Экзамен на разумность

Поставщиками кислорода для Камер составления воздушной смеси (2) и Камер промежуточного обогащения воздуха кислородом и удаления углекислого газа (6) является Блок водорослей (3), где происходит переработка углекислого газа в кислород (П-4, состоящий из O₂) с помощью устройств, в которых поддерживается жизнедеятельность биомассы культур простейших водорослей. (Аналогом подобных устройств является, к примеру, разработанная в России система «Биос».)

Углекислота может вводиться в автотрофно выращиваемые культуры водорослей различными методами. Наиболее распространенный способ — это подача углекислоты в виде газовоздушной смеси, осуществляющей, помимо снабжения водорослей источником углерода, функцию перемешивания культуры. Найденные применительно к условиям высокоинтенсивного культивирования хлореллы насыщающие и полунасыщающие концентрации CO₂ не превысили значений 1,6–1,7 % CO₂ в газовой фазе (35–40•10^-5 моля растворенной CO₂ на 1 л) при насыщающих интенсивностях света и плотности суспензии 600 млн. клеток в 1 мл.

Изучение зависимостей роста водорослей от условий показывает, что при наибольшей насыщающей интенсивности света продуктивность культуры в 4 раза выше при концентрации 1 %, чем при 0,25 % CO₂ и обратно: при одной и той же концентрации CO₂ продуктивность тем выше, чем выше интенсивность света. А чем выше продуктивность культуры, тем большее количество углекислого газа будет переработано в кислород.

Биомасса водорослей, получаемая при этом процессе, может быть использована как источник белка и физиологически активных соединений и идти как на корм сельскохозяйственным животным, так и непосредственно в питание человеку.

Табл. 3. Состав сухой атмосферы Земли (по объему)
Составляющая	Доли в единице объема	Молекулярная масса
N2	0,780840	28
O2	0,209476	32
Ar	9,34•10-3	40
CO2	3,14•10-4	44
Ne	1,818•10-5	20,2
He	5,24•10-6	4
CH4	2•10-6	16
Kr	1,14•10-6	83,8
H2	5•10-7	2
O3	4•10-7	48
N2O	2,7•10-7	44
CO	2•10-7	28
Xe	8,7•10-8	131,3
NH3	4•10-9	17
SO2	1•10-9	64
NO2	1•10-9	46
NO	5•10-10	30
CCl4	1,2•10-10	154
H2S	5•10-11	34
HBr, BrO	примерно 10-11	81; 96

Представляется естественным, что при составлении искусственной атмосферы ТБС не будет никакой необходимости в полном повторении состава земного воздуха, включая все микровключения. Состав искусственного воздуха может быть предположен следующим: N₂ — около 78 % (может варьироваться в сторону уменьшения за счет некоторого увеличения доли других компонентов), O₂ — 21 % (или более), Ar — 1 % и более. Для дальнейших расчетов в этой работе будет принят состав: N₂ — 78 %, O₂ — 21 %, Ar — 1 %.

Первичные расчеты показывают, что при переработке 1000 м³ марсианской атмосферной смеси (при «марсианских условиях» — м. у.), получим порядка 1,95 кг N₂ (27 м³ (м. у.)), 1,65 кг O₂

(20 м³ (м. у.)), 1,65 кг Ar (16 м³ (м. у.)), а также 104,75 кг CO₂ ((937 м³ (м. у.)).

На формирование воздушной смеси (состав: N₂ — 78 %, O₂ — 21 %, Ar — 1 %) объемом 1000 м³ (н. у.) потребуется порядка 975 кг N₂ (780 м³ (н. у.)), 300 кг O₂ (210 м³ (н. у.)), 18 кг Ar (10 м³ (н. у.)).

Для того, чтобы получить из марсианской атмосферы такое количество N₂, необходимо переработать порядка 500•10³ м³ атмосферной смеси.

Из этого объема при этом также будет выделено: 825 кг O₂, 825 кг Ar и 52375 кг CO₂.

При этом следует учитывать, что необходимость в постоянной подпитке ТБС компонентами для составления воздушной смеси извне будет значительно уменьшена за счет внутрисистемного восстановления отработанной воздушной смеси. Так, азот может внутри системы ТБС циркулировать очень долго и его количество будет лишь немного уменьшаться за счет вовлечения в круговорот азота в биогеоценозах Зоны растениеводства (8), а, изымаемый из системы вместе с отработанным воздухом, он может быть вновь выделен в Блоке газоразделительного оборудования (1) и снова вовлечен в круговорот воздуха. Кислород, перешедший в отработанном воздухе в состояние углекислого газа, может быть частично восстановлен в Зоне растениеводства (8) или полностью в Блоке водорослей (3). Также углекислый газ должен удаляться в Камерах промежуточного дообогащения воздуха кислородом (6), будучи связываем там восстановимыми химическими поглотителями (к примеру, ХПИ (химический поглотитель известковый) — Ca(OH)₂, окисью кальция и т. п.). Таким образом, кислород и углекислый газ будут переходить друг в друга внутри системы, азот также будет циркулировать в ней и подпитка ТБС из атмосферы должна оказаться относительно невелика по отношению к циркулирующим внутри системы воздушным потокам, компенсируя потери газов ТБС в окружающую среду.