В ходе научно-технологической программы «Большие вызовы», которая прошла в июле в Образовательном центре «Сириус», школьники из Тюмени, Москвы, Казани, Екатеринбурга и Белгорода разработали прототип фотобиореактора – замкнутой системы, которая поглощает углекислый газ и выделяет кислород с помощью фототрофных микроорганизмов. Участники программы изготовили модель, которая в будущем после доработок и успешных тестирований может быть интегрирована на борт космического корабля для жизнеобеспечения космонавтов во время длительных полетов. Разработка велась по направлению «Природоподобные и нейротехнологии» совместно с Национальным исследовательским центром «Курчатовский институт».
.jpg)
В настоящее время люди стремятся к освоению дальнего космоса и колонизации Марса, и чтобы длительное пребывание вне Земли было возможно, необходимо создать замкнутую систему жизнеобеспечения экипажа космического корабля. Основой такой системы могут стать фототрофные микроорганизмы, поглощающие углекислый газ, выделяющие кислород и синтезирующие витамины, липиды и белки. Устройство, которое используется для культивирования фототрофных микроорганизмов, называется фотобиореактором.
Команда проекта «Фотобиореактор для систем жизнеобеспечения космических аппаратов» во время программы «Большие вызовы» создала прототип этого устройства, визуализировала его на борту космического корабля, а также рассчитала эффективность работы аппарата и целесообразность его использования по сравнению с запасами и технологиями Земли.
«Наш проект решает вопрос жизнеобеспечения во время полетов в дальний космос. В миссиях, длительность которых превышает 2–2,5 года, наш фотобиореактор позволит космонавтам существовать автономно и будет рентабелен», – объяснил участник программы из Москвы Кирилл Григорьев.
При создании аппарата в «Сириусе» использовали микроводоросль Chlorella vulgaris GKV-1 из коллекции НИЦ «Курчатовский институт». Также во время работы над проектом ребята исследовали, в каких условиях реактор наиболее эффективен, с помощью различных аналитических методов следили за тем, как растет культура.
«Chlorella vulgaris в процессе фотосинтеза фиксирует углекислый газ и выделяет кислород. Благодаря этой способности можно иметь на борту космического корабля постоянный возобновляемый источник кислорода. Также исследователи надеются, что эту технологию в будущем можно будет использовать на другой планете, чтобы создать там природоподобную систему», – рассказала руководитель проекта, аспирант Московского политехнического университета и лаборант-исследователь НИЦ «Курчатовский институт» Мария Петрова.
«Для культивирования маточной культуры микроводоросли мы использовали специальную среду, содержащую необходимые микроэлементы. Каждый день мы фиксировали рост культуры с помощью специального оборудования и ждали, пока она достигнет необходимой фазы наиболее активного деления клеток. Параллельно мы создавали конструкцию реактора и, когда клетки вошли в нужную нам фазу, их переселили в новую среду и поместили в реактор. Далее мы производили мониторинг макро- и микропараметров реактора, чтобы определить условия роста культуры», – прокомментировал разработку участник из Тюмени Феликс Напольский.
В результате участники программы сконструировали прототип фотобиореактора, состоящий из трех панелей оргстекла, на которых расположен трубчатый тонкослойный фотобиореактор. Также школьники представили результаты исследований эффективности работы этого устройства.
«С помощью этой модели мы продемонстрировали, что форма и конструкция тонкослойного трубчатого фотобиореактора с использованием гибких трубок может быть адаптирована к устройству космического корабля. Представленный прототип демонстрирует возможность применения сложных форм фотобиореактора, поскольку простые, например, плоскопанельные реакторы сложно интегрировать на борт, – поделилась Мария Петрова. – А выбранная нами биологическая основа фотобиореактора – культура Chlorella vulgaris – не патогенна и содержит много белка, что, как следствие, делает ее дополнительным источником пищи для космонавтов».
В июле 2023 года направление «Природоподобные и нейротехнологии» включало в себя четыре проекта. Школьники также работали над созданием микрокапсулы, реагирующей на изменение кислотности среды, для доставки и контролируемого высвобождения липофильных активных веществ, исследовали технологию CRISPR/Cas9 при получении трансгенных лабораторных животных и конструировали манипулятор, подобный человеческой руке.
