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.