었습니다. (국제 등록 색인 "Stationary T"), 이 위성은 데시미터 파장 범위의 TV 프로그램을 우랄 및 시베리아 지역의 가입자 수신 장치로 전송하여 집단적으로 사용하는 데 사용됩니다.
1988년 12월 11일, 프랑스령 기아나의 쿠루 우주항에서 서유럽의 Ariane-4 발사체의 도움으로 2개의 통신 위성, 즉 영국 Sky-net-4B와 Astra-1이 정지 궤도로 발사되었습니다. 룩셈부르크 컨소시엄 SES. Astra-1 위성은 TV 프로그램을 서유럽 국가의 현지 유통 센터로 재전송하도록 설계되었습니다. 위성에는 16개의 중전력 중계기가 있으며 대부분은 영국 조직인 British Telecom에서 임대합니다. 위성 'Astra-1'의 추정 위치는 19.2°W입니다. d. 처음에는 영국 위성이 미국 우주 왕복선을 사용하여 발사될 예정이었습니다. 그러나 1986년 1월 챌린저 사고로 인해 이러한 계획이 중단되었고 발사에 Ariane 발사체를 사용하기로 결정했습니다. 두 개의 위성 발사는 두 개의 고체 추진제와 두 개의 액체 부스터가 장착된 Ariane-4 발사체에 의해 수행되었습니다. Arianespace 컨소시엄은 이 로켓 모델이 최고점 고도 36,000km의 이동 궤도에 3.7톤의 페이로드를 전달할 수 있다고 잠재 소비자에게 발표했습니다. 이 버전에서는 Ariane-4가 두 번째로 사용됩니다. 이 구성에서 발사체의 첫 번째 발사는 시험 발사였습니다. 그런 다음 1988에서는 도움을 받아 서유럽 기상 Meteosat-3, 아마추어 무선 Amsat-3, 미국 통신 위성 Panamsat-1 등 세 개의 위성이 궤도에 발사되었습니다.
1988년 12월 22일 소련에서는 장거리 작전을 보장하기 위해 Molniya LV가 다음(32번째) Molniya-3 위성을 북반구에서 정점 높이 39,042km의 고도의 타원형 궤도로 발사했습니다. 전화 및 전신 무선 통신 시스템과 Orbit 시스템에 따른 텔레비전 프로그램 전송.
1988년 12월 23일, 중화인민공화국의 24번째 위성이 장정 3호 발사체를 이용해 시창 우주 비행장에서 발사되었습니다. 이는 정지궤도에 발사된 네 번째 중국 통신위성이다. 위성의 시운전으로 모든 국영 TV 프로그램이 위성 시스템을 통해 재방송되는 전환이 완료됩니다. 위성 발사 행사에는 리펑(Li Peng) 중화인민공화국 국무원 총리가 참석했다.
1988년 12월 25일, 소련에서 소유즈 발사체는 소련 궤도 정거장 미르(Mir)에 공급할 예정인 자동 화물 우주선 Progress-39를 궤도로 발사했습니다. 그 배는 12월 27일에 역에 정박했고, 1989년 2월 7일에 정박 해제되었으며, 같은 날 대기권에 진입하여 더 이상 존재하지 않게 되었습니다.
1988년 12월 28일 소련에서 Molniya LV는 다음(75번째) 통신 위성 Moliya-1에 의해 북반구에서 원지점 고도 38,870km의 고도 타원형 궤도로 발사되었습니다. 이 위성은 소련에서 전화 및 전신 무선 통신뿐만 아니라 궤도 시스템을 통한 TV 프로그램 전송을 위해 사용되는 위성 시스템의 일부로 작동됩니다.
1989년 1월 26일, Proton LV는 소련에서 다음(17번째) Horizon 통신 위성을 발사했습니다. 53°E의 정지 궤도에 배치되었습니다. 등 국제등록지수 'Stationar-5'를 받았습니다. Horizon 위성은 TV 프로그램을 지상국 "Orbita", "Moscow" 및 "Intersputnik" 네트워크로 전송하고 추가 중계기를 사용하여 선박 및 항공기와 통신하는 데 사용됩니다.
1989년 1월 27일 Ariane-2 발사체는 ITSO 국제 컨소시엄의 글로벌 상용 위성 통신 시스템에 사용하기 위해 Intelsat-5A 위성(F-15 모델)을 전송 궤도로 발사했습니다. 정지궤도 60°동쪽의 정지점으로 이동. d. 위성은 1985년 9월 발사된 그곳에 위치한 Intelsat-5A 위성(모델 F-12)을 대체할 것입니다.
1989년 2월 10일, 소련에서 소유즈 발사체는 소련 궤도 정거장 미르에 공급할 자동 화물 우주선 Progress-40을 발사했습니다. 배는 2월 12일 역에 정박했고 3월 3일 역에서 풀렸다. 도킹 해제 후 Progress-40 우주선의 외부 표면에 접힌 두 개의 대형 다중 링크 구조를 열린 공간 조건에 배치하는 실험이 수행되었습니다. 온보드 자동화 명령에 따라 이러한 구조가 하나씩 열렸습니다. 배치는 형상 기억 효과가 있는 재료로 만들어진 요소를 사용하여 수행되었습니다. 3월 5일, 선박의 추진 시스템이 켜졌습니다. 제동의 결과로 배는 대기권으로 진입하여 더 이상 존재하지 않게 되었습니다.
1989년 2월 15일, 소련의 Molniya LV는 다음(76번째) Molniya-1 통신 위성에 의해 북반구에서 원지점 고도 38,937km의 고도 타원형 궤도로 발사되었습니다. 이 위성은 소련에서 전화 및 전신 무선 통신뿐만 아니라 Orbita 시스템을 통한 TV 프로그램 전송을 위해 사용되는 위성 시스템에 포함되어 있습니다.
3월 16일, 소련에서는 소유즈 발사체가 소련 궤도 정거장 미르(Mir)에 공급할 자동 화물 우주선 Progress-41을 발사했습니다. 배는 3월 18일 역에 정박했다.
유인 비행 연대기 1
1 계속(1989년 3호 참조).
2 마지막 비행을 포함한 우주 비행 횟수는 괄호 안에 표시됩니다.
3 미르 기지로의 원정.
4명의 우주 비행사 A. Volkov와 S. Krikalev가 Mir 스테이션의 승무원에 남아있었습니다. 1988년 12월 21일 J.-L. Chretien은 1년 동안 우주 역사상 가장 긴 비행을 완료한 V. Titov와 M. Manarov의 Mir 역에서 지구로 돌아왔습니다.
천문학 뉴스
이상한 나라의 스레드
우리는 일부 대통일 모델의 우주론적 결과 중 하나, 즉 우주론적 실의 존재에 대한 예측에 대해 짧은 노트에서 이미 언급했습니다. 이는 높은 선형 질량 밀도(~Ф 0 2, 여기서 Ф 0은 0이 아닌 진공 평균임)와 ~1/Ф 0의 두께를 갖는 1차원 확장 구조입니다.
대통일의 많은 현실적인 모델 중에서(비현실적인 모델도 있기 때문에) 가장 성공적인 모델은 해당 일반 입자와 속성이 엄격하게 대칭인 거울 입자를 포함하는 모델입니다. 물질의 입자(전자, 쿼크)뿐만 아니라 상호작용을 전달하는 입자(광자, 여-보손, 글루온 등). 이런 종류의 계획에서 완전한 대칭을 위반하면 일반 입자에서 거울 입자로 전환됩니다. 이러한 모델에 나타나는 스레드를 Alice 스레드라고 합니다. 이는 다음과 같은 추가 속성으로 "일반적인" 우주론 스레드와 구별됩니다. 스레드 주위를 걷는 것은 물체의 반사도를 변경합니다.
이 "거울" 속성으로 인해 반사성의 정의 자체가 상대적이 됩니다. 왼쪽 스레드를 돌 때 거시적 객체가 우리에게 평범하다고 간주되면 스레드가 왼쪽 스레드를 돌면 미러링된 것으로 나타납니다. 맞습니다(또는 그 반대). 또한, 앨리스 실의 왼쪽에서 우리가 정상적으로 인식하는 전자기 복사는 실의 오른쪽으로 미러링됩니다. 당사의 일반 전자기 수신기에서는 이를 등록할 수 없습니다.
그러나 이것은 모두 이론상이다. 앨리스 스레드의 관찰 가능한 징후가 있습니까? 일반적인 우주론 스레드가 가지고 있는 모든 속성은 앨리스의 스레드에서도 발견됩니다. 그러나 첫 번째 스레드와는 달리 앨리스의 스레드는 진화하는 동안 입자와 광선의 상대적인 반사도를 변경해야 합니다. 거울 입자의 존재는 별과 아마도 구상 성단이 하나의 반사성을 가져야 하는 반면, 은하와 더 큰 불균일성(성단, 초은하단)은 동일한 수의 거울 입자와 일반 입자로 구성된다는 사실로 이어집니다. 또한 평균 특성(스펙트럼, 광도, 질량 및 속도 분포 등)도 동일합니다. 그러므로 우리가 은하계를 개별 별들로 "분해"할 수 없다면 은하계와 거울상 광도 및 은하계의 스펙트럼이 완전히 대칭이기 때문에 그들과 은하계 사이의 앨리스 필라멘트의 통과조차 알아차릴 수 없습니다.
충격파에서 발생하는 가스 발광 효과를 통해 앨리스 실(실제로 모든 성격의 우주론적 실)의 발현을 감지할 수 있습니다. 후자는 물질이 실의 원뿔형 중력장에 의해 교란될 때 형성됩니다. 사실, 필라멘트 뒤의 충격파에서 가스의 광도는 그러한 가스의 일반적인 광도의 배경과 분리하기 어렵습니다. 필라멘트 방향으로 우주 마이크로파 배경 복사의 온도 교란에도 동일하게 적용됩니다. 따라서 이론가들에 따르면 가장 유망한 것은 앨리스 실로 인한 중력 렌즈 효과를 찾는 것입니다.
일정합니까?
우리는 뉴턴의 중력 상수에 대해 이야기하고 있습니다 G. 변화의 필요성을 예측하는 많은 이론이 있습니다. 그러나 그것뿐만 아니라 다른 기본 상수도 있습니다. 예를 들어 초끈 이론의 일부 모델에서는 이러한 상수가 우주의 나이(우주의 팽창과 함께)에 따라 변경되어야 합니다. G, 예를 들어 감소해야 합니다).
지금까지 수행된 실험 중 어느 것도 불일치를 뒷받침하는 증거를 제공하지 못했습니다. G. 이 변경의 상한선만 설정되었습니다(연간 약 10~11개 부품). 최근 미국 과학자들은 이중 전파 펄서를 관찰하여 이러한 평가를 확인했습니다.
1974년에 발견된 쌍성 펄서 PSR 1913+16은 또 다른 소형 물체를 공전하는 중성자별로 구성되어 있습니다. 궤도주기의 변화율이 놀랍도록 높은 정확도로 알려졌습니다.
일반 상대성 이론은 그러한 쌍성계가 중력파를 방출할 것이라고 예측합니다. 이 경우 이중 펄서의 궤도 주기가 변경됩니다. 불변성 가정 하에 예측된 변화율 G, 관찰된 것과 완벽하게 일치합니다.
미국 과학자들의 관찰을 통해 우리는 변동성의 한계를 추정할 수 있습니다. G일반 상대성 이론의 관찰과 예측 사이의 작은 차이로 인해. 이미 언급한 바와 같이 이 추정치는 연간 10-11개 정도의 부품 가치를 제공합니다. 그래서 아마도 G결코 변하지 않습니다.
SUPERNOVA-87의 "라이트 에코"
호주와 미국의 천문학자들은 LMC 초신성에서 적외선 복사가 상당히 증가하는 것을 감지했습니다. 그러한 방사선이 있다는 사실 자체는 특별한 것이 아닙니다. 그의 폭발은 이해할 수 없고 예상치 못한 일이다.
몇 가지 가설이 제안되었습니다. 그들 중 하나에 따르면, 펄서는 폭발하는 별에 의해 방출된 가스에 "앉아" 있습니다(펄서 방사선의 파장은 더 짧아야 하지만). 두 번째 가설에 따르면 폭발로 인한 가스는 고체 거대 먼지 입자로 응축되어 가열되면 적외선 복사를 방출합니다.
세 번째 가설 역시 '먼지'다. 폭발이 일어나기 수천년 전, 원래의 별은 주위에 모인 가스를 잃어가고 있었습니다. 먼지 껍질은 거의 광년 동안 초신성 주위로 뻗어 있었습니다. 이는 폭발하는 별에서 나온 빛이 먼지 구름에 도달하는 데 걸린 시간입니다. 가열된 먼지는 적외선으로 다시 방출되며, 이 방사선이 지구의 관찰자에게 도달하는 데 1년이 더 걸립니다. 이는 초신성 폭발이 등록된 후 적외선 복사의 섬광이 감지될 때까지 경과된 시간을 설명합니다.
누락된 질량
별의 진화에 대한 현대 이론이 옳다면(그리고 이것을 의심할 이유가 없는 것 같습니다), 저질량 별(태양의 질량보다 질량이 적음)은 끝나지 않을 "성미"가 없습니다. 그들의 삶은 행성상 성운의 형태로 존재합니다. 그 중심에는 원래 별의 잔해가 있는 빛나는 가스 구름입니다.
그러나 꽤 오랫동안이 금지 사항은 신비롭게 위반되었습니다. 많은 경우 행성상 성운의 질량은 태양의 질량보다 작은 것으로 나타났습니다. 영국과 네덜란드의 천문학자들은 세 개의 밝은 행성상 성운(또는 희미하게 빛나는 껍질)을 조사했습니다. 그들이 얻은 스펙트럼을 사용하여 껍질과 성운 자체의 질량을 계산했습니다. 질량 결핍 문제는 더욱 분명해졌습니다. 성운 자체보다 껍질에 훨씬 더 많은 물질이 있습니다. 처음에는 행성상 성운의 "조직자"인 별이 더 무거워야합니다. 누락된 질량은 껍질에 있습니다.
그런데 새로운 미스터리가 생겼습니다. 성운과 봉투에 대해 계산된 가스 온도는 다릅니다. 봉투는 성운보다 2배 더 뜨거운 것으로 나타났습니다. 중앙 별은 껍질 가스를 가열해야하기 때문에 반대 방향이어야 할 것 같습니다. 이 역설을 설명하는 가정 중 하나는 껍질을 가열하는 에너지가 중심 별에서 부는 빠른 "바람"에 의해 공급된다는 것입니다.
경고 - 플래시
태양을 연구하도록 설계된 미국 SMM 위성은 궤도를 떠나는 조기 "죽음"을 예측했습니다. 이 위성에서 얻은 데이터에 따르면 미국 국립해양대기청 전문가에 따르면 우리는 앞으로 4년 동안 태양 활동이 증가하는 환경에서 생활하게 될 것입니다. 자기 폭풍, 무선 통신 및 항법의 복잡화, 레이더 작동 방해, 우주선 승무원에게 확실한 위험 초래, 위성의 섬세한 전자 부품 손상 등 모든 후속 결과가 발생합니다.
태양 플레어는 상층 대기를 가열하는 강한 자외선 복사를 방출합니다. 결과적으로 위쪽(조건부) 테두리의 높이가 증가합니다. 즉, 대기가 "교란"되어 주로 낮은 궤도에 있는 위성에 영향을 미칩니다. 수명이 단축되고 있습니다. 한때 이것은 예정보다 빨리 궤도를 떠난 American Skylab 관측소에서 일어났습니다. 이미 언급했듯이 동일한 운명이 SMM 위성을 기다리고 있습니다.
태양 활동의 주기는 오랫동안 알려져 왔지만 이러한 현상을 일으키는 과정의 본질은 아직 불완전하게 이해되고 있습니다.
새로운 망원경
마우나케아산(4170m, 미국 하와이)은 곧 천문학의 메카가 될 것이다. 이 산에 위치한 천문대에 이미 존재하는 망원경 외에도 새롭고 더욱 강력한 광학 망원경이 설계 중입니다(이미 건설 중임).
캘리포니아 대학교는 1992년에 완공 및 설치될 예정인 10미터 망원경을 건설하고 있습니다. 이 망원경은 3개의 동심원 고리에 배열된 36개의 육각형 공액 거울로 구성됩니다. 세그먼트 미러의 모든 끝에 설치된 전자 센서는 서로에 대한 현재 위치와 방향에 대한 데이터를 컴퓨터로 전송하며, 컴퓨터는 활성 미러 드라이브에 명령을 내립니다. 결과적으로, 기계적 움직임과 풍하중의 영향을 받아 복합 표면과 그 모양의 연속성이 보장됩니다.
1995년 같은 마우나케아에는 일본 과학자들이 개발한 7.5미터 망원경을 설치할 계획이다. 그것은 미국에서 100m 이상 떨어져 있습니다. 이 "아스파라거스"는 가장 강력한 광학 간섭계 시스템이 될 것이며, 이를 통해 먼 거리를 관찰하고 퀘이사를 연구하며 새로운 별과 은하를 발견할 수 있습니다.
광섬유를 통해 단일 초점면으로 결합된 4개의 별도 망원경(각각 직경 8m)은 이 천문대의 공동 소유자인 서유럽 8개국이 남부 천문대(칠레)에 건설할 것을 제안했습니다. 첫 번째 거울(즉, 첫 번째 망원경)의 건설은 1994년까지 완료될 예정이며, 나머지 3개는 2000년까지 완료될 예정입니다.
무엇이 어디서 오는가
알려진 바와 같이, 화성의 대기에는 상당히 높은 농도의 이산화탄소가 있습니다. 이 가스는 우주로 빠져나가므로 어떤 소스에 의해 일정한 농도가 유지되어야 합니다.
전문가들은 그러한 공급원이 지구상에서 희귀한 광물 주상석(지구상에서는 탄소, 규소, 산소, 나트륨, 칼슘, 염소, 황, 수소를 포함하는 준귀석)이라고 믿습니다. 결정 구조(탄산염)의 일부로 다량의 이산화탄소를 저장합니다. 화성에는 주상석이 많이 있습니다.
따라서 생태계에서 우리는 이 공동체에 작용하는 특징적인 환경 요인을 가진 많은 유기체로 구성된 생명 공동체의 상호 작용을 봅니다. 생태계는 일반적으로 가장 중요한 환경 요인에 따라 분류됩니다. 그래서 그들은 해양, 육지 또는 육지, 해안 또는 해안, 호수 또는 변연계 생태계 등에 대해 이야기합니다. 생태계는 어떻게 구축되나요?
일반적으로 다음과 같은 네 가지 주요 요소로 구성됩니다.
1. 무생물(비생물) 환경. 이들은 물, 미네랄, 가스뿐만 아니라 무생물 유기물 및 부식질입니다.
2. 생산자(제조업체). 여기에는 환경의 무기 물질로부터 유기 물질을 만들 수 있는 생명체가 포함됩니다. 이 작업은 주로 태양에너지를 이용해 이산화탄소, 물, 미네랄로부터 유기화합물을 생산하는 녹색 식물에 의해 수행됩니다. 이 과정을 광합성이라고 합니다. 산소(O2)를 방출합니다. 식물이 생산한 유기물은 동물과 인간의 먹이로 사용되고, 산소는 호흡에 사용됩니다.
3. 소비자(소비자). 그들은 식물성 제품을 사용합니다. 식물만을 먹고 사는 유기체를 1차 소비자라고 합니다. 고기만(또는 주로) 먹는 동물을 2차 소비자라고 합니다.
4. 환원자(소멸자, 분해자). 이 유기체 그룹은 식물 잔해나 동물 시체와 같은 죽은 생물의 잔해를 분해하여 다시 원료(물, 광물, CO 2 )로 전환합니다. 이는 생산자가 이를 다시 유기 물질의 구성 요소로 전환하는 데 적합합니다.
분해자에는 많은 벌레, 곤충 유충 및 기타 작은 토양 유기체가 포함됩니다. 생물을 광물로 전환시키는 박테리아, 곰팡이 및 기타 미생물을 광물화제라고 합니다.
생태계는 인공적일 수도 있습니다. 자연 생태계에 비해 극도로 단순화되고 불완전한 인공 생태계의 예는 우주선이다. 조종사는 제한된 식량, 산소, 에너지 공급으로 배의 제한된 공간에서 오랫동안 생활해야 합니다. 이 경우, 가능하다면 사용된 물질 및 폐기물의 사용된 매장량을 회수하고 재사용하는 것이 바람직합니다. 이를 위해 우주선 내부에 특수 재생시설을 마련하고 있으며, 최근 햇빛에너지를 이용해 우주비행사 폐기물 처리에 참여해야 하는 생물체(식물, 동물)를 대상으로 실험이 진행되고 있다.
우주선의 인공 생태계를 연못의 생태계와 같은 자연 생태계와 비교해 보겠습니다. 관찰에 따르면 이 비오톱의 유기체 수는 일부 계절적 변동을 제외하고 본질적으로 일정하게 유지됩니다. 이러한 생태계를 안정적이라고 합니다. 외부 요인이 변할 때까지 균형이 유지됩니다. 주요한 것은 물의 유입과 유출, 다양한 영양분의 공급, 태양 복사입니다.
연못 생태계에는 다양한 유기체가 살고 있습니다. 따라서 인공 저수지가 만들어진 후 점차적으로 박테리아, 플랑크톤, 어류 및 고등 식물이 채워집니다. 개발이 특정 정점에 도달하고 외부 영향이 오랫동안 변하지 않은 상태로 유지되는 경우(물, 물질, 방사선의 유입과 유출 또는 증발, 물질 제거 및 에너지 유출) ), 연못 생태계가 안정됩니다. 생명체 사이에 균형이 확립됩니다.
단순화된 우주선의 인공생태계처럼 연못 생태계도 자립이 가능하다. 생산자 식물과 동식물 소비자, 분해자 사이의 상호작용으로 인해 무한한 성장이 방해를 받습니다.
소비자는 이용 가능한 영양분 공급을 과도하게 사용하지 않는 한 번식할 수 있습니다. 지나치게 번식하면 식량이 부족해 숫자가 저절로 늘어나지 않게 됩니다. 생산자는 광물의 지속적인 공급을 요구합니다. 환원제 또는 파괴자는 유기물을 분해하여 미네랄 공급을 증가시킵니다. 그들은 다시 폐기물을 순환시킵니다. 그리고 주기가 다시 시작됩니다. 식물(생산자)은 이러한 미네랄을 흡수하고 태양 에너지의 도움으로 다시 에너지가 풍부한 영양소를 생성합니다.
자연은 매우 경제적으로 작동합니다. 유기체가 생성한 바이오매스(신체의 물질)와 그 안에 포함된 에너지는 나머지 생태계 구성원에게 전달됩니다. 동물은 식물을 먹고, 다른 동물은 전자를 먹고, 인간은 식물과 동물을 모두 먹습니다. 이 과정을 먹이사슬이라고 합니다. 먹이사슬의 예: 식물 - 초식동물 - 포식자; 시리얼 - 들쥐 - 여우; 식용 식물 - 소 - 사람. 일반적으로 각 종은 둘 이상의 종을 먹습니다. 따라서 먹이사슬이 서로 얽혀 먹이그물을 형성합니다. 유기체가 먹이그물과 기타 상호 작용을 통해 더 밀접하게 연결될수록 공동체는 가능한 교란에 대해 더 탄력적입니다. 자연스럽고 교란되지 않은 생태계는 균형을 위해 노력합니다. 평형 상태는 생물학적 및 비생물적 환경 요인의 상호 작용에 기초합니다.
자연생태계에서 닫힌 순환을 유지하는 것은 두 가지 요인, 즉 모든 폐기물과 잔여물을 활용하는 분해자(환원자)의 존재와 태양에너지의 지속적인 공급으로 인해 가능합니다. 도시 및 인공 생태계에는 분해자가 거의 없거나 전혀 없으며 액체, 고체, 기체 폐기물이 축적되어 환경을 오염시킵니다. 퇴비화 등 분해제 개발을 촉진하여 폐기물의 신속한 분해 및 재활용을 촉진할 수 있습니다. 이것이 인간이 자연으로부터 배우는 방법이다.
에너지 투입 측면에서 자연 생태계와 인위적(인공) 생태계는 유사합니다. 주택, 도시, 교통 시스템 등 자연 생태계와 인공 생태계 모두 외부 에너지 공급이 필요합니다. 그러나 자연 생태계는 거의 영원한 근원, 즉 에너지를 "생산"하면서도 환경을 오염시키지 않는 태양으로부터 에너지를 받습니다. 반대로 인간은 주로 최종 에너지 원인 석탄과 석유로 인해 생산 및 소비 과정에 연료를 공급합니다. 석탄과 석유는 에너지와 함께 환경에 유해하고 오염될 수 없는 먼지, 가스, 열 및 기타 폐기물을 생성합니다. 인공 생태계 자체 내에서 처리됩니다. 전기와 같은 "청정"에너지를 소비하더라도 (화력 발전소에서 생산되는 경우) 대기 오염과 환경 열 오염이 발생한다는 사실을 잊지 마십시오.
주제:“인간과 자연에서의 인간의 위치.”
목표.
교육적인:
- 어린 학생들 사이에서 세계에 대한 초등학교의 전체적인 그림 형성에 대한 체계적인 작업을 계속합니다.
- 도시와 마을의 인공 생태계를 인간 생활의 장소(서식지)로 도입합니다.
- 고대인과 현대인의 경제 차이를 확인하고 인공 생태계의 특성을 이해하도록 가르칩니다.
- 학생들에게 인간 경제와 자연 사이의 모순을 발견하고 이를 제거하는 방법을 제안하도록 가르치십시오.
- 자연과 조화롭게 결합된 생태학적 유형의 경제 개념을 형성합니다.
교육적인:
- 우리 주변의 세계를 인식하고 이해하는 능력을 개발하고, 습득한 지식을 교육, 인지 및 생활 문제를 해결하기 위해 의미있게 적용합니다.
- 말하기와 논리적 사고를 개발합니다.
교육자:
- 우리 주변의 자연에 대한 배려하는 태도, 천연 자원의 경제적 사용, 세계에 대한 배려하는 태도를 기르는 것입니다.
수업 유형:새로운 자료를 배우는 수업.
훈련 유형:문제가 있는.
수업의 주요 단계:
- 이전 경험을 바탕으로 새로운 지식을 소개합니다.
- 새로운 지식의 재생산.
장비:
- 도시와 마을의 생태계를 보여주는 비디오 녹화;
- 작품 페이지;
- 참조 다이어그램;
- 문명과 자연의 합리적인 결합을 보여주는 삽화.
수업 중
I. 문제의 지식 활성화 및 공식화.
1. 여러분, 오늘 우리는 교과서의 마지막 섹션과 전체 과정 "세계와 인간"에 대한 첫 번째 수업을 받았습니다. 제 생각에는 이 섹션의 제목이 조금 특이합니다. 무엇이 그렇게 특이한가요?
칠판에는 “우리는 어떻게 살아야 하는가?”라는 메모가 있습니다.
이 질문은 그들이 살고 있는 국가와 서로 어떤 언어로 의사소통하는지에 관계없이 지구상의 많은 사람들을 걱정한다는 것이 밝혀졌습니다. 그러나 가장 중요한 것은 이 사람들이 우리 공동의 집인 지구의 운명에 무관심하지 않다는 것입니다.
나는 당신과 내가 옆으로 서서 이 질문에 대한 답을 찾으려고 노력해서는 안 된다고 확신합니다.
그것이 무엇인지 아시나요? 회의? 그리고 우리 수업을 " 수업 회의”?
사전: “회의- 특별한 문제를 논의하기 위해 교육 기관을 포함한 다양한 조직의 회의.”
(아이들은 작품 페이지에서 '회의'라는 단어의 해석을 읽고 제기된 질문에 대해 토론합니다.).
그리고 이제 나는 우리의 특별한 질문을 생각하면서 제안합니다 “우리는 어떻게 살다?"그리고 " 인간과 자연에서의 그의 위치”, 우리가 알고 연구한 것을 기억하십시오.
2. 블리츠 – "당신의 지식을 테스트하세요" 퀴즈:
- 우랄 산맥은 유럽과 아시아를 분리합니다.
- 미국은 크리스토퍼 콜럼버스에 의해 발견되었습니다.
- Volga, Ob, Yenisei, Lena, Amur는 우리나라의 강입니다.
- 남극 대륙 남쪽에는 다른 대륙이 있습니다.
- 물, 빛 등의 사용에 주의한다면 에너지를 절약하면 자연이 보존되고 사람들은 더 쉽게 살 수 있습니다.
- 사하라 사막은 남미에 위치하고 있습니다.
- 여행자들은 섬에서 섬으로 도보로 서로를 방문했습니다.
- 식용 식물을 수집하고 야생 동물을 사냥하는 것은 인류의 가장 오래된 활동입니다.
- 생태계는 모든 사람이 집처럼 느낄 수 있는 지구상의 살아 있는 자연과 무생물의 공동체입니다.
- 생태계는 지구의 살아있는 껍질의 세포입니다.
(아이들은 이 진술을 듣고, 진술에 동의하면 작품 페이지의 표에 "+"를 표시하고, 진술에 동의하지 않으면 "-"를 표시합니다. 과제를 완료한 후 교사는 체크리스트를 칠판에 걸고, 학생들은 완료된 과제에 대해 자가 모니터링과 자가 점검을 실시합니다.).
3. 십자말 풀이를 쌍으로 푼다.
- 생태계를 연구하는 과학자.
- 다른 유기체를 잡아먹는 살아있는 유기체.
- 가장 작은 "청소부".
- “먹는 사람”이 먹이를 먹는 유기체.
4. 문제 대화.
네, 이들은 우리 친구 Lena와 Misha입니다. 그들의 말을 들어보자...
레나:과학과 기술을 발전시키는 인간은 자연 생태계를 침해합니다. 그럼 그는 그들 없이도 살 수 있나요?
미샤:아냐, 레나, 네가 틀렸어. 다른 유기체와 마찬가지로 사람도 호흡하고, 먹고, 물질 순환에 참여해야 하기 때문에 생태계의 다른 구성원이 필요합니다.
그리고 세 번째로 우리는 같은 말을 듣게 됩니다. 그에게 주목한 사람은 몇 명이나 됩니까? 과연 이 말은 "생태계". (게시판에 게시됨).
생태계란 무엇입니까?
(아이들은 작품 페이지에서 사전을 찾아보고 다른 정의를 내립니다.)
어떤 종류의 생태계가 있나요?
- 자연스러운- 자연스러운;
- 인공의인간의 손에 의해 만들어진 생태계이다.
자연 생태계의 예를 들어보세요. 인공 생태계.
5. 문제에 대한 설명.
얘들아, 네가 나열한 생태계 중 어느 생태계에 인간, 너와 나를 위한 자리가 있을 거라고 생각하니?
II. 지식의 공동 발견.
1. 회의에서 우리가 연구하고 토론해야 할 문제를 생각해 봅시다.
- 2인 가구;
- 사람은 어디에 살고 있습니까?
- 과학과 기술의 성취가 사람들의 삶에 어떤 영향을 미치는지, 그것이 어떻게 유용하고, 왜 해로운지, 그리고 그것을 사용하면 어떤 위험이 도사리고 있는지.
2. 교과서 페이지에서 두 가지 유형의 인간 경제에 대한 독립적 인 지식.
3. 습득한 지식을 체계화하기 위해 문제 해결 대화를 통해 학급과의 공동 작업:
- 고대인들은 무엇을 했나요?
- 먹이를 얻는 방식이 야생동물과 달랐나요?
- 기성 천연자원을 전용한다면 그들의 농장은 무엇이라고 부를 수 있을까? 어떤 종류의 농장인지에 대한 질문에 대답하는 동사 "to적절하다"로 단어를 만드세요. (적절).
- 사람들은 왜 나중에 가축을 사육하고 식물을 재배하는 법을 배웠습니까?
- 사람들은 어디서 살기 시작했나요?
- 그들의 주요 직업은 무엇이었나요?
- 사람들이 생활에 필요한 식량과 기타 제품을 생산하기 시작했다면 그들의 경제를 무엇이라고 부를 수 있습니까? 어떤 유형의 농장인지에 대한 질문에 답하는 동사 “생산하다”를 단어로 만들어 보세요. (제작)
4. 두 가지 생태 피라미드의 시연:
- 어느 것이 적정경제를 상징하고 어느 것이 생산경제를 상징하는가?
- 그 중 어느 것이 자연 생태계와 연관될 수 있고, 어느 것이 인공 생태계와 연관될 수 있습니까?
- 이 생태계를 뭐라고 부르겠습니까?
(밭, 정원, 앞마당, 양계장, 축산장의 생태계 - 농업생태계)
인간이 만든 최초의 인공생태계입니다. 이곳에는 농업에 종사하는 농민들이 살고 있습니다.
사람들이 자신의 삶을 위해 만들어가는 두 번째 인공생태계는 도시생태계이다.
들판, 정원, 농장 구내가 자연 생태계와 유사하다면 도시는 자연 환경과의 불일치가 눈에 띕니다. 도시에서는 나뭇잎이 바스락거리는 소리와 새들의 노래 소리 대신 엔진 소음, 브레이크 삐걱거리는 소리, 트램 바퀴가 레일을 두드리는 소리가 들립니다. 평야에는 다층 건물에서 돌산이 솟아 있습니다. 안타깝게도 도시에는 녹색 식물이 거의 없습니다. 주말에 도시 거주자들이 도시를 떠나 시골로, 숲으로, 신선한 공기를 마시고, 도시의 소음에서 휴식을 취하려고 시도하는 것은 바로 녹지의 부족 또는 부재 때문입니다. 때때로 사람들은 현대인이 자연으로부터 거의 독립되어 있다고 믿습니다. 이것은 매우 위험한 오해입니다.
기억하다! 과거, 현재, 미래의 인간은 보이지 않는 수많은 실로 자연과 연결되어 있습니다. 그녀를 보살펴 줘!
그러나 모든 것에도 불구하고 도시는 사람들이 살기 위해 만든 생태계입니다.
5. 59페이지의 작업 2를 완료합니다.
- 인공 생태계를 만들어 인간은 어떤 기회를 얻었나요?
- 자연생태계와 인공생태계는 어떤 관계가 있나요? 왜?
- 인간의 힘이란 무엇입니까?
- 이것이 항상 인간과 환경에 도움이 되었습니까?
- 자연의 순환은 닫혀 있습니까?
- 인간 관리의 영향으로 어떤 일이 발생합니까? (환경오염, 동식물의 멸종, 토양비옥도 저하, 연료부족 등)
6. 59페이지의 작업 3을 완료합니다.
- 사람이 자신이 소유한 권력을 사용한 결과는 무엇입니까?
- 이것이 무엇으로 이어지는가?
- 무엇을 고쳐야 합니까?
- 순환이 닫히면 이러한 유형의 경제를... (생태적) 경제라고 부를 수 있습니다.
- 무엇을 해야 할까요? 우리가 도와드릴까요?
개념으로 돌아가자 "생태계".
(정의는 게시판에 게시되어 있습니다.)
생태계-이것은 모든 주민들이 집에서 느끼는 살아있는 자연과 무생물의 상호 연결 (연방)입니다.
7. 키워드 작업:
- 연방
- 살아있는 자연
- 무생물의 자연
- 모두? 다들 누구야?
- 집에서는 잘 지내세요?
III. 습득한 지식을 독립적으로 적용하고 활용하는 워크숍입니다.
- 59페이지의 질문에 대한 답변.
- 2~3개의 선택 작업(1, 4, 5, 7, 8)을 완료하세요.
- 작품 페이지의 표를 작성하세요. 포인트를 계산하면 도시 생태계의 자연을 얼마나 잘 관리하는지 알 수 있습니다.
| 1 | ||
| 1 | ||
| 1 | ||
| 1 | ||
| 나는 겨울 내내 새들에게 먹이를주었습니다. | 2 | |
| 나는 둥지에 있는 새들을 방해하지 않습니다. | 1 | |
| 나는 새들을 위한 주거용 둥지 집을 만들었습니다. | 3 | |
| 1 | ||
| 나는 나무를 심었습니다. | 5 |
13~16점 - 당신은 훌륭한 동료이자 환경 보호론자입니다. 누구나 당신의 모범을 따를 수 있습니다.
9~12점 - 자연과 친구가 되는 방법을 알고 있습니다.
9점 미만 - 생각해 볼 내용이 있습니다. 주변의 자연에 대해 좀 더 주의를 기울이십시오.
IV. 수업 요약 - 회의.
- 업무 완료에 관한 의견 교환
- 수업에서 무엇을 새로 배웠나요?
- 인간의 힘이 우리 주변의 전 세계에 큰 위협이 되는 이유는 무엇입니까?
사람에게는 두 가지 길이 있습니다. 첫 번째는 모든 사람들이 함께 우주로 날아가서 다른 행성에 정착하는 것입니다. 그러나 이것이 가능해진다면 그리 빠른 시간은 아닐 것이고, 아마도 수백년, 수백년이 걸릴 것입니다.
두 번째 방법은 자연에 적응하고, 자연을 파괴하지 않는 법을 배우고, 기존 경제를 방해하지 않는 법을 배우고, 파괴되고 손상된 것을 복원하기 시작하는 것입니다. 그리고 현재의 자연을 소중하게 다루며, 남아 있는 자연을 보호합니다. 아마도 이 길이 유일한 길일 것이다.
V. 숙제.
12과, 과제 6.
부속서 1
작품 페이지
재학생)______________________________
주제: “우리는 어떻게 살아야 합니까?인간과 자연에서의 인간의 위치.”
계획.
- 두 사람의 농장.
- 사람은 어디에 살고 있습니까?
- 우리는 어떻게 살아야 할까요?
연습 1. 블리츠 - 퀴즈.
작업 2. 크로스워드.
- 생태계를 연구하는 과학자.
- 다른 유기체(식물 및 동물)를 잡아먹는 살아있는 유기체.
- 모든 살아있는 유기체가 호흡하는 데 필요한 가스입니다.
- 생태계는 우주로부터 무엇을 받는가?
- 가장 작은 "청소부".
- 살아있는 유기체의 폐기물과 잔해를 처리하는 유기체.
- 무생물이 모든 유기체의 유기 물질로 변환되는 식물의 기관입니다.
- 식물 수확량을 증가시키기 위해 비료를 줍니다.
- 먹는 사람이 먹는 유기체.
- 식물이 물과 영양분을 공급받는 비옥한 토양의 최상층입니다.
작업 3. 새로운 개념의 발견.
1.____________________
2.____________________
3.____________________
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작업 4. 테이블 - 테스트.
| 유용한 것들 | 완료 표시 | 포인트들 |
| 나는 방을 나갈 때 불을 끕니다. | 1 | |
| 나는 화장실에서 나갈 때 수도꼭지를 잠근다. | 1 | |
| 나는 숲이나 공원에서는 꽃을 따지 않으려고 노력한다. | 1 | |
| 나는 불을 피우기 위해 나무를 부수지 않고 죽은 나무를 가져갑니다. | 1 | |
| 나는 겨울 내내 새들에게 먹이를주었습니다. | 2 | |
| 나는 둥지에 있는 새들을 방해하지 않습니다. | 1 | |
| 새집을 만들었어요. | 3 | |
| 나는 집에 있는 식물과 동물을 돌본다. | 1 | |
| 나는 나무를 심었습니다. | 5 |
부록 2
사전.
회의 - 교육 기관을 포함한 다양한 조직이 모여 특별한 문제를 논의하는 회의입니다.
생태계– 함께 사는 살아있는 유기체와 그들이 집처럼 느끼는 땅.
생태계- 생물권의 작은 부분. 이 시스템에서는 공기, 토양, 물, 암석 등 생물권의 많은 요소를 찾을 수 있습니다.
생태계– 다양한 직업의 살아있는 유기체가 물질의 순환을 공동으로 유지할 수 있는 살아있는 자연과 무생물의 통일성.
생태계 –그것은 그들이 사는 곳과 하나가 된 살아있는 유기체의 공동체입니다.
생태계 –이것은 모든 주민들이 집에서 느끼는 살아있는 자연과 무생물 사이의 관계입니다.
