| 12. |
Приоритет Стратегии НТР России |
Возможность эффективного ответа российского общества на большие вызовы с учетом возрастающей актуальности синтетических научных дисциплин, созданных на стыке психологии, социологии, политологии, истории и научных исследований, связанных с этическими аспектами научно-технологического развития, изменениями социальных, политических и экономических отношений |
| 16. |
Аннотация |
Целью проекта является экспериментальное повышение автономности системы жизнеобеспечения (СЖО) человека за счет: внутрисистемного воспроизводства пищи до уровня 100% норм питания человека, новых методов быстрого окисления и вовлечения несъедобной биомассы и продуктов метаболизма человека в круговоротные СЖО. Актуальная в настоящее время повестка технологического суверенитета требует разработки новых наукоемких решений, позволяющих обеспечивать развитие разных сфер экономики и производства. Существенным шагом к достижению цели по развитию передовых технологий жизнеобеспечения является разработка длительно работающих в автономном (без доступа из внешней среды воды, пищи и воздуха) режиме СЖО на основе создания и контроля круговоротных процессов в искусственных экосистемах земного и космического назначения. Возрастающая напряженность экологической ситуации на Земле требует составления прогноза антропогенных последствий изменения круговорота веществ в биосфере. Помимо построения прогнозных математических моделей необходима возможность их верификации на экспериментальных моделях, включая создание экспериментальных и аварийных ситуаций. Широкие возможности экспериментирования с искусственными замкнутыми экосистемами позволят обнаружить их специфические свойства, понять законы их существования, границы устойчивости и способы управления, что составляет предмет фундаментальных исследований. С практической точки зрения, создание систем с круговоротом веществ помогут появлению в реальной хозяйственной деятельности высоко замкнутых технологий с минимальным загрязнением среды. С точки зрения космических приложений актуальность создания биорегенеративных СЖО связана с тем, что технически перспектива полета в длительные космические миссии (Луна, Марс) в настоящее время считается реально осуществимой в течение ближайших десятилетий, а земные приложения частично замкнутых систем могут качественно улучшить условия жизни в Арктике. Для длительных межпланетных космических полётов и планетарных баз, когда связь с биосферой Земли будет полностью отсутствовать, СЖО человека должна строиться, в основном, на основе создания среды обитания из продуктов его жизнедеятельности и продуктов жизнедеятельности зеленых растений за счёт комбинации физико-химических и биологических процессов. Создание таких СЖО требует решения двух основных проблем: 1) обеспечение высокозамкнутого круговорота веществ в системе, что означает высокую автономность СЖО и малую чувствительность к нарушениям внешних поставок; 2) обеспечение надежного, устойчивого функционирования СЖО в штатном режиме и разработка алгоритмов или сценариев эффективного преодоления внештатных (аварийных) ситуаций, в том числе с помощью современных методов математического моделирования.
Человек является продуктом эволюции биосферы Земли, поэтому очевидно, что оптимальной средой для его существования является среда обитания, создаваемая с помощью биосферных механизмов. Создание искусственной замкнутой экосистемы с включением в нее человека представляется наиболее перспективным путем решения поставленных фундаментальных и прикладных вопросов. В настоящее время достаточно хорошо разработаны искусственные экосистемы полузамкнутого типа, предназначенные для жизнеобеспечения человека и действующие на гермообъектах (в первую очередь, на космических станциях и кораблях) и основывающиеся на физико-химическом методе воспроизводства кислорода и воды. Однако принципиально, что с помощью физико-химических методов невозможно воспроизводить пищевые продукты для человека, поскольку их применение не удовлетворяет требованиям продолжительных экспедиций. Поэтому высокую научную значимость для решения этой проблемы приобретает возможность воспроизводства внутри системы не только кислорода и воды, как это может быть реализовано в физико-химических системах, но и пищи. Эта система не может быть копией экологической системы биосферы Земли, поэтому для стационарных станций нужна система с достаточно быстрыми циклами оборота вещества и ограниченным числом биологических звеньев.
Заявленные проблемы могут быть успешно решены на основе масштабных теоретико-экспериментальных работах с СЖО, позволяющих контролировать динамику численности и потоки в системе, вместе с созданием тонких технологий формирования сбалансированных диет, а также технологий возвращения отходов в круговорот. Именно это и есть конечная цель проекта: создать принципиально новый вариант СЖО с регулируемой замкнутостью, совмещенный с новыми внутрисистемными диетами и их «земными» приложениями.
Прикладная сторона этих исследований очевидна: адекватный прогноз «в принципе» динамики экосистем и биосферы для возможности предотвращения негативных последствий антропогенного воздействия, создание долговременных СЖО для длительных космических экспедиций и поселений, длительно-автономных жилищ (заполярные, высокогорные, научные, технологические базы гражданского и специального назначения), а также убежищ и бункеров в условиях ЧС. |