Проект «Устойчивость и управляемость экспериментальных замкнутых экологических систем жизнеобеспечения человека: анализ данных и математическое моделирование»

Соглашение № 23-44-00059 между Российским научным фондом, руководителем проекта и организацией о предоставлении гранта на проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований(в рамках конкурса 2023 года на получение грантов Российского научного фонда по приоритетному направлению деятельности Российского научного фонда «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами»)

Организация партнер: Пекинский университет авиации и космонавтики (BeihangUniversity), г. Пекин, Китай

Освоение ближнего, а затем и дальнего космоса может стать значимым для страны уже в обозримом будущем. Поэтому планы построения баз на Луне и Марсе обсуждаются в различных источниках и упоминаются в заявлениях ряда стран, а недавно подписано Российско-Китайское соглашение о совместном освоении Луны.

Но построение внеземной базы невозможно без надежного обеспечения ее автономности, минимальной зависимости от внешних поставок. Требованию автономности может удовлетворять только замкнутая экологическая система жизнеобеспечения (ЗЭСЖО), в которой воспроизводится ключевое, по В.И. Вернадскому, свойство земной биосферы –замкнутость круговорота вещества по трофическим цепям.

В настоящее время у Российской и Китайской сторон накоплен значительный объем экспериментальных данных по обеспечению жизни человека в замкнутых по круговороту вещества условиях. Впервые в мире пионерная система БИОС-3 была создана в Институте биофизики СО РАН в 1972 году. Главным результатом многомесячных уникальных экспериментов было доказательство осуществимости длительного поддержания жизни в условиях автономности и высокозамкнутого круговорота веществ. Подробно изучив методологию и российский опыт проведения экспериментов китайские ученые Пекинского

Аэрокосмического университета в 2014 году смогли провести первый в Китае 105 суточный эксперимент с экипажем из 3-х человек. ЗЭСЖО, которая получила название Лунный дворец 1 (Lunarpalace 1).

В результате вышеперечисленных экспериментов был получен огромный объем данных, содержащий в скрытом виде информацию о внутрисистемных взаимодействиях, определяющих динамику системы и ее реакцию на внешние воздействия. Часть этой информации представлена в соответствующих публикациях, однако для выявления общих закономерностей и построения унифицированного описания внутрисистемных взаимодействий нужна тщательный статистический и математический анализ первичных материалов исследования.

ЦЕЛЬ ПРОЕКТА:

Создание адекватного математического описания ЗЭСЖО, позволяющего делать надежный прогноз поведения системы в новых, ранее не исследованных, условиях.

ЗАДАЧА ПРОЕКТА:

Разработка унифицированного теоретического описания ЗЭСЖО (базы данных и основанной на ней математической модели), организующего результаты различных прошлых экспериментов в обобщенную форму, позволяющую теоретически рассчитывать стабильность и управляемость систем БИОС-3 и Лунный дворец-1, сравнить результаты расчетов с данными прошлых экспериментов и прогнозировать свойства и динамику будущих проектируемых высокозамкнутых систем.

РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОЕКТА

Аннотация полученных результатов в 2023 году

ИСПОЛНИТЕЛИ ПРОЕКТА:

Дегерменджи Андрей Георгиевич - руководитель проекта российского коллектива, академик РАН, д.ф.-.м.н.

Основные исполнители:

Барцев Сергей Игоревич, д.ф.-м.н., г.н.с.

Бархатов Юрий Валерьевич, к.ф.-.м.н., с.н.с.

Трифонов Сергей Викторович, к.б.н., зав. лабораторией

Yuming Fu – руководитель проекта китайского коллектива, associateprofessor

Основные исполнители:

Hong Liu, professor.

Dawei Hu, associate professor.

Jiajie Feng, associate professor.

ПУБЛИКАЦИИ:

Статьи в научных изданиях:

1. 1. Bartsev S., Degermendzhi A. (2023) The Evolutionary Mechanism of Formation of Biosphere Closure. Mathematics, 11(14), 3218. (ISSN 2227-7390, Scopus Q2);

2. 2. Degermendzhi A., Abakumov A. (2023) Control Factors for the Equilibrium Composition of Microbial Communities in Open Systems: Theory and Experiments. Mathematics, 11 (14), 3183. (ISSN 2227-7390, Scopus Q2);

3. 3. Барцев С.И., Дегерменджи А.Г. (2023) Замкнутые экологические системы: от биосферы к системам жизнеобеспечения и обратно. Вестник Российской академии наук. Т. 93, №9, с. 876-885. DOI: 10.31857/S0869587323090049, EDN: BAELSS (ISSN 0869-5873, ВАК)

4. 4. Семёнов Д.А., Дегерменджи А.Г. (2023) Математическая модель системы жизнеобеспечения на основе водорослей, замкнутая по кислороду и углекислому газу. Вавиловский журнал генетики и селекции. ;27(7): 878-883. (ISSN 2500-0462, ScopusQ3);

5. 5. Бархатов Ю.В., Ушакова С.А., Тихомиров А.А., Дегерменджи А.Г. (2023) Анализ динамики замкнутости массообменных процессов в экспериментальной модели биологической системы жизнеобеспечения // Журн. Сиб. федер. ун-та. Биология. 16(4): 522-535.EDN: YCIIZS (ISSN 1997-1389, Scopus Q4).

Статьи в научно-популярных изданиях:

«Завелся таракан, его оберегали… чуть ли не на руках носили — а его кто-то раздавил!» Журнал "Коммерсантъ Наука" №7 от 26.04.2023, стр. 53