Контролируемые (или закрытые ) экологические системы жизнеобеспечения (аббревиатура CELSS ) — это самоподдерживающаяся система жизнеобеспечения космических станций и колоний, обычно посредством управляемых закрытых экологических систем , таких как BioHome , BIOS-3 , Biography 2 , Mars Desert Research Station. и Юэгун-1 .
CELSS была впервые использована Советским Союзом во время знаменитой « Космической гонки » в 1950–60-х годах. Созданная Константином Циолковским и развитая В.И. Вернадским , первыми шагами в эту науку было использование закрытых, необитаемых экосистем, расширяющееся до исследовательского центра, известного как БИОС -3 .
Затем в 1965 году начались пилотируемые эксперименты в БИОС-3 .
Присутствие человека в космосе до сих пор ограничивалось нашей собственной системой Земля - Луна . Также с собой привезли все, что понадобится космонавтам для жизнеобеспечения ( воздух , вода и пища ). Это может быть экономично для коротких миссий космических кораблей , но это не самое жизнеспособное решение, когда имеешь дело с системами жизнеобеспечения корабля длительного действия (например, корабля генерации ) или поселения.
Целью CELSS является создание регенеративной среды, которая сможет поддерживать и поддерживать человеческую жизнь с помощью сельскохозяйственных средств.
В средах, не соответствующих CELSS, пополнение воздуха и обработка CO 2 обычно состоят из резервуаров с хранимым воздухом и скрубберов CO 2 . Недостаток этого метода заключается в том, что после истощения резервуаров придется наполнять их заново; скрубберы также потребуют замены после того, как они станут неэффективными.
Существует также проблема переработки токсичных паров , которые исходят от синтетических материалов, используемых при строительстве мест обитания. Поэтому вопрос поддержания качества воздуха требует внимания; В ходе экспериментов было обнаружено, что растения также удаляют летучие органические соединения, выделяемые синтетическими материалами, которые до сих пор использовались для строительства и поддержания всех искусственных сред обитания.
В CELSS воздух изначально подается извне, но поддерживается за счет использования лиственных растений, которые создают кислород в процессе фотосинтеза (чему способствуют побочные продукты человеческого дыхания , CO 2 ). В конце концов, главная цель среды CELSS состоит в том, чтобы лиственные растения взяли на себя полное и полное производство кислорода; это сделало бы систему закрытой , а не контролируемой .
Как и во всех нынешних полетах в космос, экипажам приходилось хранить все необходимые расходные материалы до запуска. Обычно расходные материалы для твердой пищи подвергались сублимационной сушке , чтобы можно было уменьшить вес корабля.
Конечно, в самоподдерживающейся экосистеме будет выделено место для выращивания сельскохозяйственных культур, что позволит выращивать и выращивать продукты питания. Чем больше группа людей, тем больше урожая придется выращивать.
Что касается воды, эксперименты показали, что она будет получаться из конденсата в воздухе (побочный продукт кондиционирования воздуха и паров), а также избытка влаги растений. Тогда его придется фильтровать какими-то средствами, либо природными, либо машинными. [ нужна цитата ]
Первые космические полеты заставляли путешественников либо выбрасывать свои отходы в космос, либо складировать их для обратного полета.
CELSS изучал способы расщепления отходов жизнедеятельности человека и, если возможно, интеграции обработанных продуктов обратно в экологию. Например, моча перерабатывалась в воду, которую можно было использовать в туалетах и для полива растений.
Для очистки сточных вод для обработки сточных вод используются растения, особенно водные. Было показано, что чем больше отходов перерабатывается водными растениями (точнее, их корневыми системами ), тем крупнее вырастают водные растения.
В ходе испытаний, подобных тем, что проводились в BioHome , растения также создавали жизнеспособный компост в качестве питательной среды для сельскохозяйственных культур.
Закрытые системы полностью самодостаточны и перерабатывают все бесконечно без какого-либо внешнего взаимодействия. Срок службы такой системы ограничен, так как энтропия закрытой системы со временем может только увеличиваться . Но если замкнутой системе позволить принимать высокотемпературную лучистую энергию от внешнего источника (например, солнечного света) и отводить низкотемпературное отходящее тепло в глубокий космос, это может продолжаться бесконечно. Примером такой системы является сама Земля .
Контролируемые системы, напротив, зависят от определенных внешних взаимодействий, таких как периодическое техническое обслуживание . Примером такой системы является МКС .