Человек смог дышать с помощью микроводорослей: шаг к автономной системе жизнеобеспечения для Луны и Марса

Проект 435nm реализуется командой инженеров под руководством Александра Шаенко. Инвестором выступает гильдия «Рубежи науки», а научная база опирается на разработки Института медико-биологических проблем Российской академии наук — ИМБП РАН.

Главный результат проекта уже достигнут: человек смог дышать с помощью микроводорослей. После почти десяти лет экспериментов установка вышла на устойчивый режим газообмена, а Александр Шаенко провел 45 минут в маске, подключенной к системе. По его словам, он мог бы продолжать эксперимент и дальше.

Это событие стало важным шагом к созданию автономной системы жизнеобеспечения, которая в будущем может использоваться в космосе — во время длительных полетов, на лунных и марсианских базах.

В ближайшее время команда проекта проведет публичную демонстрацию работу установки, где можно будет узнать подробности ее устройства и попробовать подышать с ее помощью. 

Что разрабатывает команда

Команда инженеров под руководством Александра Шаенко разрабатывает фотобиореактор — установку, в которой микроводоросли выращиваются в контролируемых условиях. Основой системы становятся микроводоросли, способные в процессе фотосинтеза поглощать углекислый газ и выделять кислород.

Такая технология может стать ключевым элементом будущих космических миссий, потому что микроводоросли способны выполнять сразу несколько задач:

• поглощать углекислый газ, который выдыхает человек;

• вырабатывать кислород для дыхания;

• участвовать в очистке воды;

• накапливать биомассу, которую в перспективе можно перерабатывать в пищу;

• стать частью замкнутой системы жизнеобеспечения.

Иными словами, фотобиореактор должен не просто производить кислород, а стать элементом маленькой искусственной биосферы, где отходы человека превращаются в ресурсы.

Главный результат: человек дышал кислородом микроводорослей

Самое важное достижение проекта — успешный эксперимент с участием человека. Александр Шаенко находился в маске, подключенной к системе с микроводорослями, в течение 45 минут.

По его словам, система вышла на установившийся режим газообмена. Это значит, что процесс не был кратковременным всплеском: установка стабильно работала, поддерживая параметры, при которых человек мог дышать.

«В нашем проекте сейчас, только что случилось событие, ради которого он затевался. Я смог дышать с помощью микроводорослей, причём можно считать, что по параметрам газообмена она вышла на установившийся режим», — сообщил Александр Шаенко.

Он отметил, что эксперимент можно было продолжать:

«Я просидел с маской на лице 45 минут и мог бы сидеть и дальше. Почти десять лет работы».

По словам Александра Шаенко, вероятно, это первый подобный результат в стране с 1981 года:

«Весьма вероятно, что впервые с 1981 года в нашей стране человек дышал с помощью микроводорослей».

Как ощущалось дыхание через систему

Во время эксперимента состав воздуха отличался от обычного. Уровень углекислого газа был выше, чем в атмосфере, однако серьезного дискомфорта не возникло.

Александр Шаенко пояснил, что воздух ощущался не как идеально свежий, но дышать им было возможно. Не наблюдалось одышки, головной боли, потери сознания или других опасных симптомов.

«По ощущениям оно отличалось не сильно. Ты дышишь, воздух не самый свежий, но, тем не менее, дышать можно», — рассказал Александр Шаенко.

Этот результат особенно важен, потому что он показывает: микроводоросли могут быть не только объектом лабораторного выращивания, но и реальным рабочим элементом системы, поддерживающей дыхание человека.

Тем не менее, в следующих экспериментальных установках газовый состав будет постепенно приближаться к привычному.

Зачем это нужно в космосе

На околоземной орбите экипажи можно снабжать с Земли: доставлять воздух, воду, еду и оборудование. Но для дальних миссий такой подход становится слишком сложным и дорогим.

Если люди отправятся к Марсу или начнут строить базы на Луне, постоянно возить всё необходимое с Земли будет невозможно. Поэтому космонавтике нужна автономная система, которая сможет максимально замыкать жизненные циклы.

Такая система должна:

• возвращать кислород в дыхательный контур;

• перерабатывать углекислый газ;

• очищать и повторно использовать воду;

• перерабатывать отходы жизнедеятельности экипажа;

• частично или полностью производить пищу.

Александр Шаенко подчёркивает, что на нынешнем уровне технологий наиболее реалистичный путь к созданию пищи и замкнутой среды — использование живых организмов.

«Пока на текущем уровне развития техники единственный способ сделать пищу для человека — это использовать живые организмы», — объясняет он.

Именно поэтому микроводоросли рассматриваются как перспективная основа для космической системы жизнеобеспечения.

Как появился проект

Идея проекта возникла после завершения работы над спутником «Маяк». Команда хотела продолжать заниматься космическими технологиями, но искала направление, которое не обязательно требовало бы немедленного запуска аппарата в космос.

В 2016 году Александр Шаенко познакомился с коллегами из Института медико-биологических проблем РАН. 

Речь шла о применении хлореллы и других микроводорослей для создания биотехнических систем жизнеобеспечения в космосе. ИМБП РАН уже имел научные наработки в этой области, на которые и стала опираться команда проекта.

Первые установки появились в 2017 году. Они были простыми, но уже автоматизированными. Затем последовала серия новых версий. По словам Александра Шаенко, установка, на которой удалось провести эксперимент с дыханием человека, стала примерно десятой итерацией.

Кто участвует в проекте

Проект реализует команда инженеров под руководством Александра Шаенко.

Инвестором выступает гильдия «Рубежи науки». Именно она поддерживает разработку системы, которая в будущем может стать частью автономного жизнеобеспечения для космических миссий.

Научная база проекта опирается на разработки Института медико-биологических проблем РАН. ИМБП занимается вопросами медицины, биологии и жизнеобеспечения человека в экстремальных условиях, включая космические полёты.

Таким образом, проект объединяет инженерную разработку, частные инвестиции и научный фундамент, созданный специалистами в области космической биологии и медицины.

Какие есть риски

Как и любая сложная система, фотобиореактор может выйти из строя. Особенно важно учитывать, что речь идёт о живой культуре: микроводоросли зависят от света, температуры, состава среды, подачи газов и других параметров.

Александр Шаенко отмечает, что для реального применения такие системы необходимо дублировать. Например, можно использовать несколько реакторов: один работает, другой находится в резерве. Также возможна резервная физико-химическая система, которая сможет выделять кислород и очищать воду в случае сбоя биологической части.

То есть в космосе микроводоросли могут стать основной системой, но рядом с ней должны быть запасные решения. Надежность достигается не одной установкой, а продуманной архитектурой жизнеобеспечения.

Что дальше

После успешного эксперимента команда планирует проанализировать данные, подвести итоги и устранить технические недочеты. Однако следующий ключевой шаг — найти конкретное применение и заказчика.

Для дальнейшей разработки необходимо понимать, под какие условия создаётся система:

• для одного человека, трёх, шести или большего экипажа;

• для какой длительности миссии;

• с какими ограничениями по массе и объёму;

• с каким доступным энергопотреблением;

• для наземного эксперимента, орбитальной станции, лунной базы или марсианской экспедиции;

• какие функции должны быть приоритетными — кислород, вода, пища или полный цикл.

По словам Александра Шаенко, без конкретного заказчика сложно определить точные технические требования. Поэтому дальнейшая работа будет связана с поиском практического применения и подготовкой системы к более масштабным испытаниям.

Перед отправкой подобных технологий в космос необходимы длительные наземные эксперименты. Сначала систему нужно проверить в лаборатории, затем — в условиях, приближенных к реальным, и только после этого можно говорить о применении в космических миссиях.

Почему это важно

Эксперимент, в котором человек 45 минут дышал с помощью микроводорослей, — это не просто демонстрация. Это доказательство того, что биологическая система может стать реальной частью технологии жизнеобеспечения.

Пока это первый шаг. Фотобиореактору предстоит стать более надёжным, компактным и безопасным. В будущем он должен не только поддерживать дыхание, но и участвовать в очистке воды и производстве пищи.

Но главное уже произошло: человек смог дышать благодаря микроводорослям. Это означает, что идея автономной биосферы для космоса становится не фантастикой, а инженерной задачей.

Если такие технологии будут развиваться, будущие базы на Луне и Марсе смогут меньше зависеть от поставок с Земли. А значит, у человека появится больше шансов жить и работать за пределами родной планеты.