Журнал СФУ. Биология / Моделирование газообмена в замкнутой экосистеме БИОС‑3

Полный текст (.pdf)
Дополнительные материалы
Приложение 1 (.zip, 33.6 Мб)
Номер
Журнал СФУ. Биология. 2025 18 (4)
Авторы
Салтыков, М. Ю.; Бархатов, Ю. В.; Фу, Ю.; Дегерменджи, А. Г.
Контактная информация
Салтыков, М. Ю. : Институт биофизики СО РАН ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» Российская Федерация, Красноярск; Бархатов, Ю. В. : Институт биофизики СО РАН ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» Российская Федерация, Красноярск; Фу, Ю.: Пекинский университет авиации и космонавтики Китай, Пекин; Дегерменджи, А. Г.: Институт биофизики СО РАН ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» Российская Федерация, Красноярск
Ключевые слова
математическое моделирование; замкнутые экосистемы; БИОС‑3; космическое применение; mathematical modeling; closed ecosystems; BIOS-3; space application
Аннотация

Создание биотехнологических систем жизнеобеспечения (БСЖО) невозможно без разработки их математических моделей, которые, в свою очередь, требуют верификации на имеющихся экспериментальных данных. Данная работа посвящена разработке математической модели газообмена в замкнутой экосистеме БИОС‑3 и ее верификации. Ключевой особенностью газообмена в экспериментах БИОС‑3 была высокая (1–2 %) концентрация углекислого газа в бытовом отсеке комплекса, находившаяся в квазистационарном состоянии в течение каждого из наиболее продолжительных экспериментов (1973 и 1978 годов). Это могло означать наличие в системе механизмов ее стабилизации. Однако наиболее очевидный механизм аутостабилизации за счет фотосинтеза растений при данных концентрациях не работает в силу выхода фотосинтеза в насыщение по углекислому газу, происходящее при концентрации 0,15 % для пшеницы и овощей. Было предложено два варианта объяснения аномальной концентрации углекислого газа в комплексе БИОС‑3: пространственная неоднородность газового состава и описанное в литературе явление ингибирования дыхания человека при концентрации углекислого газа, близкой к 1,5 %. Была создана компьютерная модель БИОС‑3, содержавшая оба предложенных механизма. Модель описывала взаимодействия между биологическими компонентами БСЖО: растениями и человеком. Уравнения и коэффициенты модели были определены на основе данных экспериментов на установке БИОС‑3. Проведены симуляции изоляционных экспериментов, показавшие возможность воспроизведения квазистационарной высокой концентрации в рамках обоих предложенных механизмов. Полученные результаты представляют ценность для разработки будущих систем БСЖО. В частности, показана важность контроля газообмена между отсеками комплекса.

Страницы
517–533
EDN
LPHZAS
Статья в архиве электронных ресурсов СФУ
https://elib.sfu-kras.ru/handle/2311/158027

Лицензия Creative Commons Эта работа лицензируется по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License (CC BY-NC 4.0).