Катастрофы в природе и обществе

Как уже было сказано, при неизбежном дальнейшем развитии промышленной цивилизации нельзя рассчитывать на спасительные "регулирующие" силы природы, а надо разрабатывать высокотехнические cиcтемы жизнеобеспечения человека. Для этого понадобятся сложные и необычные методы расчета, которые должны быть вначале опробованы на упрощенных моделях биосферы – искусственных замкнутых экологических системах. Система жизнеобеспечения называется замкнутой, если в ней производится регенерация отходов жизнедеятельности человека, сопутствующих ему организмов, а также отходов, возникающих вследствие протекающих в системе физико-химических процессов, прежде всего технологических. Система называется строго замкнутой, или полностью замкнутой, если она работает изолированно от внешнего мира, за исключением энергообмена. Полная замкнутость систем жизнеобеспечения в настоящее время и в обозримом будущем возможна лишь при использовании живых организмов, главным образом растений.

Замкнутые, хотя еще не строго замкнутые системы жизнеобеспечения уже используются: это космические корабли. Проблемы жизнеобеспечения человека в космосе, проектирования космических кораблей и баз на других планетах воспроизводят в миниатюре проблемы перехода к устойчивому развитию в земной биосфере. Ведь и Землю можно рассматривать как космический корабль – только очень большой – и при этом проблема устойчивого развития для Земли оказывается, в некотором смысле, частным случаем общей задачи создания автономной системы жизнеобеспечения для длительных космических миссий. Конечно, это не значит, что можно будет полностью рассчитать "работу" Земли – для сложных систем это невозможно – но ведь и космический корабль с человеческим экипажем не полностью поддается расчету. Все дело в том, за какими параметрами надо следить и какие процессы можно сделать замкнутыми и рассчитать.

Если необходимость сохранения ресурсов для будущих поколений – пока лишь политический лозунг, то при создании космических систем жизнеобеспечения соответствующая задача минимизации запасов расходуемых веществ уже практически важна, поскольку надо уменьшить крайне дорогостоящие, сложные и небезопасные поставки с Земли. Атмосфера в космических кораблях, из-за их скромных размеров, может изменять свой состав в несколько дней, тогда как в земной атмосфере такие процессы заняли бы столетия. Поэтому космические системы жизнеобеспечения и создаваемые для их испытания наземные прототипы, искусственные биосферы, в некоторой степени являются "экологическими машинами времени", позволяющими предвидеть возможное экологическое будущее Земли. Мы рассмотрим в этой главе проблемы энергоснабжения, теплообмена, дыхания и питания людей в космических системах, а затем сделаем заключения о соответствующих процессах на Земле.

Энергетика космических кораблей

В развитии глобального экологического кризиса важная роль принадлежит энергетике, поскольку тип энергетики во многом определяет структуру современного производства. Поэтому надо обсудить, каким образом сейчас решаются проблемы энергообеспечения в космосе – тем более, что технические решения в области космонавтики пользуются заслуженно высоким авторитетом и рассматриваются как передовые.

В космосе используются химическая, солнечная и ядерная энергия, каждая их которых имеет свою область применения, где она необходима или выгоднее других. С инженерной точки зрения различают "ближний космос", то есть непосредственную окрестность Земли, "средний космос" – от Меркурия до пояса астероидов, и "дальний космос" – за астероидами. Зона между Солнцем и Меркурием пока не исследуется и представляет особые трудности, из-за сильного тяготения Солнца и интенсивного облучения.

Химическая энергетика, основанная на процессах окисления, то есть на сжигании топлива, используется лишь при старте и посадке космических кораблей, когда требуется высокая "пиковая мощность" – большая выдача энергии в короткое время. До сих пор космические корабли стартовали лишь с Земли и садились на Землю, спуская на другие небесные тела небольшие "модули", тоже на химическом топливе, так что химическая энергия применялась главным образом в ближнем космосе; но при посадке кораблей на Луну и планеты также возникнет проблема пиковой мощности, которую мы пока умеем решать лишь с помощью химической энергии. Соответствующие ей системы, содержащие вредные вещества, выносятся за оболочку систем жизнеобеспечения человека. Все же известен случай с американскими космонавтами, когда из-за разгерметизации кабины произошло отравление экипажа продуктами сгорания топлива, к счастью, без летального исхода; после этого были приняты дальнейшие меры для разнесения зоны обитания экипажа и систем топливной энергетики.

В условиях космоса топливная энергетика не может конкурировать с солнечной – в среднем космосе, где солнечное излучение достаточно сильно. В самом деле, солнечная батарея площадью около квадратного метра и весом в десять килограммов способна десятки лет давать электроэнергию мощностью в сто ватт. Если же взять с собой, например, четыре килограмма керосина, требующих для своего окисления шесть килограммов кислорода (который на Земле берется из атмосферы, а в космос его надо везти вместе с керосином), то эти десять килограммов химических веществ способны дать около восьми тысяч килокалорий тепловой энергии, из которой можно получить в лучшем случае примерно двенадцать тысяч килоджоулей электроэнергии – столько же, сколько дает описанная выше стоваттная солнечная батарея за восемь суток. Самые лучшие топлива, такие, как водород, при том же общем весе вместе с кислородом в десять килограммов, дали бы столько же энергии, сколько стоваттная солнечная батарея за полмесяца. Из приведенных оценок понятно, насколько топливная энергетика неконкурентоспособна в условиях космоса. В действительности для открытого космоса, где можно избежать "пиковых" нагрузок, химическая энергетика (за исключением электрических аккумуляторов и батарей) даже не планируется. Преимущества солнечной энергии перед химической, столь очевидно демонстрируемые в космосе, могут послужить хорошим уроком и для Земли.

Солнечная энергия не только может обеспечить все жизненные потребности экипажа: есть реалистические проекты ее применения для движения межпланетных кораблей в открытом космосе, с помощью ионных двигателей. В таких двигателях электрическая энергия используется для разгона тяжелых частиц (ионов), например, ионов цезия или ртути, выбрасываемых с большой скоростью в направлении, противоположном требуемому курсу ракеты, наподобие струи газов химического реактивного двигателя. Приращение энергии ракеты пропорционально квадрату скорости ионной струи (вспомните формулу для кинетической энергии E=mv²/2), но, поскольку запас ионного топлива ограничен, выбирается оптимальная скорость выбрасывания частиц; например, для полета к Марсу, продолжительность которого составит около шести месяцев, эта скорость должна быть равна 40 км/сек. Для получения такой энергии понадобятся солнечные батареи большой площади, напоминающие паруса, которые будут распускаться в космосе, так что космический корабль с ионным двигателем будет странным образом похож на парусные корабли – причем его паруса не будут испытывать сопротивления воздуха! Вес батарей, со всеми устройствами, составил бы сейчас около 120 кг на 1 квт мощности, но может быть во много раз уменьшен.

До сих пор солнечные батареи применяются лишь для снабжения энергией экипажа и приборов. К сожалению, интенсивность солнечного излучения резко убывает при удалении от Солнца – обратно пропорционально квадрату расстояния. При приближении к Солнцу она столь же быстро возрастает. На орбите Венеры солнечные батареи вдвое более эффективны, чем на Земле; на орбите Марса их эффективность, напротив, падает более чем вдвое, а на орбите Юпитера более чем в двадцать раз. Поэтому солнечная энергия применима только в среднем коcмосе. Ядерная энергия дает б`oльшую мощность на единицу веса двигателя, но при значительном усложнении охлаждения. Она выгодна лишь в дальнем космосе, где солнечной энергии не хватает. Например, в полете "Вояджера" для далеких расстояний использовался радиоактивный источник. Ядерную энергию пытались применить также на околоземных спутниках, но сейчас это считается крайне нежелательным. В самом деле, пока корабль остается в космосе, его ядерный двигатель никому не угрожает; но низколетающие орбитальные спутники, если их не снять с орбиты, в конце концов падают на Землю – даже при попытке мягкой посадки возможны аварии – и в таких случаях радиоактивное топливо рассеивается в атмосфере. Были три аварии с американскими ядерными источниками (наиболее известен случай с "Аполлоном-13"), при которых загрязнений окружающей среды не произошло. Из советских аварий с ядерными источниками наиболее известен случай со спутником "Космос-1402", когда при входе спутника в атмосферу ядерное топливо рассеялось по поверхности Земли. Впрочем, следует иметь в виду, что равномерное распыление нескольких килограммов радиоактивных веществ по поверхности всей планеты не может сколько-нибудь заметно повысить ее естественный радиоактивный фон, который отнюдь не исчезающе низок.

С энергообеспечением космических кораблей тесно связана проблема перегрева их атмосферы. Системы жизнеобеспечения крайне нежелательно насыщать энергией сверх необходимого уровня, поскольку вся поступающая энергия в конечном счете переходит в тепло, которое нужно выводить из системы. Все космические корабли, независимо от их размеров и конструкции (а значит и Земля – гигантский космический корабль!) имеют только одну возможность освободиться от избыточного тепла – излучить его в космос; это называется радиационным отводом тепла. По закону Стефана – Больцмана, интенсивность излучения любого "абсолютно черного" тела пропорциональна четвертой степени его температуры; напомним, что тело называется "абсолютно черным", если оно поглощает все падающее на него излучение (что можно считать приближенно справедливым для интересующих нас космических объектов), а температура отсчитывается по шкале Кельвина, от 273°С ниже нуля. Поскольку обычная температура, при которой мы живем на поверхности Земли, поддерживается также в жилых помещениях космических ракет и примерно равна 3000 Кельвина, тот же расчет, что и в главе 4, показывает, что при увеличении тепловой энергии ракеты на 1% ее температура повышается на 0,75°.

Чтобы тепловая энергия могла быть излучена в космос, ее надо доставить к стенкам корабля. Для этого в космических кораблях имеется система охлаждения, составляющая значительную часть систем корабля (100 – 200 кг на киловатт отводимого тепла, что превосходит вес солнечных батарей). В принципе можно концентрировать избыточное тепло (на что надо затрачивать дополнительную энергию) и подавать его на специальные излучатели с искусственно поднятой температурой, где охлаждение идет намного эффективнее: в самом деле, при более высокой температуре, по закону Стефана – Больцмана, излучение энергии возрастает. Для Земли это, конечно, нереально. Но для космических кораблей эта задача в последнее время успешно решается – и у нас, и за границей. Японцы сообщают, что они снизили вес охлаждающих устройств до 2 кг на 1 киловатт отводимого тепла.

Система охлаждения не всегда может поддерживать оптимальную температуру атмосферы корабля, поскольку устанавливающаяся температура сильно зависит от энергообеспечения корабля и других факторов. Например, при аварии "Аполлона-13" снизилось энергообеспечение корабля, и вследствие этого температура упала до трех градусов выше нуля, так что экипаж, не имевший с собой зимней одежды, собрался в относительно теплом лунном модуле, где было одиннадцать градусов выше нуля, но и там люди не могли уснуть. При неполадках на станции "Скайлэб" плохо работал противосолнечный экран, и температура достигала около шестидесяти градусов выше нуля, пока не был установлен дополнительный противосолнечный зонт.

Жизнеобеспечение экипажа космических кораблей

Человек дышит кислородом и не нуждается в других газах земной атмосферы, хотя и вдыхает их вместе с кислородом, так что его легкие наилучшим образом приспособлены к естественной смеси газов, из которой они извлекают кислород. Состав атмосферы Земли (по объему) в настоящее время таков: 78% азота, 21% кислорода, несколько меньше 1% аргона, 0,036% углекислого газа; при этом не учитывается небольшое количество водяного пара, так что здесь (и дальше) имеется в виду сухой воздух. До промышленной революции было 0,02% углекислого газа. Существование человека зависит от кислородного дыхания, и весь служащий для дыхания кислород производят растения. Без него на Земле вообще не было бы свободного кислорода, как нет его в атмосфере других планет: кислород, с его высокой химической активностью, быстро вступает в реакции с различными веществами. Смесь газов, которой человек может дышать, должна содержать не менее 10% кислорода; тренированные люди, например, горцы, могут долго жить и при несколько меньших концентрациях, а недолго – даже при значительно меньших; нетренированные люди плохо чувствуют себя и при не столь сильном снижении концентрации. В течение короткого времени человек может дышать и одним кислородом, но для нормального дыхания лучше, чтобы его парциальное давление было около 21%.

Углекислый газ нужен человеку в очень небольшом количестве, для регуляции дыхания. Поскольку этот газ выделяется легкими человека, то, как предполагают, о его минимальном содержании во вдыхаемом воздухе можно не заботиться. Напротив, его максимальное содержание весьма важно: 5% СO₂ уже смертельны! При 0,3% уже замечаются изменения в организме человека, и хотя в замкнутой системе "Биос-3" (о которой рассказывается дальше) люди жили без вредных последствий в течение шести месяцев при 0,8 – 1% CO₂, можно принять 0,3% за максимально допустимый уровень.

Растения, напротив, нуждаются в углекислом газе для питания и могут жить, когда его содержание в смеси газов не меньше некоторого небольшого количества, меньшего 0,01%, и не больше 5%. На рисунке 1 изображены области существования человека и растений. Их пересечение соответствует условиям естественной жизни человека.

Рис.1

Хотя этот рисунок носит качественный характер, гораздо бoльшие размеры зоны существования растений свидетельствуют о вполне реальном факте: растения хорошо переносят значительные изменения состава атмосферы, смертельные для нас. Но мы должны думать о таком составе атмосферы, чтобы выжили и мы, и растения, без которых мы не можем жить. Ведь растения не только дают нам кислород, но и доставляют нам продукты питания.

Существование биосферы Земли зависит от двух главных процессов – это процесс фотосинтеза, в результате которого растения синтезируют за счет солнечной энергии необходимые для жизни вещества – главным образом углеводы, жиры и белки –, и обратный процесс деструкции (разложения) этих веществ, осуществляемый животными, грибами и разнообразными микроорганизмами.

Для углеводов эти процессы можно представить схемой:

CO₂ + H₂O <=> (углеводы) + O₂.

Например, фруктоза – первичный продукт фотосинтеза – образуется в соответствии со следующим уравнением:

6CO₂ + 12H₂O <=> C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O

(здесь молекулы воды не сокращены, чтобы подчеркнуть, что кислород образуется из воды, а не из углекислого газа). Примеры углеводов: целлюлоза, в огромном количестве синтезируемая в биосфере и используемая практически только грибами; крахмал; гликоген; всем известный мед, состоящий из смеси углеводов; сахароза (обычный сахар), и т.д.

В меньшей мере процессы обмена веществ связаны с циклом жиров (липидов):

CO₂ + H₂O <=> (жир) + O₂.

Жиры имеют весьма разнообразную химическую структуру. Наиболее известны жиры, построенные на основе глицерина и жирных кислот, но для функционирования организмов важнее всего липиды, входящие в состав клеточных мембран.

Если взять за эталонный жир соединение C16H32O₂, то химический баланс описывается уравнением:

16CO₂ + 16H₂O <=> C16H32O₂ + 23O₂.

Обмен белков требует участия дополнительных азотосодержащих веществ:

(NH₄)2CO + CO₂ + H₂O <=> (белок) + O₂ .

Больше всего белков содержат быстрорастущие организмы (некоторые бактерии – до 70%). Главная роль белков – катализ, то есть ускорение химических реакций в организме, без чего жизнь не могла бы существовать. Специфика организма и его отдельной клетки полностью определяются набором содержащихся в них белков.

Если за эталонный белок взять белок состава С4Н5ОN, а за соединение, содержащее азот, C₂Н6O₂N₂, то соответствующее химическое уравнение будет выглядеть следующим образом:

O₂H₆N₂ + 6CO₂ + 2H₂O <=> 2C₄H₅ON + 7O₂.

Конечно, метаболизм (обмен веществ) организмов связан не только с углеводами, жирами и белками, но и с другими, самыми разнообразными веществами. При этом в циклический обмен наряду с углеродом, кислородом, водородом и азотом, играющими главную роль, вовлекаются почти все элементы таблицы Менделеева. Но их участие в обмене составляет лишь небольшую долю, которую в первом приближении – например, при расчете искусственных биосфер – можно не учитывать.

Из предыдущего, по необходимости очень беглого знакомства с элементами биохимии мы хотели бы сделать один вывод, важный для дальнейшего изложения. Как видно из типичного уравнения образования углевода, из шести молекул углекислого газа, потребляемого растением, получается столько же молекул кислорода, то есть в этом процессе число выделяемых молекул кислорода равно числу потребленных молекул углекислого газа. Примерно так же обстоит дело для всех других процессов синтеза углеводов растениями. Для построения жиров дело обстоит иначе. Из типичного уравнения, приведенного выше, видно, что в этом случае число молекул кислорода, выделяемых при синтезе жира, на одну молекулу углекислого газа приходится примерно полторы молекулы кислорода (из 16 молекул СO₂ получается 23 молекулы O₂). Приблизительно то же соотношение соблюдается в других процессах образования жиров. Таким образом, при образовании жиров на заданное количество молекул углекислого газа выделяется в полтора раза больше молекул кислорода, чем при образовании углеводов. Конечно, все растения вырабатывают и углеводы, и жиры, но в разных отношениях. Как мы увидим, этот факт имеет важное значение для замкнутых систем жизнеобеспечения человека.

Если фотосинтетические процессы в растениях (начиная с низших микроводорослей и кончая высшими сельскохозяйственными растениями) осуществляются, с биохимической точки зрения, почти одинаково, то процессы деструкции (разложения) связаны с жизнедеятельностью самых разнообразных организмов и осуществляются многими способами. Например, кенгуровая крыса, живущая в пустыне и питающаяся сухими зернами, никогда не пьет, а использует метаболическую воду, образующуюся в организме при разложении пищи. Не все продукты фотосинтеза усваиваются животными. Биомассу деревьев, содержащую главным образом целлюлозу, используют для питания практически только грибы. Рационы разных народов сильно различаются. Например, жители тихоокеанских островов употребляют в пищу главным образом фрукты и орехи, дополняя их небольшим количеством рыбы и другой животной пищи, так что их рацион беден животными, и даже растительными белками и состоит в основном из углеводов. Напротив, северные народы до недавнего времени употребляли в основном жиры и белки – продукты охоты и морского промысла.

Европейский рацион питания, используемый в настоящее время в космосе, на 60 – 65% cостоит из углеводов, на 20 – 25% из белков и на 10 – 20% из жиров.

В биосфере все, что производит какой-либо организм – а в конечном счете и он сам – потребляются некоторыми другими организмами. В результате, за счет солнечной энергии в биосфере происходит циклическое превращение веществ: с точки зрения биохимии, этот метаболический вихрь и есть жизнь. При этом атомы элементов используются многократно, периодически входя в состав самых разнообразных веществ всевозможных живых организмов. Если бы этот химический цикл живой природы был перерезан, то, по-видимому, жизнь в биосфере прекратилась бы в исторически очень короткое время – от нескольких десятков лет до, самое большее, 1,5 – 2 тысяч лет, в зависимости от места разреза. Таким образом, жизнь на Земле существует лишь благодаря замкнутости химического круговорота. Нынешний глобальный экологический кризис связан как раз с нарушением замкнутости биосферы вследствие технической деятельности человека.

Кроме химических превращений, функционирование организмов связано с загрязнением и очисткой водных и газовых сред. Очистка, конечно, осуществляется за счет энергии, поступающей в организм извне. Например, человек, чтобы извлечь для своего организма 0,6 кг кислорода, пропускает за сутки через свои легкие почти 30 кг воздуха, содержащие более 6 кг кислорода. Выдыхаемый воздух уже непригоден для дыхания без очистки. Кроме того, за сутки человек пропускает через свой организм 4 – 5 кг чистой воды и является потребителем воды, хотя в биохимическом смысле он воду производит: вода, прошедшая через организм, загрязняется и также не может быть использована без очистки. С другой стороны, растения с биохимической точки зрения являются потребителями воды, но для их жизнедеятельности требуется испарение огромного количества воды – причем б?льшая часть солнечной энергии используется ими не для химического синтеза, а для очистки воды. Вообще, жизнь на суше существенно связана с испарением воды из океанов – то есть с очисткой воды и переносом ее на сушу.

Таким образом, процессы массообмена в биосфере связаны не только с живыми организмами, но и с физическими процессами, главными из которых являются испарение и конденсация воды.

Все эти процессы необходимо воспроизвести и в космическом корабле, чтобы обеспечить потребности человека, особенно вдалеке от Земли. Это можно сделать с помощью самых разнообразных растений, животных и микроорганизмов; можно также использовать самые разные физико-химические технологии. Некоторые из вариантов такого обеспечения человеческих потребностей уже испытаны в специальных установках на Земле.

Полная замкнутость в таких установках – и тем более на космических кораблях – еще не достигнута. Впрочем, системы жизнеобеспечения космических кораблей становятся все более автономными: если при первых полетах в космос взятые с собой вода и кислород использовались однократно и независимо друг от друга, то теперь на орбитальной станции "Мир" используется циркуляция этих веществ, позволяющая экономить доставляемую на орбиту массу. Грузовые корабли доставляют на станцию питьевую воду, а кислород не возят: он производится из воды с помощью электролиза. После использования этой воды для питья и питания жидкие отходы жизнедеятельности человека собираются, а содержащийся в выдыхаемом воздухе водяной пар конденсируется в системе охлаждения корабля. В итоге удается собрать для вторичного использования довольно много воды – даже больше, чем было выпито, потому что вода образуется также из пищи, даже сухой пищи. Например, углеводы, как это отражено и в их названии, образуются из углекислого газа и воды, а в организме человека происходит обратный процесс, при котором, как мы видели, производится углекислый газ и так называемая метаболическая вода. В принципе, при совершенствовании технологии очистки воды доставка воды на орбиту может стать вообще ненужной.

Таким образом, каждый атом кислорода, содержащийся в привозимой с Земли воде, используется многократно: например, сначала человек может выпить воду, в состав которой входит этот атом кислорода, а через некоторое время встретиться с тем же атомом, вдохнув его из атмосферы корабля; в человеческом организме он снова перейдет в воду. Пожалуй, можно сказать, что космонавты на станции "Мир" расходуют вещество даже более экономно, чем упомянутая кенгуровая крыса, – ведь этот зверек берет кислород просто из воздуха, а космонавты изготовляют его сами. Это и понятно – ведь условия космоса гораздо суровее любой пустыни. Лишь часть атомов кислорода покидает станцию в составе молекул не используемого углекислого газа, выдыхаемого человеком и выводимого наружу.

Качество атмосферы космических аппаратов является предметом особой заботы, но пока остается не очень высоким. Оно зависит от любых летучих веществ, выделяемых человеком и оборудованием станции, а также используемыми человеком вещами и доставляемым грузом. По-видимому, лучшим способом поддержания качества атмосферы является биологический – никакие устройства не могут заменить в этом растения; мы еще встретимся с этим вопросом. Но, конечно, более высокие требования к качеству потребляемого человеком воздуха приводит к возрастанию размеров и веса систем регенерации, в том числе и биологических.

Оптимальная стратегия космического полета и оптимальная конфигурация системы жизнеобеспечения экипажа зависят, прежде всего, от длительности миссии. При небольшом сроке выгодно брать как можно более легкую систему жизнеобеспечения, даже если придется увеличить запасы: ведь в этом случае запасы все равно будут невелики. При длительных миссиях, где на первый план выступает масса запасов, следует использовать системы жизнеобеспечения, позволяющие уменьшить расход запасов, – даже с большой стартовой массой оборудования. Минимизация массы представляет для космических миссий не только техническую цель: лишний вес повышает нагрузку на двигатели и, тем самым, вероятность катастрофы. При большой длительности оптимальны системы жизнеобеспечения с малой массой запасов – высокозамкнутые системы. Если бы конфигурация системы жизнеобеспечения не менялась с ростом длительности миссии, то масса системы росла бы с увеличением срока линейно – пропорционально росту запасов. Но в действительности при увеличении срока миссии оптимальная конфигурации несколько раз меняется – пока, наконец, оптимальным не становится вариант, наиболее замкнутый по обмену масс.

Разумеется, полностью замкнутая система жизнеобеспечения может применяться и при коротких сроках, но в таких случаях она не оптимальна и проигрывает замкнутым системам по массе, а значит и по надежности. Корабль Гагарина незачем было снабжать высокозамкнутой системой жизнеобеспечения, потому что системы этого корабля были предназначены для полета в несколько дней. Но при попытке использовать такую систему в полете к Марсу пришлось бы брать огромные запасы; к тому же, через некоторое время эта система вообще перестала бы работать от недостатка сменных деталей. В таком случае гораздо лучшей оказалась бы система с более высокой замкнутостью. Исследования этого вопроса кратко резюмируются рисунком 2, где показана зависимость стартовой массы М (то есть массы систем переработки и обслуживания вместе с запасами) от срока миссии t для трех вариантов системы жизнеобеспечения.

Рис.2

В варианте a масса оборудования М наименьшая, но в этом варианте система не замкнута, а потому необходимые запасы больше, чем в варианте b. В варианте b стартовая масса больше, но это оборудование позволяет повысить замкнутость и уменьшить необходимые запасы продуктов. Наконец, в варианте с имеется дополнительное оборудование, достаточное для достижения полной замкнутости: в этом варианте вообще не требуется запасов продуктов; кроме того, предполагается, что вместо использования запасных частей производится ремонт, так что стартовая масса вообще не зависит от дальности полета. На рисунке 2 показан случай, когда при малых сроках полета, до точки пересечения 1 графиков a и b, вариант а (с меньшей замкнутостью) имеет меньшую массу и в этом смысле лучше. Между точками 1 и 2 наилучшим оказывается вариант b (со средней замкнутостью). Наконец, при больших сроках, после точки 2, предпочтителен вариант с (с полной замкнутостью).

Искусственные замкнутые биосферы

Как уже было сказано, до сих пор космические корабли и станции не были замкнутыми, и даже оставались довольно далекими от замкнутости. Естественно, возникла идея провести на поверхности Земли эксперименты с возможно более автономными системами жизнеобеспечения. Такие системы были названы "искусственными биосферами". Простейшие из них, биосферы без человека, не содержали никакой аппаратуры: это были просто биоценозы в запаянных сосудах, куда помещались водоросли и бактерии, или водоросли и рыбы. В некоторых сосудах жизнь погибала, но в других устанавливались жизнеспособные биоценозы, которые можно было изучать. Разумеется, в таких случаях нельзя было заранее предвидеть, выживет сообщество или нет, и какую форму оно примет.

Искусственные биосферы, приближающиеся к полной замкнутости и пригодные для жизни человека, были впервые созданы красноярскими биофизиками. Наиболее известна система "Биос-3", где в начале и середине семидесятых годов проводились многомесячные успешные испытания с людьми в условиях высокой автономности. Три человека жили в этой системе до шести месяцев, хорошо себя чувствовали, и здоровье их тщательно контролировалось, в том числе их собственными измерениями. Эта система имеет сходство с земной биосферой, поскольку кислород, вода и пища восстанавливаются в ней с помощью растений. Возможность достаточно точно рассчитывать такие системы не представлялась заранее очевидной и была проверена в ряде экспериментов, что может оказаться существенным шагом в понимании глобальной экологии Земли. Результаты системы "Биос-3" и в других отношениях представляют общий биологический интерес, выходящий за пределы первоначальных задач космонавтики. По своей конфигурации "Биос-3" является прототипом варианта жизнеобеспечения лунной базы, представляющегося перспективным в настоящее время. Система была изолирована от внешней среды (хотя и были небольшие утечки); в ней имитировались обычные в космосе функции – снабжение извне энергией (электрическим током), охлаждение (водопроводной водой) и связь (телефонная вместо радиосвязи). Экипаж, как уже сказано, состоял из трех человек. Кроме экипажа, в системе находились растения, снабжавшие людей кислородом и растительной пищей, и микроорганизмы, входящие в обычную микрофлору человека, а также в микрофлору растений. Циркуляция кислорода полностью выполнялась растениями, причем качество атмосферы в течение всего эксперимента оставалось хорошим.

Идеальным уровнем химического замыкания было бы использование дополнительного человеку растения-регенератора, снабжающего человека всей необходимой ему пищей и кислородом и потребляющего все его отходы, как это изображено на рисунке 3.

Рис.3

Но, к сожалению, таких дополнительных человеку растений не существует. Приближение к полному замыканию можно обеспечить только с одновременным использованием ряда растений. До сих пор исследовались – теоретически и экспериментально – только системы жизнеобеспечения из небольшого числа организмов-регенераторов – микроводорослей, водородных бактерий и высших растений. Приемлемая схема жизнеобеспечения человека в замкнутой системе может выглядеть следующим образом:

Рис.4

В системе "Биос-3" регенерация осуществлялась высшими растениями. В принципе можно было бы держать в биосфере и животных, но эта проблема пока не решена. Пытались, например, приспособить к замкнутой системе козу, но она чувствовала себя плохо: скорее всего ей не хватало движения. Делали также опыты с моллюсками и рыбой. Содержание животных требует раз в десять больше энергии, чем выращивание растений: животные питаются растительной пищей, и получение пищи с помощью таких "посредников" дорого стоит. В природе это возможно благодаря даровой солнечной энергии, а в космосе получение энергии ограничено имеющейся техникой.

Чисто растительное питание в течение длительного времени невозможно, так как соотношение аминокислот в растениях не совпадает с их соотношением, необходимым для питания человека. У всех народов, даже питающихся преимущественно углеводами, имеются добавки мясной или молочной пищи. В системе "Биос-3" использовались запасы сушеного мяса и других животных продуктов, естественно, нарушающие замкнутость биосферы. При этом состав питания экипажа оказывается примерно таким же, как в повседневной жизни. Были предложения заменить мясо набором аминокислот, компенсирующим упомянутую разницу. Вес их составит около 30 – 50 грамм в сутки, что вполне подходит и в условиях космических рейсов. Эти предложения, впрочем. сомнительны с физиологической точки зрения.

При расчете питания людей принимались во внимание четыре основных элемента: углерод С, кислород О, водород Н и азот N, составляющие вместе 98% оборота элементов. При этом 75% приходится на три вещества – О, СO₂ и Н2О. Производительность растений по питанию рассчитывалась таким образом, чтобы удовлетворить потребности людей, при выбранном нормальном рационе. Вещества, выделяемые людьми, почти полностью возвращались растениям. Трудность представляли не употребляемые в пищу остатки растений (солома). В "Биос-3" солому сушили и откладывали. Ставились опыты сжигания соломы, чтобы получать углекислый газ для питания растений, но эти попытки не дали удовлетворительных результатов. Можно было бы окислять солому под давлением, получая из нее вещества, усваиваемые растениями. Если пренебречь небольшими не идущими в оборот остатками, то растения получали от людей те же вещества и в том же количестве, как доставляли их людям: это следует из закона сохранения вещества.

Система была незамкнутой по питанию в двух отношениях. Во-первых, часть биомассы растений (и небольшое количество сухих отходов человека) в конечном счете не использовались и откладывались; во-вторых, часть пищи бралась не от растений, а из запасов. Поскольку (как мы увидим) по дыханию была достигнута полная замкнутость, из закона сохранения вещества следует, что неиспользуемые отходы и используемые запасы пищи должны содержать в точности одно и то же количество всех отдельных элементов: в самом деле, добавляемая масса элементов должна быть равна выводимой из системы. Поэтому переход к полной замкнутости требует полного использования всех отходов растений. На станции "Биос-3" эта задача не была удовлетворительно решена. Лишь в последнее время были предложены более удачные способы обработки растительных отходов, позволяющие использовать их для питания растений.

С другой стороны, медики настаивали на сохранении в рационе экипажа принятого по медицинским нормам количества животной пищи. Вследствие этого, около 50 – 60% пищи бралось из запасов, и лишь 40 – 50% получалось от растений. Если удастся преодолеть трудности с остатками биомассы, то можно будет поставить эксперименты с вегетарианским питанием, дополненным, как уже было сказано, добавками аминокислот. Таким образом можно будет достигнуть замкнутости по питанию.

Но замкнутость по питанию не обеспечивает замкнутости по дыханию! Расчет дыхания производился по двум газам – СO₂ и O₂ (молекула кислорода состоит из двух атомов и записывается в виде O₂). Если даже люди и растения обмениваются элементами, поочередно возвращая их друг другу, как это следует из предыдущих условий, то они передают друг другу одно и то же число атомов, но не обязательно одно и то же число молекул, построенных из этих атомов. Для растений отношение числа потребляемых молекул СO₂ к числу выделяемых молекул O₂ называется ассимиляционным коэффициентом; для человека отношение числа выделяемых молекул СO₂ к числу потребляемых молекул O₂ называется дыхательным коэффициентом. Дыхательный коэффициент человека составляет, в зависимости от питания, 0,83 – 0,86; у растений же ассимиляционный коэффициент может быть различным: например, у пшеницы он составляет 0,92 – 0,94. Ясно, что пшеница и человек не могут находиться в равновесном газообмене. Но у масличных культур ассимиляционный коэффициент ниже, чем у пшеницы, поскольку, как мы видели, при синтезе жиров на молекулу СO₂ выделяется в полтора раза больше молекул кислорода, чем при синтезе углеводов, главным образом производимом пшеницей. Оказывается, существуют масличные культуры с коэффициентом ассимиляции меньше дыхательного коэффициента человека. Поэтому можно, присоединив к пшенице и овощам в надлежащих пропорциях масличную культуру, сделать ассимиляционный коэффициент такой комбинации растений равным дыхательному коэффициенту человека! Это важное условие позволяет человеку жить в замкнутой по дыханию системе с подобранными описанным образом растениями. Насколько нам известно, эта идея была применена только в Красноярске, где использовалось среднеазиатское масличное растение чуфа'. При этом получались также незаменимые для питания человека растительные жиры.

Особую проблему представляли микроорганизмы. Конечно, были приняты меры по устранению болезнетворных микробов, но трудность представляла сложная и плохо изученная микрофлора почвы, в естественных условиях выполняющая функцию разложения органических остатков. Поскольку эта микрофлора не поддавалась расчету, решено было вовсе устранить почву, выращивая растения гидропонным способом (в воде). Предполагалось, что в системе останутся лишь "постоянные спутники человека" – микроорганизмы, обычно живущие в его организме и выполняющие некоторые важные функции; их распространение вне организма не считалось опасным, и, как обнаружилось, при расчетах ими можно было пренебречь. Оставалась также микрофлора растений, которой также пренебрегали при расчетах. Таким образом, расчет газового обмена можно было проводить с небольшим числом хорошо изученных видов. Заметим еще, что в космических условиях важна экономия массы, также достигаемая отказом от почвы.

Для упрощения системы было выбрано всего несколько видов: пшеница, масличная культура чуфа (необходимость в жирах была уже объяснена выше!) и овощи. Все использованные растения были специально выведены "для космоса". Важно было, что они не нуждались в "ночном отдыхе"; например, при круглосуточном освещении пшеница давала урожай очень быстро, через два месяца после посева. Разумеется, применялись сильные лампы, поскольку не ставилась задача экономить энергию. Для питания растений применялась "гидроаэропоника", при которой корни растений периодически заливались питательной жидкостью. На одного человека в системе приходилось 14 кв.м. площади растений, что иллюстрирует возможности "компактизации" сельского хозяйства при использовании современных технологий. На все работы по жизнеобеспечению члены экипажа тратили в среднем два часа в сутки, так что у них оставалось достаточно времени для исследовательской работы.

В одном из проектов лунной базы с системой жизнеобеспечения, аналогичной системе "Биос-3", экипаж из двадцати человек обеспечивается компактным растительным звеном в форме цилиндра высотой 2м и диаметром 8м, довольно плотно заполненного растениями; этого будет достаточно для снабжения людей кислородом, растительной пищей и очищенной водой. В системе "Биос-3" не было необходимости детально следить за составом атмосферы, так как система была замкнута по дыханию. Если бы экипаж базы был ориентирован на "вегетарианский" рацион с коррекцией небольшими добавками животных аминокислот, что реально в космических условиях, то баланс питания также соблюдался бы автоматически и не требовал бы расчета, причем на человека понадобилось бы 25 кв.м площади растений (При этом не употребляемые в пищу остатки сжигались бы, или перерабатывались бы, как указано выше).

Для фотосинтеза растений требуется освещение; для полного жизнеобеспечения одного человека нужно около трех киловатт круглосуточной освещенности в соответствующем надобностям растений диапазоне. В среднем космосе такое количество света можно собрать с поверхности около 40 кв.м, а на Земле, где условия освещенности зависят от широты, можно указать ориентировочную величину в 200 кв.м. Для теплоотвода в системе "Биос-3" использовалась холодная речная вода, охлаждавшая снаружи элементы конструкции системы, на внутренней стороне которых конденсировалась вода из атмосферы системы. Как уже говорилось, в космосе проблема теплоотвода была бы сложнее.

Среди многих событий, случившихся в ходе экспериментов, упомянем небольшую "экологическую катастрофу". Сейчас экологи часто обсуждают проблему "озонных дыр": в тонком слое озона, расположенном в верхних слоях атмосферы и охраняющем поверхность Земли от вредного для жизни ультрафиолетового излучения, время от времени возникают прорывы –связанные с образованием вихрей в стратосфере и, возможно. также с техническим загрязнением воздуха. Лампы, использовавшиеся в "Биосе-3", так же как и Солнце, излучали не только видимый свет, но и ультрафиолетовый; вместо озонного слоя этот ультрафиолет экранировался специальными стеклянными оболочками на лампах. Однажды в оболочке одной из ламп возникла трещина (аналог озонной дыры!). В несколько часов ультрафиолет убил часть растений, и в системе начался рост углекислого газа. Испытатели сменили оболочку (закрыли "озонную дыру"), посадили новые растения и стали ждать, что произойдет дальше: выйдут ли растения в фазу активного фотосинтеза, или концентрация углекислого газа поднимется выше допустимой. В конце концов все обошлось: растения успели спасти положение, и через десять дней концентрация углекислого газа стала падать.

Система "Биос-3" была создана в Красноярске в конце шестидесятых годов и в начале семидесятых годов, в рамках советских космических программ; аналогичные установки затем испытывались в Москве, где баланса по атмосфере достичь не удалось, и в Соединенных Штатах, где дыхательный коэффициент растений был больше 0,9 и излишнее количество СO₂ поглощалось химически, а поглотитель удалялся. Аналог "Биоса-3" нигде не был осуществлен. В системе "Биос-3" испытатели находились до шести месяцев непрерывно.

Технология проектирования систем жизнеобеспечения для космических миссий должна быть тесно связана с типом миссии и ее длительностью. Например, для лунной базы, рассчитанной на длительное функционирование, вес системы не играет большой роли – часть компонент конструкции может составлять лунный грунт, а поставки оборудования с Земли делаются один раз. При этом желательно снизить ежегодные поставки на базу и, что значительно важнее, снизить вероятность гибели экипажа базы, поскольку космонавтика была и остается опасной профессией. При этом главная опасность связана с риском аварии во время старта и посадки на Земле и на Луне: по нынешней статистике, вероятность катастрофы при каждом старте с последующей посадкой составляет около двух процентов. Поэтому, чтобы по возможности уменьшить риск гибели людей, выгодно отправлять космонавтов на длительные сроки – около трех лет. Слишком затягивать эти сроки тоже опасно, поскольку возрастает усталость и вместе с нею вероятность ошибок. Выгодно устраивать на базе высокий комфорт, чтобы космонавты не так быстро уставали и могли дольше там оставаться.

Характерно, что при оптимизации безопасности требуется разная стратегия на уровне миссии в целом и на уровне отдельного космонавта. Если космонавт находится на базе, он уже не может отменить возвращение на Землю и связанный с этим риск. Находясь на базе, космонавт устает физически и психически, что увеличивает шансы заболеть по возвращении на Землю; следовательно, у него есть индивидуальные причины поскорее вернуться. Тем не менее, космонавта придется задерживать на будущей лунной базе на длительный срок (как и его нынешних коллег на станции "Мир"). Некоторой компенсацией служат престиж и увлекательность космонавтики. Но главную роль играет практическая причина – снижая частоту смены экипажа, тем самым снижают суммарный риск для миссии в целом.

Наряду с научно-инженерным подходом, осуществленным в красноярских биосферах, был предложен и испытан другой подход. Система, в которую Джон Аллен и его коллеги поместили восемь испытателей, называлась "Биосфера-2". Она не проектировалась как реальный прототип космических систем жизнеобеспечения близкого будущего, и работы велись вне рамок космических программ. Но при этом авторы проекта широко рекламировали создаваемую систему, как прообраз будущих поселений на других планетах. Их предприятие финансировалось частными лицами и стоило 162 миллиона долларов. Проектировщики этой системы исходили из философского представления, что система, по составу возможно ближе напоминающая земную биосферу, должна обладать способностью к самоорганизации, и что устроенный таким образом биоценоз будет пригоден для человеческой жизни.

Сооружение в пустыне Аризона, названное "Биосферой-2", имело высоту в 15 м и объем около миллиона куб.м (в три тысячи раз больше "Биоса-3"). Сверху "Биосфера-2" накрыта металлической конструкцией со стеклами, под землей – отделена от грунта листами нержавеющей стали. Эту систему не удалось полностью изолировать: было 5 – 7% обмена с атмосферой. Растения в "Биосфере-2" осуществляют фотосинтез за счет солнечного света. Поступающая солнечная энергия в конце концов переходит в тепло. Для охлаждения в системе имеется огромный подземный кондиционер, который также превращает в воду содержащийся в атмосфере водяной пар. Чтобы оболочка системы не разрушалась при изменениях атмосферного давления, в конструкции предусмотрен подвижный компенсатор разности давлений внутри и снаружи оболочки. Проектировщики "Биосферы-2" собрали вместе типичные компоненты земной биосферы: тропический ("дождевой") лес, саванну, океан с коралловым рифом, мелководное прибрежное море и агроферму. Всего в системе было около четырех тысяч видов животных и растений, а также восемь человек.

Если сравнить "Биос-3" и "Биосферу-2", то мы видим большие различия, и эти различия связаны не только с масштабами эксперимента. Еще до начала экспериментов в "Биосфере-2" оба подхода к моделированию биосферы были сопоставлены в дискуссии, происшедшей в 1989 году в сибирском городе Шушенское. Авторы проектов серии "Биос" и создатели "Биосферы-2" пришли к выводу, что их работы дают начало науке (для которой было принято предложенное американцами название "биосферика"). Но создатели "Биосферы-2" подчеркивали различие основных парадигм, в рамках которых планировались эти две системы. Если при создании "Биоса-3" господствовал научно-инженерный подход, в котором заранее рассчитывалась продуктивность всех звеньев, так что система строилась как "машина с биологическими блоками", о правильной работе которых надо думать человеку, то авторы "Биосферы-2" в огромной степени рассчитывали на самоорганизацию экологических систем из организмов, находившихся в их оболочке.

К числу достижений создателей "Биосферы-2" можно отнести агроферму с очень высокой безотказностью всех процессов и хорошей производительностью. Интересно, что эта агроферма давала заметно больший, с учетом ее размеров, вклад в рециркуляцию веществ в системе, в частности, в производство кислорода, чем "дикие" участки "Биосферы-2", такие, как тропический лес. Поэтому не нужно думать, что наше сельское хозяйство не играет важной позитивной роли в оздоровлении атмосферы планеты, и что на это будто бы способны лишь первозданные леса. Впрочем, в древесине леса целлюлоза и лигнин сотни лет остаются в неразложенном состоянии, что существенно снижает концентрацию углекислого газа в атмосфере. В этом отношении недревесные растения не могут заменить леса.

И все же, в целом эксперимент в "Биосфере-2" принято расценивать как неудачу. В нем не удалось достигнуть, как планировалось, устойчивого состояния системы с благоприятными, или хотя бы пригодными для существования человека условиями. Это может служить доводом против антитехнологических настроений, часто высказываемых в экологической полемике: в самом деле, высокотехнологичные варианты систем жизнеобеспечения человека нормально работают, а проект, в котором ставка делалась на "самоорганизацию природных процессов", не сработал. Сначала в "Биосфере-2" наблюдалось падение концентрации кислорода и повышение содержания углекислого газа, что скорее всего было связано с непредсказуемой деятельностью бактерий почвы. Мы уже видели на рисунке 1, какое особое соотношение кислорода и углекислого газа делает возможным совместное существование растений и человека. Стоит нарушиться этому соотношению (к счастью для нас, поддерживаемому биосферой Земли), чтобы окончательный вид возникающего при этом биоценоза – если он не вымрет – стал непригодным для человеческой жизни. Можно сделать и другие предположения о причине нарушения состава атмосферы: вероятно, вымерли некоторые виды, способные играть регулирующую роль, и во всяком случае произошли вспышки массового размножения некоторых сельскохозяйственных вредителей (тараканов и моли), уничтоживших часть урожая. Хотя дважды закачивали извне кислород, в конце концов значительное снижение концентрации кислорода сделало дальнейшее пребывание людей в системе невозможным.

Впрочем, не следует недооценивать значение эксперимента "Биосфера-2", доказавшего совсем иное, чем имели в виду его авторы. Этот эксперимент продемонстрировал, чего стоят надежды на "самоорганизацию природных процессов" без всяких интеллектуальных усилий с нашей стороны, столь характерные для современной цивилизации и выражающиеся в фанатической пропаганде так называемых "зеленых".

С другой стороны, система "Биосфера-2" может теперь рассматриваться как уникальный полигон для изучения возможностей ликвидации последствий экологических катастроф: если мы сумеем устранить последствия уже случившейся экологической катастрофы в "Биосфере-2", то получим поистине бесценные знания о том, каких усилий будет стоить восстановление земной биосферы в случае глобальной экологической катастрофы. Пожалуй, именно неудача эксперимента "Биосфера-2" делает этот проект, парадоксальным образом, важным, а продолжение работ в этой системе – крайне желательным для всего человечества.

Земля – космический корабль

В нынешнем критическом положении человеческой цивилизации экология играет важную роль, поскольку наиболее очевидный путь, на котором эта цивилизация может погибнуть, – это глобальная экологическая катастрофа. Естественно, в таком положении выдвигаются различные идеи, описывающие экологически безопасное будущее. По-видимому, их можно разделить на три группы, которые мы сейчас попытаемся изобразить.

Стационарная цивилизация. Один из представителей этой точки зрения, американец Фукуяма предлагает прекратить промышленную экспансию и остановить цивилизацию в том состоянии, которого она достигла во второй половине двадцатого века. Впрочем, он, кажется, считает, что такая остановка все равно произойдет, что бы мы ни делали. С этой позиции, достигнутый в Соединенных Штатах уровень цивилизации следует считать наилучшим возможным результатом истории. По этому поводу Фукуяма ссылается на Гегеля, который когда-то усматривал такой образцовый продукт истории в прусской монархии.

С экологической стороны такое предложение крайне опасно: при нынешнем состоянии природы отнюдь не ясно, останется ли она в равновесии, если не расширять ее эксплуатацию, а остановиться на нынешнем уровне, или даже снизить этот уровень. Мы уже запустили процессы, идущие независимо от нас, и природа вовсе не "успокоится" от того, что мы ее "оставим в покое". По всей вероятности, мы уже перешли рубеж, за которым регулирующие силы природы могут восстанавливать ее равновесие без нашего участия. Опыт "Биосферы-2" свидетельствует о том, как опасно полагаться в таких вопросах на "интуицию" и "здравый смысл"! Нужны обоснованные расчеты, постоянно сравниваемые с экспериментальными данными. Впрочем, стабилизация мировой цивилизации на уровне Соединенных Штатов неминуемо означало бы – при нынешних способах производства и потребления – экономическую и экологическую катастрофу.

Замкнутая цивилизация. Это проект "цивилизации замкнутых циклов", в принципе вовсе не эксплуатирующей природу, а почти запрещающей общение с ней. По предлагаемой идее, сфера цивилизации – которую можно назвать, несколько отступая от терминологии Вернадского, ноосферой – строго разграничивается с биосферой. Биосферу вообще не трогают, она сохраняется как парк для экскурсий и осторожного изучения. Ноосфера разбивается на замкнутые в себе промышленные комплексы, перерабатывающие собственные отходы и использующие их для производства новой продукции. Каждый человек тоже замыкает собственный метаболизм (что не очень понятно, если люди будут потреблять продукцию промышленности и будет разделение труда).

Как нетрудно понять, замкнутые промышленные комплексы должны потреблять энергию, взятую извне; в действительности, им понадобится значительно больше энергии, чем обычным предприятиям. Тем самым, они не могут быть замкнуты по энергии; предположим, что они получают солнечную энергию – экологически чистую и почти бесплатную, что вполне может стать возможным для наших потомков. Далее, если только ноосфера не будет разделена на изолированные части, то промышленные комплексы будут выдавать продукцию для использования вне их, и тем самым не смогут быть вполне замкнуты. По существу, вся ноосфера превратится в единое предприятие невероятной сложности. Расчет деятельности такого предприятия столкнется с очевидными трудностями, относящимися ко всем сложным системам: можно будет рассчитывать только некоторые из ее функций. Но тогда теряется преимущество предсказуемости, приписываемое замкнутым комплексам. Наконец, идея замкнутости вряд ли совместима с экспансией, а, напротив, воспитывает психологическую установку на стагнацию, точно так же, как и первый подход. Мы полагаем, что в этом отношении обе предыдущих концепции противоречат природе человека – активного существа, не способного остановиться в своем развитии.

Планета – космический корабль. При этом подходе замкнутой системой считается, следуя идеям В.И.Вернадского, вся Земля. Признается невозможность точного расчета всей этой системы. Выбираются параметры, за которыми надо следить; особенно придется следить за обменом масс, выделяя решающие ресурсы. Важно следить и за балансом энергии, не допуская перегрева Земли; в частности, чтобы предотвратить "парниковый эффект", придется отказаться от углеродных топлив. Делаются прогнозы на ограниченные промежутки времени, результаты которых сверяются с измерениями; в случае надобности, включаются новые параметры. В общем, человек берет на себя управление Землей.

Как можно думать, сравнительно небольшой расход материалов и энергии, не нарушающий равновесия Земли, позволит перейти к освоению космического пространства, где достаточно места для неограниченного развития.