Земля – это гигантский космический корабль, чья "грузоподъемность" близка к своему пределу.

Земля представляет собой космический корабль, аналогичный МКС, утверждает астрофизик Кит Купер из Манчестерского университета.

Ученый предлагает представить, что ваша жизнь проходит в условиях, где ресурсы, такие как вода, воздух, пища и энергия, ограничены. Ваше выживание будет зависеть от того, как вы управляете этими ресурсами и от ваших навыков переработки. С подобными вызовами сталкиваются космонавты на борту МКС, и с такими же трудностями столкнутся первые колонисты на Луне и Марсе, как сообщает Space.com.

Именно так люди должны вести себя на Земле, если хотят сохранить окружающую среду.

Космическая станция или инопланетная база функционирует как система с замкнутым циклом. Она должна производить свои ресурсы и перерабатывать их, возвращая обратно в систему, так как ресурсы ограничены. Если потребление станет чрезмерным, у астронавтов может закончиться воздух, еда, вода или энергия, что может привести к катастрофическим последствиям. Временами запасы поступают с Земли, поэтому эти системы не являются полностью замкнутыми. Однако сама Земля действительно является замкнутым кругом, утверждает ученый.

"У Земли есть своя несущая способность (способность поддерживать нормальное функционирование – ред.). Ученые уже в 1973 году предупреждали, что планета начинает достигать предела своей несущей способности, и вскоре человечество столкнется с нехваткой энергии, пищи, пресной воды и загрязнением атмосферы, что сделает систему замкнутого цикла неустойчивой," — отмечает эксперт.

Эти проблемы уже очевидны — изменения климата приводят к учащению засух, наводнений, лесных пожаров и других катастроф.

В новом исследовании Немецкого аэрокосмического центра подробно рассматривается, как технологии, разработанные для жизни в космической среде с замкнутым циклом, могут быть внедрены на Земле.

Авторы исследования считают, что космическая среда должна выполнять несколько функций, чтобы оставаться системой замкнутого цикла. Каждая из этих функций может быть применена и на Земле.

• Во-первых, необходимо вырабатывать и поставлять ресурсы в систему. Под ресурсами понимается все необходимое для функционирования среды обитания: от пищи до энергии. Однако за этой концепцией требуется тщательный контроль, так как без него система может разрушиться. Например, если слишком быстро извлечь весь водяной лед из лунного реголита, его может не хватить для снабжения лунной базы на длительный срок.
• Вторая задача — переработка этих ресурсов, чтобы они не исчерпывались слишком быстро. В замкнутой системе непереработанные отходы становятся дорогими и могут со временем ухудшать состояние среды обитания. Это приведет к уменьшению доступных ресурсов. Кроме того, они могут загрязнять окружающую среду, что также ведет к ухудшению.
• Третья задача — самодостаточность. За исключением периодических поставок с Земли, космическая среда должна быть способна производить и восстанавливать все необходимые ресурсы.
• Наконец, замкнутая среда должна быть достаточно устойчивой, чтобы бесконечно поддерживать экипаж и любую другую живую природу. Если система выходит из строя из-за неправильного обращения, срок службы среды значительно сокращается.

"Явно видно, что каждый из этих пунктов применим и к Земле," — подчеркивает исследователь.

Космические технологии на Земле

Технологии, разработанные для космоса, могут быть полезны и на Земле.

Простой пример — солнечные батареи. Они были созданы еще в 1954 году, в эпоху угольных электростанций. В то время солнечные панели не пользовались популярностью, поскольку на Земле не было большого спроса на фотоэлектрические элементы.

Впервые солнечные батареи были отправлены в космос в 1958 году на спутнике Vanguard 1. К 1970-м годам они стали достаточно мощными для использования на Земле. Сегодня солнечные батареи распространены повсюду, и средняя панель производит 1,5 киловатта электроэнергии в день, а к 2023 году солнечная энергия будет составлять около 5,5% от общего объема мирового электричества без вредных выбросов от угольных электростанций или токсичных отходов ядерных реакторов.

Еще одна технология, разработанная в космосе, которая может способствовать более устойчивому образу жизни на Земле, это агрономия. Астронавты на МКС занимаются выращиванием сельскохозяйственных культур.

В 2021 году на МКС впервые был собран урожай салата-латука, который собрал астронавт NASA Майкл Хопкинс. Суть эксперимента заключалась в методе посадки семян, которые помещались в специальную "подушку для семян", контролирующую высвобождение удобрений и глины, а также использовались специальные светодиоды для оптимизации фотосинтеза, излучающие больше красного и синего света.

Теперь эти лампы адаптируют для "вертикального земледелия" на Земле — устойчивого способа выращивания культур, который требует мало земли в городских районах и повторно использует воду, как на космической станции. Выращивая продукты на вертикальных фермах рядом с населенными пунктами, люди могут снизить транспортные расходы и уменьшить интенсивное земледелие, способствующее высоким выбросам углекислого газа.

Круговорот воды

На космических станциях крайне важно, чтобы вода использовалась повторно, так как ее доставка представляет собой сложную задачу. Вся вода на МКС проходит через систему регенерации. Таким образом, на космической станции весь водяной пар, пот и даже моча перерабатываются в питьевую воду.

На Земле, возможно, людям не придется пить воду из мочи, но в мире есть множество регионов, где свежая вода остро не хватает. Технология восстановления воды, разработанная НАСА, была лицензирована компаниями для создания портативных фильтров, позволяющих получать чистую воду из загрязненных источников.

Углеродная очистка

Ранее на МКС кислород вырабатывался системой, для которой ежегодно требовалось доставлять около 400 литров воды с Земли. Таким образом, это не была система замкнутого цикла.

Теперь же ЕКА разработало новую систему Advanced Closed Loop System (ACLS), которая может перерабатывать 50% углекислого газа на станции в кислород, устранив необходимость в больших объемах воды для доставки с Земли.

Узел переработки углекислого газа ACLS смешивает водород и углекислый газ, извлеченный из воздуха, для получения воды и метана. Метан выбрасывается в космос в качестве отходов, но блок генерации кислорода способен разделять воду на кислород и водород, который возвращается в систему ACLS для повторного начала цикла.

Тем не менее, до появления ACLS углекислый газ удалялся исключительно с помощью минерала цеолита, поры которого достаточно малы, чтобы удерживать молекулы углекислого газа и затем выводить их в космос. Стефано Брандани и Джулио Сантори из Эдинбургского университета считают, что эту технологию можно адаптировать для снижения уровня углекислого газа в атмосфере Земли.

Ученые утверждают, что огромные вентиляторы могут всасывать воздух с углекислым газом и направлять его к установкам из цеолитов, которые будут удалять углекислый газ из воздуха. Такие установки могут быть размещены вблизи источников загрязнения, эффективно очищая углекислый газ из промышленных отходов.

Хотя технологии улавливания углекислого газа не способны полностью устранить углекислый газ из атмосферы и предотвратить глобальное потепление, они могут помочь смягчить последствия изменения климата.

"Мы часто сталкиваемся с критикой дорогих космических программ, которые