Зачем на МКС отправили замкнутую экосистему с креветками?

Что проверяют в эксперименте

Я не могу проверить детали именно этого объявления ESA от 14 октября, поэтому опишу, что обычно изучают в таких экспериментах и как они связаны с программой MELiSSA, которую ESA развивает уже несколько десятилетий.

Главная цель: понять, может ли небольшая замкнутая биосистема стабильно работать в условиях микрогравитации. В такой системе:

• Водоросли и цианобактерии фотосинтезируют, поглощают CO₂ и выделяют кислород, а также могут служить пищей.
• Креветки потребляют часть биомассы водорослей, выделяют углекислый газ и органические отходы.
• Микроорганизмы разлагают отходы, возвращая азот, фосфор и углерод обратно в цикл.

Что важно узнать

1. Устойчивость баланса. Сохраняется ли равновесие между производителями, потребителями и разлагателями без вмешательства человека.
2. Поведение воды и газов. Как ведут себя жидкости, газовые пузыри и растворённые газы без гравитации, ведь от этого зависит работа фильтров и аэрации.
3. Влияние невесомости на животных и микробов. Как креветки питаются, двигаются и размножаются, и не меняются ли свойства микробных сообществ.
4. Надёжность контуров. Сколько времени система работает без сбоев и как быстро восстанавливается после возмущений.

Связь с системами жизнеобеспечения

Для длительных полётов, например к Луне или Марсу, нельзя постоянно доставлять кислород, воду и пищу с Земли. Замкнутые экосистемы могли бы:

• производить кислород и пищу на борту;
• перерабатывать углекислый газ и отходы;
• снижать массу грузов, а значит, стоимость миссии.

Именно поэтому ESA рассматривает такие эксперименты как проверку базовых принципов, на которых позже можно строить регенеративные системы жизнеобеспечения. Водные экосистемы при этом интересны тем, что в них проще контролировать круговорот веществ, чем в почвенных или растительных.

Если вам нужны точные задачи, сроки и состав именно эксперимента SCAMPI, стоит посмотреть пресс-релиз ESA или материалы на сайте ESA Human and Robotic Exploration.

Цель эксперимента SCAMPI

SCAMPI (Small Closed Aquatic Micro Ecosystem Project International) — это миниатюрная замкнутая аквасистема, которую ESA отправило на МКС в рамках миссии CRS-39 (полёт грузового корабля Dragon). В контейнере объёмом около 5 литров находятся:

• креветки (Neocaridina davidi) — как потребители и индикаторы качества воды;
• микроводоросли (Chlorella vulgaris) — продуценты, вырабатывающие кислород и потребляющие CO₂;
• бактерии — перерабатывающие отходы в нитраты для водорослей.

По сути, это упрощённая версия экосистемы Земли в миниатюре: три уровня пищевой цепи, замкнутый круговорот веществ.

Что именно проверяют

1. Устойчивость замкнутого цикла в невесомости. На Земле в такой системе работают гравитационные процессы: конвекция, осаждение частиц, разделение фаз. В невесомости всё это исчезает — пузырьки газов не всплывают, взвесь не оседает, перемешивание идёт только за счёт диффузии и принудительной циркуляции. Исследователи хотят понять, как это влияет на баланс кислорода, CO₂ и питательных веществ и на стабильность популяций.

2. Долговременную стабильность экосистемы. Ключевой вопрос: сможет ли такая биологическая система поддерживать себя неделями и месяцами без вмешательства, или будут происходить всплески и коллапсы популяций (как в классических экспериментах с « Biosphere 2» на Земле).

3. Взаимодействие организмов при стрессе невесомости. Как меняется метаболизм креветок, скорость роста водорослей, активность бактерий в условиях микрогравитации — данные по таким замкнутым системам крайне скудны.

Связь с системами жизнеобеспечения (ECLSS)

Долгие полёты — на Луну, к Марсу — невозможно обеспечить запасами с Земли. Единственный реалистичный путь — биологические регенеративные системы жизнеобеспечения (BLSS), где:

• растения/водоросли перерабатывают CO₂ и отходы в кислород и пищу;
• микроорганизмы минерализуют органику;
• креветки (или рыба, насекомые) — источник белка для экипажа.

SCAMPI — это, по сути, технологический демонстратор и источник данных для проектирования таких систем. На МКС уже работают системы физико-химического жизнеобеспечения (например, системы утилизации воды и электролиз), но они энергоёмки и требуют регулярной поставки запчастей. Биологическая компонента способна замкнуть цикл более естественным образом.

Отдельная задача — проверить, работает ли замкнутая экосистема как «чёрный ящик»: устойчив ли выход (кислород, чистая вода) при изменении входных условий (свет, температура, кормление). Именно эти данные нужны, чтобы проектировать пилотируемые BLSS масштаба, достаточного для экипажа из 4–6 человек на 2–3 года.

Кроме того, эксперимент важен в контексте программы MELiSSA ESA (Micro-Ecological Life Support System Alternative) — долгосрочного проекта создания регенеративной экосистемы для Марса, в котором замкнутые аквасистемы рассматриваются как один из модулей.

Эксперимент SCAMPI — это миниатюрная водная экосистема: водоросли производят кислород и служат пищей, креветки потребляют кислород и выделяют углекислый газ и отходы, а микроорганизмы перерабатывают отходы и возвращают питательные вещества в цикл.

Исследователи хотят выяснить, как невесомость влияет на работу этой пищевой цепи: сохраняется ли равновесие между организмами, как меняются рост и обмен веществ креветок, водорослей и микроорганизмов и насколько эффективно система перерабатывает вещества в замкнутом объёме.

Это важно для будущих систем жизнеобеспечения в долгих полётах. Они должны как можно меньше зависеть от доставок с Земли и повторно использовать воду, питательные вещества и углекислый газ, одновременно обеспечивая экипаж кислородом и пищей. SCAMPI — не готовая система для снабжения астронавтов, а небольшой эксперимент, который помогает понять, можно ли поддерживать устойчивые биологические циклы в космосе.