РОСКОСМОС-СПОРТ

Эксперименты на МКС с Сергеем Кудь-Сверчковым

29.03.21 13:01

Эксперимент «Фотобиореактор»

Цель эксперимента

Создание фотобиореактора для проведения биотехнологических экспериментов и получения продуктов питания и кислорода путём культивирования микроводорослей в условиях микрогравитации.

Описание эксперимента

Показано, что использование низших растений решает задачу утилизации угольной кислоты, образующейся в процессе жизнедеятельности космонавтов, и пополнения кислорода в атмосфере корабля. Имеются данные, что среди массы микроводорослей, применявшихся для исследований в качестве продукции кислорода для космических полетов, подходят хлорелла и спирулина. Однако применение хлореллы в качестве продукта питания для космонавтов не находит подтверждения.

В связи с имеющимися данными наиболее вероятным продуктом, для обеспечения кислородом и продутом питания экипажа космического корабля при длительных полетах, может служить спирулина.

В земных условиях отработана технология получения спирулины платенсис в качестве пищевой добавки, как источник белка и витаминов. Также проведены эксперименты в земных условиях, которые показали, что в замкнутой по газу и воде экосистеме микроводоросли могут обеспечивать человека кислородом и поглощать углекислоту.

В промышленных масштабах получение биомассы микроводорослей осуществляют, как правило, используя благоприятные климатические и природные ресурсы (теплый климат, хорошая инсоляция, теплые водоисточники, чистая морская вода, минеральные источники и др.). Накопление биомассы микроводорослей в таких случаях осуществляют в естественных и искусственных водоемах, прудах и бассейнах. Для осуществления управляемого культивирования фотосинтезирующих микроводорослей используют различные аппараты, получившие название фотобиореактор

Несмотря на большое конструкционное разнообразие фотобиореакторов, их разработчикам приходилось решать практически однотипные задачи:

  • Во-первых, обеспечить требуемый уровень освещения клеток светочувствительной микроводоросли;
  • во-вторых, обеспечить синхронный массообмен, потребляемых и выделяемых клетками водоросли газов (СО2, О2);
  • в-третьих, обеспечить максимальную степень однородности физико-химических условий жизнеобеспечения каждой клетки водоросли;
  • в-четвертых, оперативное управление параметрами процесса фотобиокатализа и качеством получаемой продукции.

В настоящее время наиболее совершенным считается проточное выращивание микроводорослей, при котором по сигналам, поступающим от самой культуры, осуществляется автоматический отбор прирастающих клеток, подача свежей питательной среды и стабилизация оптической плотности культуры. В этой связи заслуживает внимания метод выращивания спирулины в закрытом трубчатом реакторе, построенном на фабрике в Южной Италии

Реактор состоит из 50-метровой прозрачной стеклянной трубки диаметром 1 см. Культура микроводоросли подвергается рециклированию насосом. Культивируемое сообщество представлено одной водорослью и тремя видами бактерий, что делает его устойчивым к заражению другими микробами.

В состав питательной среды входит аммиак, минеральные соли и углекислота. В процессе культивирования образуется биомасса, содержащая до 50% белка, липиды, крахмал и глицерин, выделяется чистый кислород примерно в эквивалентном количестве с поглощенным углекислым газом.

Новизна эксперимента

Специалисты немецкого космического агентства DLR начали разработку модуля космической оранжереи, который в будущем станет частью обитаемых космических станций, находящихся на поверхности Марса, Луны и других космических тел.

Можно отметить, что идея создания космических оранжерей далеко не нова, ее, еще в 1926 году в своих трудах выдвигал К.Э. Циолковский. С той поры, несмотря на достаточно бурную деятельность человечества в космосе, идея создания космической оранжереи так и не была реализована, все, что касается космического «сельского хозяйства» ограничилось несколькими экспериментами по выращиванию растений на борту Международной космической станции и других космических аппаратов. Новая «биорегенеративная система жизнеобеспечения» DLR будет отличаться высоким уровнем автоматизации и использованием большого количества самых современных технологий.

Опытный образец модуля космической оранжереи, согласно планам, будет проходить испытания в жестких климатических условиях Антарктики в 2014 году.

В рамках программы Google Lunar X Prize, корпорация Paragon Space Development разрабатывает проект герметичной мини-оранжереи, которая позволит вырастить на поверхности луны первые растения. Важность этого проекта в рамках программы изучения и колонизации Луны, которая уже освещалась на страницах нашего портала, трудно не оценить. Ведь растения являются источником необходимого для дыхания кислорода и утилизатором углекислого газа.

В России в области создания СОЖ ведутся разрозненные исследования в основном для текущего сопровождения пилотируемых полетов на Российском сегменте международной станции.

В основном спирулина применяется в качестве биологической добавки в смеси с различными компонентами. В сыром виде с некоторой натяжкой можно говорить о потреблении микроводоросли при проведении в Институте биофизики (ОАН ССС при создании экспериментального комплекса «Биос-3»).

В экспериментальном комплексе «Биос-3» проведен ряд гермо-камерных экспериментов таких, как 45 — и суточный эксперимент с двухзвенной системой «человек-микроводоросли», 5-месячный эксперимент с двухзвенной системой «человек-высшие растения», эксперимент длительностью 1,5 года с трехзвенной системой «человек —микроводоросли — высшие растения».

В результате проведенных медико-технических экспериментов было показано, что биологическая система жизнеобеспечения на основе одноклеточных водорослей и высших растений полностью обеспечили экипаж кислородом, водой и растительной пищей. Отрицательного воздействия среды обитания на организм испытателей не обнаружено.

Зарубежными учеными также проведены обширные наземные исследования по обоснованию и созданию биолого-технических систем жизнеобеспечения экипажей космических летательных аппаратов.

Создание пилотируемых комплексов для освоения космического пространства за околоземными орбитами потребует объединения возможностей наиболее развитых стран.

Создание БСОЖ в России по собственным технологиям позволит дополнять зарубежные БСОЖ, что обеспечит более высокую надежность и безопасность пилотируемых полетов.

Научная аппаратура

При проведении эксперимента «Фотобиореактор» должна использоваться аппаратура  «Фотобиореактор». Аппаратура «Фотобиореактор» предназначена для исследования воздействия факторов космического полета на культивирование спирулины.

Аппаратура «Фотобиореактор» представляют собой моноблок, оснащенный датчиками, светодиодами (освещение), насосом и термостатом.

Для реализации эксперимента «Фотобиореактор» необходимо выполнить следующие этапы по созданию НА:

  • разработка КД, изготовить макет НА для наземной отработки, изготовить летный образец аппаратуры, провести наземные испытания;
  • биотехнологическая отработка НА, корректировка КД;
  • изготовление летных образцов НА «Фотобиореактор».

Ожидаемые результаты

  • данные о влиянии космического полета на параметры биотехнологического процесса культивирования микроводоросли;
  • данные по производительности предлагаемой модели биореактора по биомассе и кислороду;
  • данные по применимости предлагаемой модели биореактора для культивирования микроводорослей в условиях микрогравитации.

Сообщить об ошибке в тексте

Фрагмент текста с ошибкой:

Правильный вариант:

При обнаружении ошибки в тексте Вы можете оповестить нас о ней. Для этого нужно выделить мышкой часть текста с ошибкой и нажать комбинацию клавиш "Ctrl+Enter".