СОЛНЕЧНЫЕ БИОПАНЕЛИ КАК ОСНОВА СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

© А.Г.Ребеко
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космической медицины и биологии"
2016 г.

В докладе дан краткий исторический обзор (начиная с трудов К.Э. Циолковского) исследований по разработке оранжерей — как составной части системы жизнеобеспечения (СЖО) для космических экипажей. «Традиционная космическая оранжерея» в разных проектах обладает множеством недостатков. Она занимает большой внутренний объем космического аппарата, требует больших затрат дефицитной на борту космического аппарата (КА) электроэнергии, за счет создания отдельного источника питания. Кроме того, «преобразование электроэнергии в свет» малоэффективно и требует дополнительного оборудования.

Само преобразование энергии света в энергию питательных веществ высшими растениями малоэффективно. КПД такого процесса составляет порядка 0,1% , а они сами весьма прихотливы в уходе в условиях невесомости.

Эти недостатки усложняют конструирование КА в целом, и утяжеляют его, что крайне не желательно.

Предлагается принципиально новый подход в конструировании системы СЖО. Для обеспечения экипажа водой и кислородом нужно использовать неприхотливые одноклеточные водоросли, которые будут поглощать свет вне объема космического аппарата — в солнечных биопанелях. Обслуживание таких оранжерей – биопанелей требует минимум внимания. Преобразование энергии света в энергию питательных веществ идет напрямую, без преобразующих устройств! Эффективность в этом процессе для хлореллы, например, может достигать 10%, что сопоставимо с реальным КПД электрических солнечных батарей. Не исключено, что такие солнечные биопанели могут использоваться для производства электроэнергии на борту КА.

Предварительные расчеты показывают перспективность этого направления в развитии систем СЖО. Так, для обеспечения кислородом 1 человека потребуется солнечная биопанель площадью всего 2 квадратных метра, и массой 2–4 кг.

Культура хлореллы, как известно, может эффективно использоваться для очистки и обеззараживания использованной воды, что дает дополнительные преимущества такого подхода в системе СЖО.

Сама хлорелла может использоваться как корм для рыб и ракообразных – креветки и дафнии. После термообработки она может быть использована и как пищевая добавка для людей.

Использование одноклеточных водорослей в солнечных биопанелях дают возможность наиболее рационально реализовать принцип биоконвейера при конструировании систем СЖО.

Водная среда одинаково комфортна и для водорослей, и для водных животных. Это позволяет избежать негативного действия невесомости на систему СЖО с одной стороны, а с другой может упростить сам процесс обслуживания кормовой цепочки.