Управляемые (или закрытые ) экологические системы жизнеобеспечения (сокращенно CELSS ) — это самоподдерживающаяся система жизнеобеспечения для космических станций и колоний, обычно представляющая собой контролируемые закрытые экологические системы , такие как BioHome , BIOS-3 , Biosphere 2 , Mars Desert Research Station и Yuegong-1 .
CELSS был впервые применен Советским Союзом во время знаменитой « Космической гонки » в 1950–60-х годах. Созданный Константином Циолковским и развитой В. И. Вернадским , первыми набегами в эту науку были закрытые, беспилотные экосистемы, расширенные до исследовательского центра, известного как BIOS-3 .
Затем в 1965 году начались пилотируемые эксперименты на БИОС-3 .
Присутствие человека в космосе до сих пор ограничивалось нашей собственной системой Земля – Луна . Кроме того, все, что может понадобиться астронавтам в плане жизнеобеспечения ( воздух , вода и еда ), было взято с собой. Это может быть экономично для коротких миссий космических кораблей , но это не самое жизнеспособное решение, когда речь идет о системах жизнеобеспечения долгосрочного корабля (например, корабля поколений ) или поселения.
Целью CELSS является создание восстанавливающейся среды, способной поддерживать и сохранять человеческую жизнь с помощью сельскохозяйственных средств.
В средах, не использующих CELSS, пополнение воздуха и обработка CO 2 обычно осуществляется с помощью резервуаров с хранимым воздухом и скрубберов CO 2 . Недостатком этого метода является тот факт, что после истощения резервуары необходимо будет пополнять; 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 о том, как поддерживается качество воздуха , требует внимания; в ходе экспериментов было обнаружено, что растения также удаляют летучие органические соединения, выделяемые синтетическими материалами, которые использовались до сих пор для строительства и обслуживания всех искусственных мест обитания.
В CELSS воздух изначально поступает извне, но поддерживается за счет использования листовых растений, которые вырабатывают кислород в процессе фотосинтеза (при помощи отходов-побочных продуктов человеческого дыхания , CO 2 ). В конечном итоге, главная цель среды CELSS заключается в том, чтобы листовые растения взяли на себя полное и тотальное производство кислорода; это сделало бы систему закрытой , а не контролируемой .
Как и во всех современных космических экспедициях, экипажам приходилось запасаться всеми необходимыми расходными материалами до запуска. Обычно твердые пищевые расходные материалы подвергались сублимационной сушке , чтобы уменьшить вес корабля.
Конечно, в самоподдерживающейся экосистеме место для выращивания урожая будет отведено отдельно, что позволит выращивать и возделывать продукты питания. Чем больше группа людей, тем больше урожая придется выращивать.
Что касается воды, эксперименты показали, что она будет получена из конденсата в воздухе (побочный продукт кондиционирования воздуха и паров), а также из избыточной влаги от растений. Затем ее придется фильтровать каким-то образом, либо естественным путем, либо с помощью машины. [ необходима цитата ]
На ранних этапах космических полетов путешественники либо выбрасывали отходы в космос, либо хранили их для обратного полета.
CELSS изучала способы разложения человеческих отходов и, если возможно, интеграцию переработанных продуктов обратно в экологию. Например, моча была переработана в воду, которая была безопасна для использования в туалетах и полива растений.
Очистка сточных вод использует растения, особенно водные, для обработки сточных вод. Было показано, что чем больше отходов обрабатывается водными растениями (или, точнее, их корневой системой ), тем больше вырастают водные растения.
В ходе испытаний, например, проведенных в BioHome , растения также производили жизнеспособный компост в качестве питательной среды для сельскохозяйственных культур.
Закрытые системы полностью самодостаточны, перерабатывая все бесконечно без внешнего взаимодействия. Срок службы такой системы ограничен, поскольку энтропия закрытой системы может только увеличиваться со временем . Но если в противном случае закрытой системе позволить принимать высокотемпературную лучистую энергию из внешнего источника (например, солнечный свет) и отбрасывать низкотемпературное отработанное тепло в глубокий космос, она может продолжаться бесконечно. Примером такой системы является сама Земля .
Управляемые системы, напротив, зависят от определенных внешних взаимодействий, таких как периодическое обслуживание . Примером такой системы является МКС .