Lidé zatím nejdále odcestovali na Měsíc. Cesta trvala jen několik dní, což bylo možné ještě řešit zásobami jídla. Pokud ale budeme cestovat někam dál, třeba k planetě Mars nebo do vzdálenějšího vesmíru, tam už se zásobami nevystačíme a alespoň část zásob si budeme muset vyrobit.
Co si představit, když řekne uzavřený ekosystém? Je to uzavřený prostor, ve kterém probíhají na sebe navazující procesy, které některé jeho produkty pohlcují a jiné z nich vytvářejí. Pro kosmonautiku je vytvoření dobře fungujícího uzavřeného systému produkujícího vzduch a potraviny pro lidi jednou z klíčových otázek uskutečnění meziplanetárních letů a mimozemskou kolonizaci. Vytvořit pozemský ekosystém v malém ale není tak těžké, jak by se na první pohled zdálo. Malý uzavřený ekosystém si ale můžeme vytvořit doma sami. „Vezmete sklenici, dáte do ní kytku, třeba voděnku, trochu substrátu, vodu a zavřete to,“ začal svoji přednášku ve Velkém klubu plzeňské radnice v Plzni Petr Tomek. Aby nám takový ekosystém k něčemu byl, museli by v něm být lidé. Pro meziplanetární lety potřebujeme systém, ze kterého něco získáme. „Uzavřený systém musí pracovat jako kyslíkový regenerátor, tedy pohlcovat CO2 a vyrábět O2, a musí v něm také probíhat uzavřený koloběh dusíku a vody. Měl by přitom produkovat potraviny a zpracovávat odpad,“ popisuje požadavky na systém Petr Tomek.
Pozemské experimenty se často soustředily jen na určité části uzavřených ekosystémů, a to ve vztahu k jejich budoucímu využití. Základem experimentů s uzavřenými ekosystémy bylo pěstování rostlin. Jeden z prvních experimentů s řasami Chlorella-1 přitom spustil Vladimír Remek, v experimentu pokračovali kosmonauti při misích Sojuzu 29 a Sojuz 31.
Pozdější experimenty se soustředily na pěstování vyšších rostlin. Od naklíčených semen a gelového substrátu se dále vyzkoušela hydroponie a aeroponie, při které je voda ke kořenům rostlin dopravována ve formě vodního aerosolu. „Další vývoj se postupně soustředil na hydroponické systémy, kde nejvyšší vývojovou metodou je ultraponie, při které distribuci vodního aerosolu ke kořenům rostlin pomocí ultrazvuku řídí počítač. Rostliny přitom dosahují až osmkrát větších výnosů, než při hydroponickém pěstování,“ vysvětluje Petr Tomek.
Experimenty probíhaly na Zemi i ve vesmíru, pro pěstování rostlin se používaly skleníku podobné fytotrony. Na rozdíl od pozemského skleníku je totiž fytotron osvětlován zevnitř, osvit i teplota v něm bývá nastavena uměle. Ve fytotronu Malachit na Saljutu 7 byly například pěstovány orchideje.
Uzavřené ekosystémy by měly také zahrnovat domácí zvířata. Japonská křepelka je jedním ze zvířat, která by se mohla v uzavřených ekosystémech pěstovat. Pokus s nimi udělal slovenský kosmonaut Ivan Bella na stanici Mir), kam odvezl k dovyvinutí a vylíhnutí vajíčka. Posluchači ve Velkém klubu plzeňské radnice pak mohli sledovat na videozáběrech, jak se čerstvě vylíhnutá křepelka mávající křidélky vznášela v beztížném prostoru kosmické lodi.
Sověti se pustili do vytváření systémů pro meziplanetární lodě v roce 1964 systémem BIOS-1 v Krasnojarsku. Poslední vývojový typ byl BIOS-3, kde na celkové ploše 14 x 9 metrů bylo několik fytotronů, kde se pěstovala například pšenice, salát, zelenošáchor, řepa, brambory nebo zelí. Projekt je od roku 1991 spravován nově zřízeným Mezinárodním centrem pro uzavřené ekosystémy Ruské akademie věd a je zakonzervován.
Projekty uzavřených systémů ale vyvíjejí i v USA. Například NASA Bio Home (1987) měl recyklaci kyslíku pomocí vyšších rostlin a uzavřený systém vody. Systém ale není úplně vzduchotěsný, takže některé výsledky lze jen těžko považovat za důvěryhodné. „Nejméně důvěryhodná je z mého pohledu Biosféra 2 v Arizoně. Přestože je to krásná stavba, už od začátku je tento systém nastaven špatně,“ říká Petr Tomek. Tento skleník simulující miniaturní pozemský ekosystém pod několika kupolemi vznikl v poušti v Arizoně na celkové rozloze téměř 8400 m2 a je tak největším svého druhu na světě. Zahrnuje skoro 2000 m2 deštného pralesa, 850 m2 tropického oceánu, 450 m2 mangrovníku, 300 m2 savany, poušť a políčka. Kromě lidí v něm žilo pět trpasličích koz, 25 slepic, 3 prasata a okounovci nilští (ryby). „Tento systém měl simulovat pozemskou biosféru, ale brzy zkolaboval, a to hned z několika důvodů: V systému se nahromadil CO2 , neprodukoval dostatek potravin, kterých byl jen omezený počet druhů a „posádka“ před vstupem do Biosféry 2 neprošla psychologickým výcvikem, takže se skupina uvnitř brzy rozpadla. K tomu všemu se ještě při druhém z experimentů v Biosféře rozhádalo vedení,“ komentoval neúspěch projektu arizonské Biosféry 2 Petr Tomek.
Pod názvem MELISSA (Micro-Ecological Life Support System Alternative, tedy Alternativní miniaturní ekosystém podpory života) probíhá experiment s pětistupňovým ekosystémem i na evropském kontinentě. Jde o společný projekt několika univerzit a vědeckých institucí včetně Evropské kosmické agentury (ESA).
„Částečně uzavřené ekosystémy jsou již nyní součástí experimentální pozemské architektury., Vznikají tak domy, které umí zásobovat člověka vším, co potřebuje, tedy vodou i jídlem,“ doplnil Petr Tomek. „Je dost pravděpodobné, že na meziplanetárních stanicích, které jsou ve vesmíru, budou zcela či částečně uzavřené ekosystémy. Určitě se počítá s uzavřenými ekosystémy na jiných planetách, kam nebude možná doprava potravin,“ uzavřel svoji přednášku pro Hvězdárnu a planetárium Plzeň Petr Tomek.
Petr TOMEK – člen Kosmo klubu, bloger a autor bestselleru Ztracený Měsíc či knihy Láska, sex a Vesmír.
Související články:
Projekt MELISSA (Micro-Ecological Life Support System Alternative, tedy Alternativní miniaturní ekosystém podpory života) experiment s pětistupňovým ekosystémem na evropském kontinentě. Společný projekt několika univerzit a vědeckých institucí včetně Evropské kosmické agentury (ESA). (anglicky)
Biosféra 2 – dosud nejrozsáhlejší experiment s uzavřeným ekosystémem v Arizoně nyní ve správě The University of Arizona Controlled Environment Agriculture Center (anglicky)
BIOS 3 – sovětský experiment s uzavřeným ekosystémem v Krasnojarsku (rusky)
Příští přednáška:
Další přednáška se ve Velkém klubu plzeňské radnice bude konat ve středu 16. dubna 2014. O nebezpečných tělesech kolem naší Země a možnostech srážky s nimi bude přednášet Petr Scheirich z Astronomického ústavu AV ČR.
