Сейчас космонавты на МКС зависят от поставок воды, пищи и кислорода с Земли. Чтобы обеспечить их собственными ресурсами, ученые работают над созданием автономных систем жизнеобеспечения.
В Курчатовском институте разработали фотобиореактор, который может стать частью такой системы. Учёные планируют выращивать в условиях космоса зелёную микроводоросль Chlorella vulgaris. Она будет перерабатывать углекислый газ в кислород, а также служить пищей для космонавтов.
«Уникальная конструкция установки позволяет полностью освещать весь слой культуры, обеспечивая светом каждую клетку даже при высоких концентрациях биомассы на поздних стадиях роста. Кроме того, она обеспечивает интенсивное перемешивание, даже в условиях невесомости. Тем самым повышается скорость роста микроводоросли. Также не стоит забывать и о чисто практическом удобстве применения фотобиореакторов подобной конструкции: трубкам можно придавать практически любую форму — это предоставляет большую гибкость при установке», — рассказал Даниил Сухинов, лаборант-исследователь отдела прикладной биоэнергетики Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий.
Микроводоросль выбрали за её уникальную особенность — в процессе выработки кислорода участвует каждая её клетка, тогда как у обычных растений — только листья. Кроме того, хлорелла содержит большое количество протеинов, незаменимых аминокислот, а также важных углеводов, жиров, витаминов и других биологических активных веществ.
Фотобиореактор позволит максимально быстро выращивать микроводоросль, чтобы восполнять запасы пищи. Эксперименты показали, что скорость роста хлореллы в установке гораздо выше, чем в обычных условиях, а объем получаемой биомассы больше в целых четыре раза. Система освещения растений устроена так, чтобы использовать минимальное количество энергии. Сначала авторы планируют протестировать фотобиореактор в большем масштабе на Земле, а затем и — в условиях космического полета.
Ученые рассчитали объем культуры микроводорослей, необходимый для поддержания штатной работы системы жизнеобеспечения в автономном режиме.
«Человек в среднем потребляет 816 грамм кислорода в день. Таким образом, для обеспечения команды из восьми человек с помощью подобного фотобиореактора потребуется примерно 62 километра трубки и 35 километров оптоволокна. Как организовать такую установку в пространстве — это уже следующая, инженерная задача. Учитывая полученные результаты, в том числе данные биохимического анализа биомассы, мы считаем нашу установку перспективной основой для создания замкнутой системы жизнеобеспечения для пилотируемых космических аппаратов или поселения на поверхности другой планеты или спутника», — отметил Даниил Сухинов.
Результаты работы исследователей опубликованы в очередном номере журнала Nanobiotechnology Reports.
