Студенты и преподаватели СибГУ им. М.Ф. Решетнева работают над созданием действующих моделей «малых» замкнутых экосистем с виртуальным присутствием человека. Лаборатория, где разрабатывают такие механизмы, развернута на кафедре замкнутых экосистем (ЗЭС) университета.
«Мы часто не задумываемся о том, надолго ли нам хватит запасов кислорода, воды и пищи. Подсчитано, что кислород в атмосфере полностью обновляется примерно за две тысячи лет, запасы воды — почти за три тысячи лет. Более сложно протекают процессы утилизации органического вещества, которое минерализуется в почве, а затем в виде растений и животных вновь восстанавливается в виде органики. Благодаря этому человечество уже много тысяч лет многократно использует эти постоянно возобновляющиеся запасы», — рассказал заведующий кафедрой замкнутых экосистем СибГУ им. М. Ф. Решетнева, доктор биологических наук Александр Тихомиров.
Чтобы обеспечить такие же условия при освоении космического пространства, красноярские ученые предлагают взять в космос «маленькую Землю», которая сможет воспроизводить для человека наиболее важные для жизни вещества. Эту роль маленькой планеты и должна выполнять искусственная замкнутая экосистема с виртуальным присутствием человека: он участвует в газообмене системы, а продукты его жизнедеятельности частично включены во внутрисистемный круговорот.
В работе специалисты кафедры ЗЭС используют материально-техническую часть Института биофизики СО РАН, основой которой является всемирно известный уникальный комплекс БИОС-3 — биорегенеративная система, включающая человека. В 1972 году в БИОС-3 был выполнен шестимесячный эксперимент с экипажем в 2-3 человека, который в условиях полного замыкания и изоляции обеспечивал себя пищей, водой и кислородом, получаемым за счет круговоротных процессов внутри системы.
«Создать такую ЗЭС — очень сложная задача специалистов разных профилей — инженеров и ученых. Главная цель — организовать такой круговоротный процесс, когда вещества на „входе“ системы (газовая атмосфера, вода, пища и др.) после попадания вовнутрь и взаимодействия с внутренней средой и человеком, проходят такие преобразования, что на „выходе“ вновь образуют первоначальные вещества, — пояснил Александр Тихомиров. — Так образуется тот самый круговорот веществ, который обеспечит жизнь человека внутри системы на практически неограниченный срок. Источником энергии для системы может служить ядерный реактор, способный работать долгие годы».
Исследования «малых» экосистем позволяют экономить финансовые средства, исключить риски здоровья для испытателей, решать те задачи, которые опасно или невозможно решить в больших экосистемах. Полученные результаты крайне полезны для последующего использования в полномасштабных замкнутых экосистемах. Успешность этих исследований подтверждается публикациями в высокорейтинговых международных журналах и выступлениями на крупных международных конференциях учеными Института биофизики СО РАН, которые одновременно работают на кафедре ЗЭС СибГУ им. М.Ф. Решетнева. Магистранты кафедры ЗЭС также активно участвуют в этих исследованиях, выполняя диссертационные работы по исследованию информационной среды применительно к моделям замкнутых экосистем.
Профессорско-преподавательский состав кафедры ЗЭС включает в себя известных ученых по замкнутым экосистемам, которые активно сотрудничали с NASA, Европейским космическим агентством, коллегами из Китая и Японии по замкнутым экосистемам. В рамках этого сотрудничества выполнен ряд международных грантов и контрактов, активные международные контакты продолжаются и в настоящее время. Внутри России учеными кафедры ЗЭС выполнены три гранта Российского научного фонда по тематике создания замкнутых экосистем нового поколения с высокой степенью замкнутости круговоротных процессов. Такие исследования выполнялись с участием студентов и аспирантов СибГУ им. М.Ф. Решетнева.
Красноярские ученые отмечают, что их разработки применимы и на Земле: при создании световых технологий, технологий для строительства экодомов и переработке отходов.
С темой создания экспериментальных замкнутых экологических систем жизнеобеспечения людей тесно связана статья академика Иосифа Гительзона.