Земля — це великий космічний корабель, чия "несуча здатність" уже на межі

Земля — це космічний корабель, подібний до МКС, пише астрофізик із Манчестерського університету Кіт Купер.

Учений пропонує — уявіть, що ваше життя проходить у місці, де ви постійно обмежені в ресурсах: воді, повітрі, їжі та енергії. Ваше виживання залежатиме значною мірою від того, як ви розпоряджатиметеся ресурсами та від навичок переробки. Саме з цим стикаються космонавти на борту МКС, а також зіткнуться перші поселенці на Місяці та Марсі, пише Space.com.

Саме так люди мають жити і на Землі, якщо хочуть захистити довкілля.

Космічна станція чи інопланетна база — це система із замкнутим циклом. Вона має виробляти власні ресурси, а потім переробляти їх, повертаючи в систему, тому що кількість усього обмежена. Якщо споживати занадто багато, в астронавтів може закінчитися повітря, їжа, вода або енергія, що може призвести до летального результату. Звісно, час від часу із Землі надходять запаси, тож ці системи не є на 100% замкнутими. А ось що справді є замкнутим колом, так це сама Земля, стверджує вчений.

"У Землі є своя несуча здатність (здатність витримувати навантаження під час підтримання нормального функціонування — ред.). Ще 1973 року вчені попередили, що, планета починає досягати межі своєї несучої здатності, і незабаром людство потребуватиме надто великої кількості енергії, їжі, прісної води і так сильно забруднюватиме атмосферу, що система замкнутого циклу стане нестійкою", — пише експерт.

Це видно вже зараз — по тому, як зміни клімату спричиняють дедалі більше посух, повеней, лісових пожеж та інших катастроф.

У новому дослідженні Німецького аерокосмічного центру докладно описано, як технології, розроблені для життя в космічному середовищі існування із замкнутим циклом, можуть бути застосовані на Землі.

На думку авторів дослідження, космічне середовище проживання має виконувати кілька функцій, щоб залишатися системою замкнутого циклу. Кожна з цих систем може бути застосована і на Землі.

• По-перше, необхідно вирощувати та постачати в систему ресурси. У цьому разі під ресурсами розуміється все, що потрібно середовищу існування для функціонування: від їжі до енергії. Однак цією концепцією необхідно ретельно керувати, тому що, якщо її не контролювати, все зруйнується. Наприклад, якщо занадто швидко добути весь водяний лід із місячного реголіту, його не залишиться для постачання місячної бази протягом тривалого часу.
• Друге завдання — переробка цих ресурсів, щоб вони не витрачалися занадто швидко. У середовищі існування із замкнутим циклом неперероблені відходи коштують дорого і можуть згодом погіршити стан середовища проживання. Така ситуація означала б, що того чи іншого ресурсу з кожним разом стає все менше. Крім того, вони можуть забруднювати навколишнє середовище, що знову ж таки веде до його погіршення.
• Третє — самодостатність. За винятком періодичних поставок із Землі, космічне середовище проживання має бути здатне виробляти і ремонтувати все, що йому необхідно.
• Нарешті, середовище проживання із замкнутим циклом має бути досить стійким, щоб нескінченно підтримувати екіпаж і будь-яке інше тваринне або рослинне життя. Якщо система виходить з ладу через зловживання, термін служби середовища проживання сильно скорочується.

"Уже зараз очевидно, що кожен із цих пунктів можна застосувати й на Землі", — підкреслює дослідник.

Космічні технології на Землі

Технології, які розробляються для космосу, можуть стати в пригоді й на Землі.

Найпростіший приклад — сонячні батареї. Вони були винайдені ще 1954 року, за часів вугільних електростанцій. У цю епоху сонячні панелі не були настільки популярними, оскільки в той час на Землі не було особливого застосування фотоелектричним елементам.

Уперше сонячні батареї вирушили в космос 1958 року, встановлені на супутнику Vanguard 1. До 1970-х років ці батареї стали досить потужними для використання на Землі. Сьогодні сонячні батареї можна зустріти всюди, середня панель виробляє 1,5 кіловата електроенергії на день, а до 2023 року сонячна енергія вироблятиме загалом 5,5% світової електрики без шкідливих викидів вугільних електростанцій або токсичних відходів ядерних реакторів.

Ще одна технологія, розроблена в космосі, яка може допомогти підтримати більш стійкий спосіб життя на Землі — харчова. Астронавти на МКС вирощують сільськогосподарські культури.

У 2021 році вперше на МКС було вирощено салат-латук, урожай якого зібрав астронавт NASA Майкл Гопкінс. Суть експерименту полягала в способі посадки насіння, його поміщали в спеціальну "подушку для насіння", в якій контролювали вивільнення добрив і глини, а також використовували спеціальні світлодіодні лампи для кращого фотосинтезу, які випромінювали більше червоного і синього світла.

Тепер ці лампи адаптуються для "вертикального землеробства" на Землі — стійкого способу вирощування культур, які не займають занадто багато землі в міських районах і повторно використовують воду, як на космічній станції. Вирощуючи їжу на вертикальних фермах поблизу населених пунктів, люди можуть скоротити транспортні витрати та знизити інтенсивне землеробство, яке призводить до великих викидів вуглекислого газу.

Колообіг води

На космічних станціях дуже важливо, щоб вода використовувалася повторно, тому що її дуже складно доставляти. Вся вода на МКС переробляється через систему регенерації води. Так, на космічній станції вся водяна пара, піт і навіть сеча переробляється на питну воду.

На Землі людям, можливо, і не доведеться пити воду з сечі, але у світі є безліч місць, де свіжа вода у великому дефіциті. Розроблена НАСА технологія відновлення води була ліцензована компаніями для виробництва портативних фільтрів, які дають змогу населенню отримувати чисту воду із забруднених джерел.

Вуглецеве очищення

Раніше на МКС кисень вироблявся системою, для якої щорічно потрібно було доставляти близько 400 літрів води із Землі. Таким чином, це не було системою замкнутого циклу.

Тепер же ЄКА розробило нову систему Advanced Closed Loop System (ACLS), яка може переробляти 50% вуглекислого газу на станції на кисень і більше не потрібно доставляти величезну кількість води із Землі.

Вузол переробки вуглекислого газу ACLS змішує водень і вуглекислий газ, витягнутий з повітря, для отримання води й метану. Метан викидається в космос як відходи, але блок генерації кисню здатний розділити воду на кисень і водень, останній з яких повертається в систему ACLS, щоб почати цикл заново.

Однак до появи ACLS вуглекислий газ видалявся винятково за допомогою мінералу під назвою цеоліт, пори якого досить малі, щоб затримувати в них молекули вуглекислого газу і потім виводити їх у космос. Стефано Брандані та Джуліо Санторі з Единбурзького університету вважають, що цю технологію можна використовувати для зменшення вмісту вуглекислого газу в атмосфері Землі.

Вчені кажуть, що гігантські вентилятори могли б всмоктувати повітря з вуглекислим газом, і відправляти його до станцій з цеолітів, які будуть видаляти вуглекислий газ з повітря. Такі установки можуть бути використані в безпосередній близькості від джерел забруднень, видаляючи вуглекислий газ з відходів промисловості.

Хоча технологія уловлювання вуглекислого газу не може повністю видалити вуглекислий газ з атмосфери та запобігти глобальному потеплінню, вона може допомогти пом'якшити наслідки зміни клімату.

"Ми часто чуємо критику на адресу дорогих космічних програм, що вони — занадто дорога розкіш. Але при цьому саме космічні технології можуть допомогти нам жити краще на Землі", — підсумував астрофізик Кіт Купер.