В предгорьях хребта Санта-Каталина, неподалеку от городка Оракла, стоит необычное, похожее, пожалуй, на стеклянную пирамиду сооружение. Особенно красиво оно по вечерам, когда его обитатели включают электрический свет.
«Новый Ноев ковчег» — окрестил комплекс кто-то из журналистов. Очевидно, имелся в виду тот факт, что население «Биосферы-2» — таково официальное название этого купола — состоит из четырех женщин и четырех мужчин; в точности как на судне легендарного Ноя.
«Марсианской фермой» иногда называют «Биосферу» сами ее создатели, намекая на то, что она может послужить прообразом будущих марсианских поселений. Ведь стеклянный купол герметически изолирует все, что спрятано под ним, от окружающего мира.
«Исполненной мечтой» могут назвать эту постройку два человека, благодаря которым она стала возможной.
Дом бионавтов
У истоков проекта стоял Джон Аллеи — американский ученый, поэт и драматург, ярый сторонник движения «зеленых», человек, увлеченный идеями «космического бессмертия» человеческого рода. Он — единомышленник нашего великого соотечественника К.Э. Циолковского, который говорил о том, что человечество не может вечно жить в земной колыбели и неизбежно должно выйти на просторы Вселенной.
Помог же Аллену осуществить мечту, превратить ее в нечто реальное и осязаемое его ученик, соратник по экологической общине, к тому же и миллиардер — Эдвард Басе. Весь проект обойдется ему, как полагают эксперты, в 150 миллионов долларов. «Это самая дорогостоящая научная затея, не считая высадки на Луну»,— не преминула отметить газета «Нью-Йорк таймс». Тем не менее Басе вовсе не считает свои деньги выброшенными на ветер. Он полагает, что накопленный опыт еще не раз пригодится как на Земле, так и в космосе. Деньги же, хотя бы частично, можно вернуть, например, за счет туристов.
Так, благодаря идеям одного и деньгам другого в относительно короткий срок (менее чем за четыре года) в Аризоне было возведено невиданное доселе сооружение, самый совершенный на планете климатрон.
Восемь бионавтов, затворивших за собою герметические люки 26 сентября 1991 года, должны прожить не менее двух лет в строгой изоляции. Затворниками этого гигантского климатрона, объемом 200 тысяч кубометров и площадью в три футбольных поля, оказались также 3800 видов растений и животных, принадлежащих к разным климатическим зонам Земли. Словом, под куполом создана уникальная экологическая система, способная, как предполагают ученые, десятилетиями обеспечивать поселенцев пищей, питьем, воздухом и перерабатывать все отходы. Иными словами, «Биосфера-2» — миниатюрная копия «Биосферы-1» — нашей планеты.
Стены и потолок комплекса сооружены из стеклянных панелей, вмонтированных в металлические рамы. Чтобы добиться необходимой герметичности — а согласно расчетам объем воздуха в «Биосфере-2» должен меняться полностью один раз в 100 лет, то есть на 1 процент в год,— все стыки герметизированы силиконом, затем прикрыты нержавеющей сталью, а сверху еще и бетоном. Глава калифорнийской строительной фирмы Питер Пирс, которому было поручено возведение комплекса, жаловался, что временами «работа напоминала сооружение космического корабля, а не строительство здания».
И на том хлопоты с герметизацией вовсе не кончились. В знойном климате Аризонской пустыни воздух, заключенный в стеклянном климатроне, мог настолько увеличиться в объеме из-за нагрева, что пришлось бы принимать специальные меры, чтобы крышу не выдавило избыточным давлением. Поэтому, во-первых, в состав комплекса входит мощный теплообменник, поддерживающий внутри приемлемую температуру, а во-вторых, «Биосфера-2» оснащена своеобразными «легкими» — огромными камерами, которые расширяются и сжимаются по мере изменения объема воздуха под куполом.
Поддерживать чистоту воздуха и воды в комплексе — задача специальной системы, состоящей из 60 фильтров. Большая часть из них биологические, то есть, как и в природе, роль очистителей выполняют растения и водоросли. Это «почки» «Биосферы-2».
Ну и, конечно, все происходящие процессы должна контролировать «нервная система» — сеть получения и передачи данных, содержащая свыше2500 датчиков. Ориентируясь на показания приборов, компьютеры автоматически включают насосы и вентиляторы для корректировки заданных режимов. Главный же «мозг» комплекса — центральный компьютер, расположенный в подвальном помещении биостанции,— следит за исполнением посланных команд во всех пяти биомах, а также в жилом и сельскохозяйственном отсеках.
Первый из биомов представляет собой тропический лес в миниатюре, укрывшийся за 26-метровой пирамидой из стеклянных сот. Первоначально этот участок был засажен быстрорастущими растениями, которые со временем сменяются другими. Сделано это специально, поскольку тропические растения, как ни странно на первый взгляд, обладают повышенной чувствительностью к солнечному излучению. Оно порождает так называемый краевой эффект — цепную реакцию, в результате которой окраинные деревья и кустарники отступают в глубь леса. К чему это приводит? Например, когда через амазонскую сельву прокладывали автомагистраль, полагали, что ее придется постоянно очищать от наступающих зарослей. А получилось наоборот — джунгли с каждым годом все дальше отступают от дороги...
Так вот, когда создавали тропический биом, поначалу решили защитить края тропического леса с помощью жалюзи на крыше. Однако попытка не увенчалась успехом. Тогда применили новый метод, ранее не испытывавшийся: тропические заросли со всех сторон обсадили имбирным поясом. Имбирь отлично растет на бедных тропических почвах, легко переносит прямой солнечный свет. Несколько месяцев назад на посадках появились первые цветы. Прижился имбирь! Возможно, такой метод «прикрытия» джунглей может получить распространение и за пределами «Биосферы-2», в естественных условиях нашей планеты.
В центре тропического биома размещена 15-метровая искусственная скала, с которой водопадами низвергается речушка, берущая свое начало в маленьком озерце. Извиваясь, она перетекает из тропиков в следующую климатическую зону — саванну. Но поскольку саванна, по существу, полупустыня и много влаги здесь быть не должно, большая часть воды отводится по трубам обратно в тропики и используется для орошения.
Преодолев по саванне около 60 метров, речка вытекает на заболоченную равнину и в конце концов впадает в «океан». Роль океана выполняет гигантский резервуар емкостью более 3 миллионов литров. Глубина его в некоторых местах достигает 8 метров. Здесь же размещается Карибский коралловый риф. Мини-океан оснащен специальным механизмом для образования волн, приливов и отливов... Словом, все как в природе.
Используя природу в качестве образца, устроили и болото. Ученые нашли натуральную болотистую местность протяженностью около 4 километров, разбили ее на зоны и из каждой вырезали пласт размером 60 х 60 сантиметров. Из этих кусочков и был затем собран участок площадью 45 квадратных метров, вобравший в себя все разнообразие болот.
Последний, пятый биом — так называемая «туманная пустыня». Образцом для ее создания послужили пустыни Калифорнии. Здесь под стеклянным шатром помещены растения, цветущие зимой, в то время, когда прочие их собратья «дремлют» и слабо перерабатывают углекислоту. А туманной пустыня названа потому, что в жаркую погоду ее окутывают испарения, рожденные «океаном».
Основную часть этой влаги перегоняют в тропический биом и так осуществляют «кругооборот воды в природе»: испарение — перенос «облаков» воздушными потоками вентиляторов — дождь — река.
Еще более интенсивен кругооборот воды в жилом и сельскохозяйственном отсеках. В зону, где расположены поля и огороды, вода нагнетается в почву для полива, а затем собирается и очищается в подземных резервуарах — «почках», о которых мы уже упоминали. Там же проходят очистку отходы из животноводческого блока и жилого отсека — с помощью фильтрации микроорганизмами и некоторыми растениями.
Примерно за неделю вода очищается настолько, что годится даже дли питья. А оставшиеся после очистки отходы идут на удобрение огорода, на котором колонисты-бионавты выращивают пшеницу, бобы, картофель, рис, клубнику, папайю и еще множество растений — всего около 150 видов — для собственного питания. Животноводческую продукцию — яйца, молоко, мясо — поставляют обитатели мини-фермы: несколько кур, карликовых коз и вьетнамских свинок.
Впрочем, питаются колонисты и рыбой тапией, которую они разводят на рисовых чеках. Эта рыба плавает среди растения, поедая сорняки и водоросли. Ее помет поглощают микробы, которые вырабатывают питательные вещества для того же риса. А сама рыба идет на стол колонистов.
Зона интенсивного сельскохозяйственного производства вплотную примыкает к жилому отсеку — единственному строению комплекса, стены которого сделаны не из стекла. Здесь есть все необходимое для жизни людей: медпункт, столовая, библиотека, обсерватории и спортзал, где можно не только поддерживать физическую форму, но и демонстрировать фильмы или устраивать празднества. Есть у колонистов свой небольшой пляж у мини-океана, хотя на загар рассчитывать не приходится — стеклянная крыша не пропускает ультрафиолета.
Для жилья каждому колонисту предоставлена персональная квартира с комнатами на двух уровнях: ввизу — гостиная» вверху — спальня. Размер каждого помещения примерно 3,6 х 4,8 метра. Стремление разместить все по вертикали не только дань архитектурной моде, но и желание максимально увеличить кубатуру отсека и всего комплекса, чтобы в нем было больше воздуха. В итоге получилось пятиэтажное строение, в центре которого — башня с куполом обсерватории высотой около 26 метров.
Два года в земном звездолете
Кому же выпала честь осваивать уютные каюты-квартиры с тщательно продуманными интерьерами? Первоначальный состав бионавтов, объявленный два с лишним года тому назад, к моменту старта претерпел некоторые изменения. Инженер-электрик из Германии Бернд Забел, под руководством которого и строилась «Биосфера-2», был вынужден выйти из эксперимента по состоянию здоровья. Команда осталась без капитана. Правда, место Забела в экипаже занял 44-летний руководитель института экотехники Марк Нельсон. Он отвечает за все информационные аспекты эксперимента, но обязанности капитана на себя не принял.
В итоге в команде установилось двоевластие. Бразды правления доверены 36-летней англичанке Салли Силверстоун, которая была координатором группы подготовки бионавтов, и 30-летнему бельгийцу Марку ван Тилло — он отвечает за надежность и работоспособность всех технических систем.
Научным руководителем проекта стала 40-летняя американка Линда Лей, по специальности ботаник. Еще один биолог, специалист по морской флоре и фауне, 32-летняя американка Ибегейл Аллинг отвечает за состояние болотной и океанской экосистем. Англичанка Джейн Понтер совмещает в одном лице главного энтомолога и эксперта по сельскому хозяйству; на время эксперимента она — полноправная хозяйка фермы. 67-летний калифорниец Рой Уолфорд — врач-геронтолог. На его плечи возложены также обязанности по поддержанию хорошего самочувствия и настроения экипажа. Восьмым членом команды стал 27-летний американец Табер Маккаллум — создатель и руководитель аналитической лаборатории комплекса. В его ведении находятся все системы контроля биостанции.
Для каких же целей восемь человек подвергли себя добровольному заточению за стеклянными стенами? Главная задача экспедиции опробовать на практике автономные системы, которые затем могут пригодиться для устройства поселений, скажем, на Луне или на Марсе.
Надо сказать, что данный эксперимент — далеко не первый в истории нашей планеты. Например, 5 ноября 1968 года под аплодисменты провожавших трое испытателей—командир экипажа Герман Мановцев, специалист по системам жизнеобеспечения Борис Улыбешев, биолог и летописец экспедиции Андрей Божко — закрыли за собой люк герметического жилого отсека, имитируя тем самым начало длительного космического полета.
Через три месяца, когда взятые с собой припасы стали подходить к концу, состоялась «стыковка» жилого блока с оранжереей. «Впечатления были незабываемые — писал в дневнике Божко.— Ослепительно яркие светильники — имитаторы солнечного света, новые запахи... Заводной соловей, который может издавать трели, а самое главное — свежая сочная зелень... Трудно описать нашу радость...»
За счет маленького огорода испытатели получали в среднем до 200 граммов свежей зелени в сутки. Конечно, этого маловато для полноценного питания, но тогда и не ставилась задача перехода на полное самообеспечение. Ученые хотели выяснить: можно ли вообще жить в таких условиях достаточно долго? Руководитель работ, доктор технических наук профессор Б. Адамович писал:
«Эксперимент ответил на очень важный вопрос: да, действительно, можно дышать одним и тем же воздухом, очищая его; многократно использовать одну и ту же воду, регенерируя ее; употреблять сублимированные продукты, занимающие малый объем и мало весящие. Даже если бы перед испытателями не стояло других задач — они сделали бы большое дело...»
Однако дружная тройка провела еще массу исследований, попутно доказав: объединенный единой целью коллектив не может рассорить длительное пребывание в условиях скученности и фактически камерного житья. Выводы этих испытаний оказались полезны тем, кто по полгода, а то и по году жил потом на борту орбитальных станций «Салют» и «Мир».
А опыты в земных «звездолетах», как окрестили герметичные отсеки с легкой руки Андрея Божко, между тем продолжались. Во время одного ив экспериментов испытатель, ныне доктор биологических наук Е.Н. Шепелев, провел месяц по соседству с морской водорослью хлореллой. Тридцатилитровый сосуд, где выращивалась хлорелла высокой плотности — до 900 миллионов клеток в кубическом сантиметре питательного раствора,— полностью обеспечил потребности человека в кислороде.
В 1984 году ученые Красноярского научного центра под эгидой Института биофизики СО АН СССР провели новый эксперимент. Пять месяцев молодые исследователи Николай Бугреев и Сергей Алексеев находились в замкнутой экологической системе, полностью независимой от окружающей среды. Внутри комплекса «Биос-3» они не только жили и работали, но и растили урожай. На одного человека приходилось не так уж много «пашни», но они ухитрились обеспечить себя хлебом. Ведь урожай пшеницы в пересчете на гектар составил... 700 центнеров! Они не только не умерли от голода, но и вышли «в люди» со свежеиспеченным караваем на руках.
Так что американцы начали свой эксперимент вовсе не на пустом месте. Опыт, полученный в Красноярске, по словам директора американского проекта Джона Аллена, дал информацию, которая сократила разработку «Биосферы-2» на два года.
Правда, размаху американцев мы можем только позавидовать. Если «Биос-3» представлял собой контейнер из нержавеющей стали объемом всего 315 кубометров, то обитатели «ковчега» в Аризоне имеют в своем распоряжении объем, в 700 раз больший.
SOS! Инопланетяне голодают!..
Впрочем, грандиозность строительства сослужила американцам и плохую службу. «Это туристский аттракцион, а не научная станция!» — заявили скептики. И надо сказать, такое суждение имело под собой определенные основания. С самого начала строительства к «Биосфере-2» зачастили туристские автобусы. Число посетителей возросло со 150 тысяч человек в начале эксперимента до 230 тысяч в последующее время — и это явно не предел. Экскурсии, включающие просмотр специального кинофильма, прогулку по оранжерее, где выставлены модели экосистем, задействованных в проекте, поход вокруг застекленного комплекса и обед в местном ресторане приносят Бассу и компании от 4 до 5 миллионов долларов в год чистой прибыли.
А вот у специалистов эта затея первое время особого энтузиазма не вызывала. Эксперты НАСА, например, прямо сказали, что для чистоты эксперимента «Биосфере-2» явно не хватает экстремальности. В самом деле, стоило Джейн Портер порезать палец аппаратом для лущения риса, как ее тут же эвакуировали в местный госпиталь и вернули под купол лишь после проведения операции. Специалисты полагают, что куда более приближенной к настоящим условиям Марса была бы станция, расположенная где-нибудь в Заполярье или даже в Антарктиде. Экипаж должен жить не только в изоляции, но и с сознанием, ощущением реальной опасности, подстерегающей их за стеклянными стенами, чего нет в нынешнем «ковчеге».
Но со временем скепсис заметно поубавился. Причиной тому стала такая неожиданность: уровень кислорода в атмосфере «Биосферы-2» по сравнению с сентябрем 1991 года упал на 28 процентов! Дело дошло до того, что обитатели «ковчега» ложились спать в обнимку с кислородными аппаратами....
В январе 1993 года руководители эксперимента приняли решение: чтобы не подвергать жизнь людей опасности длительного кислородного голодания, нужно подкачать в биосферу кислород. «Мы поднимаем уровень его содержания путем пяти последовательных вдуваний газа»,— прокомментировал ситуацию Билл Демсстер, директор технической службы, обеспечивающей функционирование всей системы.
Это происшествие заставило научную общественность взглянуть на проект по-иному. «Тот факт, что у них нет никакого объяснения случившемуся, говорит, что они проводят настоящий научный эксперимент с непредвиденными результатами»,— признал Дон Хеннигер, работающий в Джонсоновском космическом центре НАСА в Хьюстоне.
Многие эксперты стали выдвигать различные версии, чтобы как-то объяснить случившееся. На сегодняшний день наиболее логичной следует признать такую гипотезу. Теоретически находящиеся в биосфере лиственные растения должны в избытке выделять кислород, особенно летом, в период наибольшего роста и развития. Однако именно летом и было впервые замечено снижение кислорода в местной атмосфере. По всей видимости, эксперты в свое время не учли «аппетита» 30 тысяч тонн почвы, размещенных под стеклянным колпаком. А почва по своей природе имеет тенденцию поглощать кислород в достаточно больших количествах. Содержащиеся в почве частицы железа и серы вступили в процессы окисления, и кислорода в атмосфере «Биосферы-2» стало заметно меньше.
Так ли это — покажут дальнейшие исследования. Но уже сегодня стало очевидным: «Биосфера-2» таит в себе еще немало загадок. И разгадка их, вполне возможно, позволит нам лучше разобраться во многих процессах, протекающих в «Биосфере-1» — на нашей планете.
По всей вероятности, два года будут лишь первым этапом эксперимента. Да и инженерные конструкции в Аризонской пустыне рассчитаны на куда более долгий срок эксплуатации, чем Ноев ковчег,— не менее чем на 100 лет!
Публикацию подготовил Станислав Зигуненко
P.S. После того, как номер был подготовлен к печати, пришло сообщение: первый, двухгодичный этап эксперимента закончен. К сожалению, его нельзя назвать удачным — все участники потеряли от 14 до 18 процентов собственного веса из-за кислородного голодания и плохого психологического климата в коллективе.
Единственное утешение: экспертам удалось-таки разобраться, куда исчезает кислород. Его действительно поглощают микроорганизмы почвы, в которую было внесено впятеро больше органики, чем положено.
Теперь организаторы эксперимента, стоившего уже 150 миллионов долларов, стоят перед проблемой: что делать дальше? Прервать его ход, чтобы устранить замеченные недостатки, или все оставить как есть и, подкачивая кислород, надеяться, что в будущем все образуется само собой». Большинство склоняется ко второму варианту.
В феврале 1994 года планируется начать второй, теперь уже годичный этап.
