Глава II
Полезное использование мусорных экскретов
2.1. «Новая пища» из мусорных экскретов в преодолении мирового кризиса продовольствия
Человечество переживает глобальный экологический кризис, связанный с перестройкой мировоззрения отношений природы и общества. Одним из проявлений такого кризиса стала проблема возрастания численности населения планеты и производства достаточного количества продуктов питания для него.
Ограниченность мировых запасов физических ресурсов – таких как пахотные земли, минеральное сырьё, пресная вода, природные экосистемы, атмосфера, океан и т. п. – задаёт пределы экономического роста на Земле [41]. Особенно болезненно воспринимается надвигающаяся угроза кризиса продовольствия, обусловленная ростом населения Земли выше 7 млрд. человек при ограниченном ресурсе земель, пригодных для ведения сельского хозяйства площадью ~ 3,2 млрд. гектаров. Оказалось, что мировое производство зерна больше не в состоянии поддерживать рост численности населения, и проблему надо искать неординарными способами.
Однако зерновой фактор не может полностью изменить ситуацию. Важным аспектом продовольственной проблемы является понимание невозможности её решения потреблением только растительных организмов. Чтобы полноценно питаться, необходимо мясо!
Для получения мяса и мясопродуктов, например на мясокомбинате, следует учесть уровень развития, как животноводства, так и растениеводства. Оно призвано обеспечить животных при выращивании и откорме полноценным рационом питания. В состав рациона питания животных входит в качестве основного компонента кормовой белок пшеницы, кукурузы, сои, люцерны. В организме животного растительный белок перерабатывается в животный белок, т. е. в мясо.
Следует иметь в виду, что при откорме животного «коэффициент полезного действия» (КПД) превращения растительного белка в белок мяса составляет всего от 6 до 38 %. Иными словами, при производстве животноводческой продукции теряется большая часть растительного белка. Поэтому белок, например, говядины, т. е. мясо, стоит в десятки раз дороже, чем белок продуктов растениеводства, например хлеба.
Человечество давно освоило технологию выделения чистого белка из сои, хлопка, рапса, подсолнечника, арахиса, риса, кукурузы, гороха, пшеницы, зелёных листьев, картофеля, конопли и многих других растений. Но это неполноценные растительные белки, не содержащие некоторые незаменимые аминокислоты. А в питании человеку необходим в достаточном количестве и полноценный животный белок. Но вопрос – где его взять в достаточном количестве – так и остаётся без конструктивного ответа. Здесь своё веское слово должны сказать учёные-исследователи, и некоторые из них обратили своё внимание на отбросы как перспективный источник животного белка.
Что касается продуктов питания в целом, то в пищевых рационах населения многих стран мира отмечается большой дефицит полноценного белка, в результате чего более 60 % населения земного шара испытывает хронический недостаток в пищевом белке, особенно в белке животного происхождения. В частности, в современной России существует 3-кратная нехватка мяса.
В ходе научно-технической революции человек пытался решить проблему питания путём повышения продуктивности животноводства, птицеводства и рыболовства, совершенствования существующей технологии переработки сырья и его более полного использования. Однако ежегодный разрыв между необходимым количеством пищевых продуктов и потребляемым населением Земли (в белке) не позволил успешно реализовать эту задачу. Стало ясно, что никакие темпы развития животноводства, очевидно, не сумеют сократить разрыв в дефиците пищевого белка.
Одним из возможных альтернативных способов решения продовольственной проблемы является разработка и воплощение в жизнь технологий создания так называемой искусственной пищи, создаваемой из относительно дешёвого сырья промышленными методами.
Прежде чем обсуждать тему искусственной пищи рассмотрим, как и чем питается современный человек с позиций экскретологии. Традиционные продукты питания человека ограничивались в допромышленную эпоху потреблением натуральных продуктов из категории виктимов. Напомним, что в общем случае виктимами (victime – жертва, лат.) называют [1] подвергшиеся насилию человеческие жертвы, а также добытые или культивируемые объекты флоры и фауны после насильственной смерти. Применительно к проблеме продовольствия интерес представляют только природные виктимы и антропогенные виктимы объектов флоры и фауны. Приведём их определения из работы [1].
Природные виктимы представляют собой насильственно лишённые роста, развития или жизни тела и плоды (а также их фрагменты) животных, растений и других представителей флоры и фауны (икры, семян, личинок и др.). Природными виктимами становятся плоды, цветы, части растительных организмов, убитые объекты фауны или ставшие жертвами катастрофических явлений природы.
Природные виктимы составляют наиболее массовую долю природных экскретов, являясь элементами устоявшихся пищевых «цепочек» земных организмов. Они являются необходимой составной частью жизни на планете, сменяя друг друга в непрерывной череде насильственных смертей. Однако для питания человека виктимы этого вида представляют второстепенный интерес.
Основными источниками пищи современного человека, всё в меньшей степени зависящего от «дикой природы», становятся виктимы объектов флоры и фауны (смотри приведённую ниже схему).
Антропогенные виктимы объектов флоры и фауны – добытые или культивируемые человеком объекты флоры и фауны, становящиеся экскретами после насильственной смерти, отторжения или изъятия из среды обитания. Эти виктимы искусственно культивируются, отторгаются и изымаются из сред, в которых они выращивались как живые организмы. Затем они умерщвляются, складируются, консервируются или временно изолируются для сохранности и дальнейшего употребления для питания человека.
Схема классификации виктимов на природные и антропогенные
Примерами виктимов являются используемые человеком для питания многочисленные представители флоры и фауны. В первую очередь – это копытные животные, рыбы, птицы, а также плоды, корни и зелень растений, заготовленные для питания.
Огромное количество антропогенных виктимов принадлежит к изолированным от естественных сред обитания, а затем лишённым жизней домашним животным и птицам, а также к изолированным человеком для питания культурным растительным организмам. Антропогенные виктимы из мира фауны представляют собой откармливаемую для забоя домашнюю птицу, и животных, их умерщвлённые тела (туши), а также фрагменты их расчленённых тел.
Что касается объектов флоры, то представителями антропогенных виктимов этой категории организмов являются собранные на полях и в садах плоды и семена растений, заготовленные в хранилищах, элеваторах, холодильниках. Эти продукты составляют основу питания современного человека.
Мясо на этапах становления и развития цивилизации добывалось на охоте, затем на подсобных хозяйствах и, наконец, в крупных агрокомплексах. Некоторые страны сумели обеспечить себя белком животного происхождения. Но в мировом аспекте – это скорее исключения, чем правило. Мяса по-прежнему не хватает. Очевидно, теперь наступает пора более внимательно присмотреться к экскретам отбросов – отторгаемым и выбрасываемым биологическим продуктам, – и попытаться более рационально использовать заложенные в них ценные питательные вещества.
Между тем, мясо животных и птицы по современным представлениям многих исследователей является необходимым продуктом питания [84]. Как известно, мясные продукты помогают поддерживать уровень гемоглобина на должном уровне, а строгая овощная диета и чрезмерные физические нагрузки приводят проблемам со здоровьем.
Рассмотрим, какая «новая пища» уготована человечеству, чтобы оно не погибло от голода (или от отвращения к этой пище). При этом неминуемо затрагивается не только продовольственный вопрос, но и вопрос, морально ли убивать животных?
Мясо, выращенное в загоне для скота (виктимы), предлагается заменить псевдомясом, выращиваемым из клеточных структур (отбросов) «в пробирке».
Утверждается [30], что съедобное мясо можно и нужно выращивать в лаборатории, и учёные уже предложили технологии культивирования такого мяса. Речь идёт о крупномасштабном производстве говядины, курятины, свинины без какого-либо участия животных и птиц. Цыплёнок без курицы – научная фантастика!?
Конечно, на сегодняшний день – фантастика. Теперь о реальности. Исследователи группы учёных под руководством докторанта Джейсона Матэни (Jason Matheny) из университета Мэриленда (University of Maryland) предлагают методы создания проектируемых биологических тканей, которые однажды могут привести к производству в лаборатории мяса, по всем параметрам пригодного для человеческого потребления.
«У культивируемого мяса есть масса преимуществ, из него можно извлечь большую выгоду, – убеждён руководитель проекта Матэни. – С одной стороны, вы сможете управлять питательными веществами. Например, в обычном мясе содержится много жирной кислоты омега-6, из-за которой повышаются уровни холестерина и возникают другие проблемы со здоровьем. С „пробирочным“ мясом омегу-6 можно заменить менее вредной омегой-3. С другой стороны, культивируемое мясо решит массу вопросов, связанных со скотом» [30].
Проведённые исследования уже показали учёным, что одна-единственная клетка мускула (миоцит) коровы или курицы может быть изолирована и масштабирована на многие тысячи новых миоцитов.
Способ культивирования нового продукта, предлагаемый исследователями университета Мэриленда, заключается в выращивании клеток на тонких мембранах – больших плоских листах. Получившиеся в результате листы «мяса» могут быть сняты с мембран и уложены друг на друга, чтобы увеличить общую толщину «продукта».
Речь идёт о клетках, помещённых в питательную среду, которым придаётся плоская или объёмная форма, впоследствии становящаяся чем-то вроде мяса. Для того чтобы псевдомясо максимально походило на оригинал, необходимо совместить в пробирке клетки нескольких различных видов ткани и придать выращиваемому продукту соответствующую структуру и форму фрагментов мяса.
Исследователи признают, что помимо проблем, связанных с культивированием мяса, придётся потрудиться, чтобы убедить потребителей есть продукт, произведённый искусственно. Они считают, что …«С этим мясом можно будет обратиться ко всем заинтересованным в безопасности пищи, беспокоящимся об окружающей среде, к вегетарианцам и просто людям, сочувствующим животным. Есть также люди, которые хотят иметь возможность приспособить пищу к собственным вкусам»…
…Выгода может быть колоссальной. Спрос на мясо растёт по всему миру, например, в Китае он удваивается каждые десять лет, а потребление домашней птицы в Индии удвоилось за последние лет пять.
– … Обладая единственной клеткой, вы теоретически сможете удовлетворить мировой спрос на мясо и сделать это наилучшим из возможных способов, как для окружающей среды, так и для здоровья человека. В долгосрочной перспективе всё это – выполнимо» [30].
В настоящее время организация «Новый урожай» (New Harvest) проводит испытания псевдомяса, произведённого из миоцитов цыплёнка, во вращающемся биореакторе Synthecon. «Новый Урожай» – некоммерческая исследовательская организация, работающая над развитием новых заменителей мяса, включая культивируемое мясо, произведённое в пробирке, в клеточной культуре, а не взятое от животного.
«Одна-единственная клетка может произвести столько мяса, что его хватит, чтобы кормить население планеты в течение года», – утверждают сотрудники «Нового Урожая».
Отметим, что выращивать мясо из мышечных клеток животных умеют уже и в других лабораториях [39]. Группа учёных из Амстердамского университета под руководством Виета Вестерхофа довела эту технологию почти до коммерческого уровня. Голландцам недавно удалось вырастить несколько 50-килограммовых кусков говядины. По утверждению создателей полученный продукт – это самое что ни на есть нормальное мясо, в котором представлены все необходимые компоненты: 20 аминокислот, 12 витаминов, разнообразные микроэлементы и ферменты по вкусу. Себестоимость его, правда, пока ещё слишком высока – несколько сотен долларов за килограмм.
Для сравнения, например, сегодня оптовые цены на аргентинскую говядину колеблются в районе $3÷4/кг. Куриные окорочка дешевле – $0,7/кг. Но учёные уверяют, что лет за десять они опустят цены до приемлемого уровня. К тому же для начала можно заняться производством самых дорогих и экзотических сортов мяса или рыбы – для “пробирочного” хозяйства это безразлично.
Как сенсацию преподнесли учёные из университета Маастрихта (Голландия) [47] новость о разработке способа получения мяса без убийства животных. Они смогли создать и представить общественности первый в своем роде гамбургер, выращенный «в пробирке», для которого использовался мясной фарш, полученный из стволовых клеток. Исследователи сообщили, что для изготовления такого «мяса» требуется примерно 10 000 стволовых клеток крупного рогатого скота. В специальных лабораторных условиях число этих стволовых клеток затем увеличивается более чем в миллиард раз, и в результате получается продукт, практически идентичный натуральному говяжьему мясу по составу и внешнему виду.
Специалисты считают, что их разработка имеет большое значение, так как население планеты растёт, и со временем возникнет колоссальный дефицит натурального мяса. Сейчас продукт, который получил название инвитро-мясо, находится на стадии разработки. На данный момент учёные ищут добровольцев, которые решились бы питаться новым продуктом. Если желающих не найдётся, то доктор Пост, возглавляющий группу учёных, пообещал, что сам попробует свою разработку.
Объёмы производства искусственных продуктов питания постоянно возрастают, но это вовсе не означает, что аналоги мясопродуктов в скором времени вытеснят натуральные изделия. Очевидно, произойдет (и уже происходит) распределение этих видов мясопродуктов в рационах богатых и бедных, причём в первую очередь путем более полной и более рациональной переработки белковых отходов мясной промышленности в искусственные мясопродукты для бедной части населения.
Однако искусственное мясо давно уже существует и пользуется неплохим спросом в нашей стране. Правда, это псевдомясо не сырое, а приготовленное в консервированном виде – как колбаса. В самом деле, из чего делают колбасные изделия в России сегодня?
Оказывается, в составе десятков сортов колбасы, от которых ломятся прилавки магазинов, массово используются различные “заменители мяса” (структурированные растительные производные сои или риса) и всякая прочая “химия”.
Другим источником псевдомяса, а вернее псевдоколбасы, стало использование отходов мясопереработки, скарливаемых ранее животным.
Производство аналогов пищевых продуктов – область сравнительно молодая, но уже дающая колоссальные прибыли и обеспечивающая продуктами питания миллиарды потребителей во всём мире, включая и Россию [49]. Именно разоривший своё сельское хозяйство СССР внёс во второй половине ХХ века особый научный и технологический вклад в развитие этой новой отрасли пищевой промышленности.
Производство колбас можно разделить на две группы: первые выпускаются по ГОСТу (в этом документе чётко оговорены все характеристики основных видов колбас), вторые – по ТУ (техническим условиям) [49]. Это позволяет делать их практически из чего угодно, «лишь бы народ не отравился».
Назвали колбасу новым именем, и можно выкладывать на прилавок. Сколько в ней мяса и сколько заменителей никого волновать не должно, это коммерческая тайна.
Ещё вариант создания «нового продукта» – внести в его рецептуру побольше отбросов. Российские «мясных дел умельцы» придумали машину, которая дочищает жилки и хрящики с неудобных для разделки мест костей фрагментов туши животного. Туда же попадают содранные кусочки кости, плёнки, сухожилия, при разделке курятины – ещё и шкурка, кусочки перьев. Вся эта «труха» замораживается в блоки и продается под названием «мясо механической дообвалки» или сокращенно «мехобвалка». Другое название – тримминг (в просторечии зачастую говорят про куриные блоки).
Это самое дешёвое сырьё для производства современной колбасы. Из такого тримминга делают дешёвые сардельки, добавляя сою, шкурку свиную, манку, крахмал и шпиг. Есть, конечно, и не такие «экстремальные» рецептуры. Иногда добавляют каррагинан, сою [49], но тогда цена продукта будет выше.
Существуют способы изготовления мяса вообще из объектов другой категории, используя микробиологический синтез; при этом животный белок получают с использованием микроорганизмов.
Человек научился с помощью дрожжей, бактерий, одноклеточных водорослей и микроорганизмов превращать углеводы, спирты, парафины, нефть и траву в дешёвый полноценный пищевой белок, содержащий все незаменимые аминокислоты. Оценки показывают, что переработка всего 2 % ежегодной мировой добычи нефти позволяет произвести до 25 миллионов тонн белка. Этого количества белка достаточного для питания 2 миллиардов человек в течение года. Подобный метод переработки доступного дешёвого сырья в дефицитный животный белок с использованием микроорганизмов называют микробиологическим синтезом.
Технология производства микробной биомассы как источника ценных пищевых белков была разработана ещё в начале 1960-х годов. Тогда ряд европейских компаний обратил внимание на возможность выращивания микробов на таком субстрате, как углеводороды нефти, для получения, так называемого белка одноклеточных организмов (БОО). Технологическим триумфом метода было получение продукта, состоящего из высушенной микробной биомассы, выросшей на метаноле. Процесс шёл в непрерывном режиме в ферментере с рабочим объемом 1,5 млн. л.[49].
Однако в связи с ростом цен на нефть и продукты её переработки этот проект стал экономически невыгодным, временно уступив место производству соевой и рыбной муки. К концу 80-х годов заводы по получению БОО были демонтированы, что положило конец бурному, но короткому периоду развития этой отрасли микробиологической промышленности.
Более перспективным способом оказался другой процесс – получение грибной биомассы и полноценного грибного белка микопротеина с использованием в качестве субстрата смеси парафинов. Использовалась нефть самых дешёвых отходов нефтеперерабатывающей промышленности, растительные углеводы из пищевых отбросов, минеральные удобрения и отбросы птицеводства.
Задача промышленных микробиологов состояла в создании мутантных форм микроорганизмов, резко превосходящих своих природных собратьев, т. е. получение сверхпродуцентов полноценного белка из сырья. В этой области были достигнуты большие успехи. Например, удалось получить микроорганизмы, которые синтезируют белки вплоть до концентрации 100 г/л. Для сравнения – микроорганизмы «дикого типа» накапливают белки в количествах, исчисляемых миллиграммами на литр.
В качестве продуцентов микробного белка исследователи выбрали два вида всепожирающих микроорганизмов, способных питаться даже парафинами нефти: мицелиальный гриб Endomycopsis fibuligera и дрожжеподобный грибок Candida tropicalis (один из возбудителей кандидозов и кишечных дисбактериозов у людей). Каждый из этих продуцентов образует около 40 % полноценного белка.
Учёные подобрали и условия предварительной обработки отбросов, добавляемых к парафинам нефти для оптимального роста грибковой микрофлоры. Куриный помёт разбавляли и гидролизировали в кислых условиях; пивную дробину тоже гидролизуровали серной кислотой. После такой обработки никакие посторонние микроорганизмы, бывшие в отбросах, не выживают и не мешают расти посеянным на субстрат микроскопическим грибам.
Технологи подобрали и условия фильтрации размножившейся биомассы микроорганизмов из питательной среды. Проведённые испытания показали, что получаемый продукт не токсичен, а значит, из смеси парафинов нефти, куриного помёта и растительного углеводного сырья можно получать полноценный микробный белок. Таким образом, одновременно найден путь эффективной утилизации помёта, что составляет важную проблему развития промышленного птицеводства. Получился искусственный “круговорот пищевых веществ в природе” – что из желудка вышло, в него же и вернётся.
Белки, выделяемые из выросших на субстрате грибков и поставляемые на пищекомбинаты под названием “биомасса”, не имеют вкуса и запаха, бесцветны и представляют собой порошок, пасту или вязкий раствор. Едва ли найдутся желающие употреблять их в таком виде в пищу, несмотря на все достоинства по показателям пищевой и биологической ценности.
Учёные решили создать, а вернее – сконструировать, искусственные продукты питания, внешне не отличающиеся от привычных для нас традиционных продуктов, на базе использования имеющихся ресурсов белка. Использование специальной технологии и оборудования позволило воссоздать структуру, внешний вид, вкус, запах, цвет и все остальные свойства, имитирующие привычный продукт. Короче говоря, конструирование пищи заключается в выделении белка из сырья различной природы и превращении его машинным способом в аналог пищевого продукта с заданным составом и свойствами.
Изготовляют искусственные мясопродукты несколькими путями, позволяющими получить изделия, имитирующие мясо, рубленые котлеты, бифштексы, кусковые полуфабрикаты, колбасные изделия, сосиски, ветчину и многое другое. Конечно, создать неотличимую имитацию куска мяса невозможно – слишком сложна его структура. Другое дело – фарш и изделия из него – колбасы, сосиски, сардельки и т. п. Состав этих продуктов питания не афишируется; они, как правило, покупаются беднейшими (или не информированными) слоями населения.
Кстати сказать, в СССР могли делать качественную колбасу и прочие мясные изделия, но не для всех. Такая «эксклюзивная» колбаса, какая производилась в СССР, сейчас бы стоила не менее 1000 рублей за килограмм.
Читателям, наверное, будет интересно узнать, что кроме искусственных мясопродуктов изготовляют искусственные молоко и молочные продукты (на основе эмульсий дешёвых растительных жиров). «Конструируют» также крупы, макаронные изделия, “картофельные” чипсы, “ягодные” и “фруктовые” продукты, “ореховые” пасты для кондитерских изделий, подобия устриц и даже чёрной зернистой икры. В частности, на банках с искусственным сгущённым “молоком” пишут не “Сгущённое молоко”, а “Сгущёнка” – будьте внимательны при выборе; смотрите на этикетках указания о наличии растительных жиров, которых в настоящих молочных продуктах быть не может [49].
Другой перспективной разработкой искусственного мяса может рассматриваться исследование японских учёных [48]. Профессор Икеда, представляя искусственное мясо, созданное на основе белков человеческих экскрементов, отметил, что его изобретение призвано оказать большую помощь в преодолении грядущего глобального кризиса продовольствия.
Икеда утверждает, что ему удалось выделить питательные вещества из экскрементов и создать на их основе «дерьмобургер». По результатам испытаний, благодаря таким добавкам как пищевой краситель (красный) и соевый белок, искусственное мясо по вкусу напоминает говядину. Питательная ценность «дерьмобургера» сомнений не вызывает. Его состав: 25 % углеводов, 63 % белка, минеральные вещества и липиды – в точности соответствуют натуральному продукту. Однако, по признанию Икеда, желающих продегустировать его новое «блюдо» пока нет. Да и цена «дерьмомяса» смущает – стоит оно в 10 раз дороже, чем натуральное.
Исследовав накапливаемый канализацией ил, Икеда нашёл в нём высокое содержание бактерий, перерабатывающих нечистоты в протеины. Выделив белки и добавив к ним усилитель реакции, был получен искомый продукт. В "мясе" содержатся требуемые количества белков, углеводов, жиров и минералов. Для лучшего сходства с настоящим мясом к продукту добавляют натуральный красный краситель, а также усилитель вкуса на основе сои. Первые добровольцы, рискнувшие попробовать результат работы учёных, утверждают, что по вкусу продукт действительно напоминает мясо.
Найденный японцами способ решения продовольственной проблемы имеет определённые преимущества перед другими способами, – отмечает сайт Inhabitat. В настоящее время около 18 % выбросов, создающих парниковый эффект, приходятся на долю мясной промышленности. Кроме того, скотоводство потребляет слишком много ценных ресурсов, а также даёт общественности повод рассуждать о жестокости к животным.
Шитбургеры, как их уже условно прозвали японцы, способны разрешить все эти проблемы (кроме естественной брезгливости). К тому же продукты из такого квазимяса содержат меньше калорий, чем привычные гамбургеры. Отметим, что пока на вопрос, заданный сайтом Inhabitat, о готовности отведать шитбургеров большинство читателей отвечают отрицательно. Однако имеются и в духе японского «харакире» и патриоты-добровольцы.
Учёные не теряют надежды, что со временем потребители преодолеют психологический барьер, и у шитбургеров найдётся достаточно покупателей, который поймут все преимущества такого безотходного производства.
В случае массового распространения продукта стоить он будет столько же, сколько сейчас – гамбургеры из натурального мяса. Пока же, учитывая расходы на научно-исследовательскую работу, они обходятся в 10 ÷ 20 раз дороже традиционной продукции.
Отметим, что полностью отвергать эти разработки японских учёных не следует, так как они вполне могут быть использованы после доработки, если не для людей, то по крайней мере, для корма животным.
2.2. Экскреты в решении проблем космонавтики
Успешные полеты космонавтов вокруг Земли на космических кораблях и орбитальных станциях и высадка человека на Луну, запуски автоматических межпланетных станций к Луне, Венере и Марсу создают реальные предпосылки полётов человека к другим планетам. Чтобы осуществить такие полёты, которые будут длиться многие месяцы и, возможно, годы, необходимо решить очень сложные инженерно-технические и медико-биологические проблемы [50].
Одна из таких проблем – разработка и создание системы, неограниченно долго обеспечивающая людей в космическом корабле и в случае высадки на другие планеты всем необходимым для нормальной жизни: кислородом, пищей, водой. Эта система должна, кроме того, очищать среду от углекислого газа и токсичных продуктов жизнедеятельности.
При нормальном функционировании организма человеку необходимо в сутки около 1 кг кислорода, 2,2 кг воды (для питья), около 0,5 кг сухой пищи и примерно 1,8 кг воды для санитарных нужд; всё вместе это составляет около 5,5 кг.
Получается, что годовой запас жизненно необходимых веществ для одного космонавта составляет около 2 т! Вес системы жизнеобеспечения растёт пропорционально увеличению числа членов экипажа и длительности полёта. Например, для экипажа из 5 космонавтов при трехгодовом полёте он составляет около 30 т без учёта аппаратурной части системы. Ясно, что стартовый вес корабля будет слишком большим. Такие корабли пока невозможно оторвать от Земли и вывести на межпланетную траекторию. Кроме того, взятые с Земли продовольственные запасы могут в конце концов истощиться и время полёта и пребывания космонавтов на других планетах окажется несовместимым с жизненными потребностями людей.
Возникает вопрос – может ли быть создана система, которая достаточно длительное время обеспечит жизнь людей в космическом полёте? Учёные пришли к выводу, что теоретически такую систему можно создать при использовании мусорных экскретов человека – отбросов, отходов, мусора и газов. Кроме того, на борту межпланетного корабля и на планетных станциях необходимо разместить и рационально скомпоновать сообщества различных организмов, которые обеспечивали бы полный биологический круговорот веществ, подобный тому, который существует на Земле. Зелёные растения на борту корабля при использовании солнечного света или бортовых источников ядерной энергии теоретически позволяют создать такие замкнутые экологические системы [50]. Они должны включать и экипаж космонавтов, благодаря чему в непрерывном круговороте будет находиться одно и то же взятое с Земли количество веществ. Человек, поглощая кислород, будет выдыхать углекислый газ, растения же, поглощая его, а также усваивая воду и минеральные соли, будут вновь и вновь создавать пищевые вещества и выделять кислород. Движущей силой этого процесса явится световая энергия. Твёрдые и жидкие отбросы жизнедеятельности человека после их биологической трансформации могут быть использованы для получения животного белка, для минерального питания растений и для получения чистой воды. Таким образом, замкнутый экологический комплекс позволяет непрерывно циклически воспроизводить на борту космического корабля все необходимые для жизни человека условия.
Строго говоря, материальный баланс твёрдых, жидких и газообразных веществ на борту космического корабля выдержать не удастся. Неизбежны потери газов и жидкостей через микроскопические щели в конструкции летательного аппарата (ЛА). Потери будут также при шлюзованиях экипажа во время выполнения наружных ремонтных работ, при выходах и входах в жилой блок с поверхности осваиваемой планеты, при удалении накопившегося мусора и лишних отбросов. Уменьшение или увеличение массы содержимого ЛА может произойти при заборе проб материальных тел с осваиваемой планеты или при удалении из него тела погибшего космонавта. Все возможные ситуации заранее учесть невозможно…
Какие же растения целесообразно выращивать в квазизамкнутом пространстве космолёта? Особенный интерес представляют одноклеточные зелёные водоросли, например хлорелла, имеющая небольшие размеры, очень быстро размножающаяся и отличающаяся высокой активностью фотосинтеза. Эта водоросль может культивироваться в питательных средах, поглощая за короткий срок большое количество углекислого газа, выделяя кислород и накапливая значительные количества питательной биомассы. Биомасса хлореллы содержит до 50 % белков, до 20 % жиров, углеводы, витамины и другие ценные вещества. Важно, что процесс выращивания водорослей может быть автоматизирован.
Отмечается [50], что достигнутая в лабораториях интенсификации роста и биосинтеза микроскопических водорослей, позволяют уже сейчас обеспечить с их помощью воспроизводство воздуха и пищи на одного человека. Найдены и пути управления качественной стороной фотобиосинтеза водорослей. Можно получать от них биомассу, которая по соотношению белков, жиров и углеводов практически полностью копирует соотношение этих веществ в пищевом рационе человека. Это не значит, конечно, что в составе замкнутого экологического комплекса будут только одноклеточные водоросли. В него, безусловно, должны быть включены привычные для человека высшие растения, а также животные белки и некоторые микроорганизмы.
Работа по созданию замкнутого экологического межпланетного комплекса связана с большими трудностями. Все звенья замкнутого биологического сообщества должны быть строго согласованы друг с другом, в определённой зависимости соподчинены и взаимно обеспечивать друг друга веществами и энергией. Должны быть учтены возможные негативные воздействия на отдельные организмы изолированной экологической системы. Потоки космической радиации, действие перегрузок, невесомости и всех тех факторов, с которыми неизбежно столкнётся живой организм в специфических условиях космического полёта, не должны разрушить это хрупкое биологическое сообщество.
Однако эти трудности не описывают всех проблем. Одной из новых проблем длительных космических полётов при освоении планет солнечной системы является проблема образования твёрдых и жидких отходов, не утилизируемых традиционными способами [87]. Иными словами, как и на земле в ограниченном объёме космического аппарата неизбежно возникнет вопрос – куда девать мусор? Причём мусорные экскреты могут частично быть токсичными и трудноутилизируемыми на земле, а в условиях ограниченных по объёму и техническим возможностям космолёта – вообще неутилизируемыми.
Опасными и токсичными отходами, которые в настоящее время считаются трудноутилизируемыми [59], являются:
– ртутьсодержащие отходы, приборы;
– лабораторные отходы и остатки реактивов;
– органические растворители, в том числе галогенсодержащие;
– оксиды, соли, щёлочи;
– неорганические и органические кислоты;
– лакокрасочные отходы, масла, отходы нефтепереработки;
– гальваношламы, электролиты;
– отходы средств защиты растений (пестициды);
– лекарственные средства, отсевы лекарственного сырья; лекарственные неликвиды;
– другие высокотоксичные и трудно утилизируемые вещества, возникающие при полёте межпланетного корабля.
Именно мусорная проблема, а не проблемы создания и надёжного функционирования навигационных, пилотажных, двигательных установок или систем жизнеобеспечения космолёта может остановить развитие космонавтики!
Парадоксально, но именно темпы «производства» мусорных экскретов в конечном итоге могут диктовать не только количество участников полёта, но и размеры летательного аппарата и его конструктивные особенности.
Проблема включает ряд задач, решение которых пока не найдено и может затормозить освоение небесных тел солнечной системы. Одна из задач – формирование технологий и конструкций, приводящих к минимизации отходов. Вторая задача – разработка конструкций космического оборудования, включая служебные системы и научную аппаратуру, приспособленного для использования в Космосе после истечения своего ресурса. Третья задача – выбор наиболее эффективных направлений применения в космическом полёте экскретов, образующихся в результате функционирования оборудования и жизнедеятельности экипажа. Фактически это та же задача избавления от отходов, отбросов и мусора, которая с переменным успехом решается человечеством на поверхности нашей планеты.
Важной информацией для анализа эффективности использования возникающих экскретов служат сведения об их возможном составе и количестве на борту летательного аппарата. Приближённо можно выделить следующие группы экскретов:
– отбросы жизнедеятельности экипажа (экскременты и другие отходы жизнедеятельности, биологические средства личной гигиены, отбросы медицинского, микробиологического и «садово-огородного» обеспечения);
– отходы функционирования служебных систем и научной аппаратуры;
– производственный и бытовой мусор.
Перечислим возможные источники мусорных экскретов космического летательного аппарата в период его межпланетного полёта. Источники отбросов – это экипаж космического аппарата и биологические системы его жизнеобеспечения. Источники отходов: узлы и агрегаты летательного аппарата, его энергетические и служебные системы.
Источниками мусора могут быть: упаковка рационов питания и объекты после уборки жилых и служебных помещений, ремонта аппаратуры и бытовой техники, включая систему жизнеобеспечения, систему обеспечения теплового режима и другие системы.
Возможные направления использования мусорных экскретов экипажа включают в себя:
– изготовление из отбросов подсобными средствами некоторых продуктов питания экипажа, а также использование отбросов для культивирования «огорода»;
– ремонт и формирование из отходов интерьера жилых отсеков;
– изготовление из мусора и отходов дополнительных средств радиационной и метеоритной защиты;
– доработка вышедшего из строя оборудования (отходов) для нецелевого его использования или возможного применения на других небесных телах.
Конец ознакомительного фрагмента.