Финальный отчет по проекту фотобиореактора 435nm. Биотехнологическая повесть с картинками

Введение

Данная статья подводит итоги проекта 435nm, в рамках которого за десять лет был создан прототип биологической системы жизнеобеспечения на микроводорослях.

В статье описана причина появления проекта, даны основные этапы его развития, рассказано о решенных и нерешенных технических, биологических и организационных проблемах, приведен список участников проекта на разных стадиях и намечены перспективы развития этого направления.

Цель написания этой статьи — поделиться нашим опытом создания фотобиореакторов для культивации микроводорослей и, если смотреть более широко, поделиться опытом инженерной работы в ранее неизвестной, биологической области.

В тексте встречаются местоимения “я” и “мы”. Я — это автор этого текста и руководитель проекта 435nm, Александр Шаенко, мы — это команда проекта 435nm.

Одноклеточные фотоавтотрофы и фанерные биореакторы, математические модели и кислородные концентраторы, кривые роста и поиски инвестиций, неудачные решения и великолепные открытия ждут вас!

Начнем же!

Причина появления проекта 435nm

Идея проекта с микроводорослями появилась во время паузы в проекте “Маяк” летом 2016 года. Проект “Маяк” — это про то, как мы с ребятами сделали спутник и запустили его в космос.

Летом 2016 года мы закончили собирать и испытывать спутник и задумались, а что же нам хочется делать дальше? “Маяк” для всех нас был дорогим хобби, которое не приносило денег, но довольно существенно отрывало нас от наших семей, поэтому всем хотелось, чтобы следующий проект все-таки приносил деньги и им можно было заниматься как нормальной, полноценной работой.

В то же время, частная космонавтика, к которой мы относили и разработку “Маяка”, скорее стагнировала, чем развивалась. Ни “Спутникс”, ни “Даурия” на наш взгляд, не показывали таких же выдающихся успехов, какие показывали наши зарубежные коллеги, а больше тогда, в 2016 году, частных спутникостроителей и не было. Поэтому мы решили, что становиться еще одной компанией, которая еле-еле будет делать спутники, мы не хотим.

Однако, заниматься космонавтикой нам хотелось. Лично мне хотелось заняться чем-то, что поможет появиться практическим дальним космическим полетам. Тогда, в 2016 я написал манифест, в котором постарался для самого себя сформулировать то, что нужно сделать для того, чтобы люди смогли на самом деле осваивать космос, а не крутиться десятилетиями вокруг Земли.

И в том же году, летом, я познакомился с Маргаритой Александровной Левинских, доктором биологических наук, ученым секретарем Института медико-биологических проблем РАН, которая занималась в советское время созданием биологических систем жизнеобеспечения на микроводорослях.

До этого знакомства я считал, что хлорелла и космонавтика совмещаются только в фантастических рассказах. Ее, хлореллы, практическое применение — это такие же выдумки как гиперпространство и телепортация. Однако пообщавшись с Маргаритой Александровной и, самое главное, прочтя книгу, что она подарила, я понял, что это не фантастика и фантазии, а реальная технология создания условий для жизни в космосе, технология, в создание которой вложили труд серьезные коллективы и при этом добились успеха. Книга потрясающая, настоятельно ее всем рекомендую. Г. И. Мелешко, Е. Я. Шепелев «Биологические системы жизнеобеспечения (замкнутые экологические системы)».

В этой книге я впервые столкнулся с термином “биологические системы жизнеобеспечения” или БСЖО. Я был очень впечатлен! Очень-очень! Созданная и управляемая человеком биосфера!

Тем не менее, сразу после моего прочтения книги мы не решили однозначно заниматься именно БСЖО. Да, это тема очень интересная и перспективная, да, микроводоросли, оказывается, используются и продаются уже сейчас на Земле, но все-таки это биология, а мы-то инженеры. Никто из нас никогда чем-то подобным не занимался.

Поэтому собравшись вместе осенью 2016 года, мы обсуждали в первую очередь такие технические проекты:

1.Система пассивной радиолокации. Построение динамических трехмерных моделей окружающего пространства и подстилающей местности за счет приема отраженных радиосигналов известной структуры типа GSM, LTE, Wi-Fi, ГЛОНАСС/GPS/Beidou/Galileo.  

2. Создание крупногабаритной пневматической раскрывающейся отверждаемой в полете антенны.

3. Исследование методов орбитального производства космических аппаратов.

И хлореллу тоже обсуждали, да.

4. Фотобиореактор для размножения хлореллы. Выращивание хлореллы как пищевой добавки и сырья для биосинтеза с себестоимостью в два раза ниже существующей за счет оптимизации конструкции фотобиореактора.

Это цитаты из презентации для встречи “постМаяк”, где мы с ребятами обсуждали наши дальнейшие творческие планы.  

Разрабатывать мы стали первый и последний пункты. На память о пассивной радиолокации у меня на полке стоит фундаментальный труд Карутин С. Н., Власов И. Б., Дворкин В. В., «Дифференциальная коррекция и мониторинг глобальных навигационных спутниковых систем», а у электронщика Ильи Тагунова, наверное, где-то пылится SDR-приемник и простейшая GPS-антенна. Дальше этого дело не пошло, потому что простейший фотобиореактор оказалось возможным сделать самостоятельно, только по книжке ИМБП и статьям в интернете.

Можно сказать, что тогда, осенью 2016 года, после создания первой установки с прозаическим названием 200 и началась история проекта 435nm.

Весной 2017 года началась подготовка к отправке “Маяка” на Байконур, летом — предстартовая подготовка и пуск, потом разбор аварии, осенью — повторные испытания и написание отчета, и, наконец, в декабре 2017 года проект “Маяк” завершился.

Настало время заняться микроводорослями.

Начало проекта

Самое начало проекта 435nm описано в статье начала 2018 года. Там сказано о том, в чем состоит проблема жизнеобеспечения при дальних космических полетах, как в ее решении могут помочь микроводоросли, а еще написано, что мы сделали простейший фотобиореактор, ФБР (устройство для выращивания фотосинтезирующих микроорганизмов), получили некалиброванные данные о том, как ведет себя культура в установке, оценили продуктивность культивации (чрезмерно пессимистично, кстати) и наметили пути дальнейшей работы. Статья короткая, можно легко прочесть ее целиком.

Почему у нас так легко получилось? Думаю, что основная причина в том, что мы, по совету старших товарищей, взяли действительно живучий организм. Для хлореллы легко создать условия для роста, ее сложно убить, для обеспечения ее жизнедеятельности нужна была очень простая автоматика.

Тогда же в начале 2018 года мы начали готовить и в феврале запустили краудфандинговую кампанию на проект 435nm. По итогам кампании тоже вышла статья. Цитирую ее.

Кампания для проекта продолжалась с 8 февраля по 29 марта 2018 года и собрала 407 001 рубль при требуемых 400 000 рублей.

На собранные деньги мы начали закупать оборудование для испытаний светодиодов, арендовали рабочее место в прекрасной Лабе.Спейс, которая тогда располагалась в самом центре Москвы, в доме 13с20 по улице Мясницкой. Это был прекрасный подвал, прекрасные коллеги и много интересной работы!

Конструкция фотобиореактора

Как выяснилось из общения с коллегами из ИМБП, для того, чтобы микроводоросли быстро росли, а значит быстро поглощали углекислый газ, и быстро вырабатывали кислород, им нужно создать для этого правильные условия.

Как и любому фотосинтезирующему организму, микроводорослям нужен свет, углекислый газ, вода и некоторое количество минеральных солей и микроэлементов. В природе обычно всего этого есть немного, поэтому рост культуры происходит медленно. От начала роста до его окончания могут проходить дни и недели. Так как при этом идет фотосинтез, то кислород неизбежно выделяется, однако его “урожай” с единицы объема культуры небольшой.

На Земле, где есть огромные океаны, Великие озера или лужи на худой случай, нужное для жизни живых существ количество кислорода создается путем огромного объема “культуры”, огромного количества воды для микроводорослей, где они потихоньку фотосинтезируют.

Кстати, масса выращенной культуры, масса поглощенного углекислого газа и масса выработанного кислорода линейно связаны между собой. Чем больше что-то одно, тем больше и два других параметра. Так что дальше будет идти речь в основном о массе выращенной культуры.

В космическом полете или на планетарной базе места будет не очень много и поэтому нужно сделать так, чтобы с единицы объема культуры получалось как можно больше биомассы и кислорода.

Как можно больше — это понятно. А сколько нужно?

На этот вопрос отвечает наш российский  ГОСТ Р 50804-95 «Среда обитания космонавта в пилотируемом космическом аппарате. Общие медико-технические требования». Согласно ему, человеку нужно примерно 1 кг кислорода для дыхания в сутки, при этом он выдыхает примерно 1 кг углекислого газа. Числа примерные, в ГОСТ есть точные, но по порядку примерно килограмм и того, и другого.

Так вот, если мы хотим перерабатывать весь воздух для одного человека с помощью микроводорослей, то нам нужно поглощать килограмм углекислоты в сутки. Если в нашей луже культура микроводорослей объемом 1 литр поглощает 1 мг CO₂ в сутки, то таких луж нам нужно очень много!  

Следовательно, для создания компактного фотобиореактора нужно придумать способ получения большого “урожая” биомассы с единицы объема.

Логично предположить, что для того, чтобы микроводоросли росли быстро, им нужно дать много света. Но, как выяснилось из экспериментов старших коллег, если мы просто дадим в фотобиореактор много света, то культура умрет. И это “много”, как выяснилось, относится не только к свету.

Оказывается, для того, чтобы “разогнать” культуру, нужно одновременно повышать и интенсивность освещения, и температуру среды, и концентрацию углекислого газа. При некоем оптимальном сочетании параметров рост культуры может пойти очень-очень быстро, на порядки быстрее чем в природе. Это такой своеобразный биохакинг микроорганизма.

Для такого биохакинга нужные специальные установки с большим количеством света, высокой концентрацией питательных веществ в воде и углекислоты в газовой смеси. Один из наиболее прогрессивных фотобиореакторов, “Сирень”, был создан в СССР во время совместной работы ИМБП и Института физиологии растений (ИФР) РАН. Эта установка и ее основные параметры хорошо описаны в книге Цоглин Л.Н., Пронина Н.А. “Биотехнология микроводорослей”.

Идея “Сирени” заключалась в том, чтобы выращивать культуру в тонких слоях, обеспечивая ее интенсивное перемешивание и подачу углекислого газа в высоких концентрациях.

Главный для нас параметр “Сирени”, удельная продуктивность, составлял порядка 15 грамм сухой биомассы в литре установки в сутки. Это означает, что масса высушенных клеток хлореллы, которые вырастали в сутки в каждом литре установки, составляла около 15 грамм. Это и сейчас очень много, а в 1960-х это был настоящий прорыв. В большинстве современных публикаций по микроводорослям типичные продуктивости до 5 г/л в сутки.

С учетом того, что для выращивания 1 грамма биомассы требуется около 1,8 грамм углекислого газа, то для поглощения килограмма углекислоты и выработки килограмма кислорода требуется порядка 40 литров интенсивно растущей культуры.

На основе трех “Сиреней” был создана установка с гермообъемом, в котором находился испытатель, при этом воздух для его дыхания и питьевая вода для него очищались с помощью микроводорослей, а их биомасса частично использовалась в пищу.

Однако у такого подхода был ряд существенных недостатков, самый важный из которых — огромное потребление электроэнергии. Для работы трех “Сиреней” и обеспечивающих их систем требовалось непрерывно подавать в установку порядка 45 кВт. Это невероятное количество электричества в основном требовалось для работы системы освещения, построенной на основе ксеноновых ламп ДКСТВ-6000, мощных, но обладающих низким КПД. Кроме того, установка требовала постоянного присутствия операторов, обеспечивающих ее работу.

Выяснив это в 2016 году, мы решили, что современные светодиоды смогут заменить ксеноновые лампы, а людей-операторов смогу заменить микроконтроллеры и ПК.

Кроме того, я почитал об устройстве фотосистем растений, таких специальных белках, “принимающих” и “переваривающих” излучение, и подумал, что вместо белого света, который дает Солнце или лампа накаливания, можно использовать узкополосные и поэтому более эффективные источники излучения.

Почему?

Дело в том, что по литературным данным, хлорофилл в зеленых растениях эффективно поглощает излучение в синей и в красной частях спектра.

Вот спектр поглощения, который мы получили не просто из литературы, а прямо из колбочки с нашей собственной культурой хлореллы (тогда мы считали, что у нас хлорелла). 

По опыту своих предыдущих проектов я знал, что лучше всего экспериментально подтвердить данные, от которых зависит очень многое. Для примера на рисунке ниже спектр поглощения хлорофилла а.

Видно некоторое сходство и некоторое различие, есть пики в синей и красных частях спектра, но при этом они разные по ширине.

Я посчитал, что нужно светить в синей части спектра, потому что в мире серийно производятся и продаются синие светодиоды с высоким КПД, которые как раз и светят узкополосно там, где узкополосно поглощает хлорелла. Исходя из этого, мы назвали наш проект 435nm в честь первого пика поглощения хлорофилла а в зеленом растении.

Еще одна вещь, которую мы решили с самого начала — это сделать нашу установку автоматической. Позволить себе сидеть рядом с ней сутками напролет мы не могли, поэтому мы сделали управление и телеметрирование ее работы при помощи микроконтроллеров.

Итак, мы решили делать наш фотобиореактор по мотивам “Сирени”, но на новом технологическом уровне, с использованием светодиодов и автоматики. И записали все это в техническом задании. Замечу, кстати, что первый реактор, описанный в статье, делался “творческим” путем, безо всякого ТЗ.

Тесты светодиодов

Еще в процессе краудфандинга мы решили все-таки проверить мою гениальную догадку про синие светодиоды и попробовать экспериментально проверить скорость роста культуры на светодиодах разного спектра.

Сейчас, с высоты полученного опыта, те наши опыты выглядят наивными. Там не было подачи углекислого газа, измерения оптической плотности проводились путем выливания содержимого колб и заливки обратно, излучение разного спектра смешивалось. В общем, не удивительно, что ничего вразумительно мы не получили. Ничего вразумительного, кроме красивых картинок.

Названия установок

Перед началом рассказа о наших фотобиореакторах нужно рассказать, почему они так назывались. Уже упоминался реактор 200, дальше будут упоминаться и другие. Почему они называются так?

В самом начале практической работы над проектом я придумал схему обозначений установок вида X0Y,

где

X – номер используемой идеи,

0 – ноль, просто ноль для разделителя,

Y – номер этапа разработки идеи.

Потом обозначения усложнились до вида X0Y.Z,

где

Z — номер модификации этапа.

Всего были так или иначе реализованы следующие установки.

Реактор 100. Красно-синие светодиодные ленты, погружаемые в аквариум в запаянных силиконовых трубках.

Реактор 200. Красно-синие светодиодные ленты, погружаемые в цилиндрический сосуд в таких же запаянных трубках. Именно его фотографии есть в статье.

Реактор 300. Нереализованная практически идея светить в толщу культуры синими лазерами либо непосредственно, либо через световоды.

Реакторы серии 400. Разного рода вертикальные кюветы, за пределами которых располагается мощный источник излучения.

В апреле 2018 года был придуман простой план, согласно которому самая первая, упрощенная установка будет называться 401, вторая, уже полноценная, — 402, а та, что будет строиться для дыхания человека — 403. В том апреле казалось, что к зиме 2018-2019 годов мы все успеем.

Как молоды мы были, как верили в себя!

Фотобиореактор 401

Итак, посчитав, все-таки, что делать нужно на синих светодиодах, мы начали по созданному ТЗ проектировать реактор 401. Вот так мы его видели.

Его смысл был в том, чтобы проверить, что синий свет можно действительно использовать для роста культуры. Автоматизация там была очень простой. Просто светим в светопрозрачную тонкую емкость и смотрим как ведет себя культура.

В апреле 2018 года проектирование установки 401 завершилось, и в мае начались ее изготовление и сборка.

Что же мы тут видим?

Для этого реактора мы решили сделать сверхмощный управляемый светильник с длиной волны излучения 435 нм, который потреблял бы из сети до 300 Вт и мог управляться по RS-485. И мы его сделали!

На работающие диоды нельзя было смотреть, вблизи они прожигали бумагу и страшно грелись. С ними проблем не было. 

Проблемы оказалась в том, что красивый, продуманный, аккуратный корпус реактора, в котором нет застойных зон и в котором должна себя отлично чувствовать хлорелла категорически протекает! И как бы я не старался его уплотнить, о, а я старался, очень сильно старался, он все равно протекал.

К августу 2018 года фотобиореактор 401 был собран и признан неудачным, так как культивацию в нем запустить не удалось. Тогда же начались работы по следующей установке, 402.

Серия фотобиореакторов 402

Идея установки 402 заключалась в том, чтобы на малом объеме суспензии проверить все идеи, необходимые для большой, “человеческой” установки 403. В первую очередь, интенсивную культивацию и полную автоматизацию.

Признаться, после относительного успеха установки 200 я был наивно уверен, что в наших силах сделать реактор 402 сразу работающим как нужно, поэтому не дожидаясь не то что его нормальной работы, а даже и окончания проектирования, я попросил коллег начать проектировать для него, реактора, корпус.

Вот так мы видели всю установку.

Сразу после начала проектирования мы начали отрабатывать отдельные узлы на макетах. Например, выдвижное крепление пластины с суспензией и блока светодиодов. А также всякие разъемы и приводы.

Как водится, установка 402 получилась с неимоверно огромным расхождением с ТЗ. Поэтому и корпус, и разъемы, и приводы, которые должны были использоваться в ней, пришлось выкинуть.

Тут уместно задуматься о том, почему так получилось. На мой взгляд, получилось так, потому что ТЗ мы писали не очень разбираясь в том, что мы делаем. Мы в первый раз проектировали такую технику, поэтому написали в требования то, что реально реализовать не получилось. Отделить то, что реально, от того, что нет, вышло только в ходе настоящей практической работы. Именно тогда стало понятно, что автоматическую мойку реализовать не получится, что датчик уровня pH на текущем этапе не нужен и что кислотность регулировать не нужно.
Сейчас это тоже выглядит наивно. Условно, мы начали пришивать пуговицы еще не выкроив пиджак. 

Финальная версия, которая нас полностью удовлетворяла и на которой мы в итоге получили нужную нам скорость роста, выглядела совсем иначе. Вот так.

Как нетрудно понять из названия установки, получилась она далеко не сразу. Только третий вариант стал делать то, что нам было нужно. С конца 2018 по апрель 2019 года сменилось множество вариантов и подвариантов, и подподвариантов установки 402.

В мае 2019 пошла сборка именно той установки, что в итоге дала нужные результаты, установки 402.3. Она заработала тоже не сразу, достраивалась, модернизировалась и увидела “первый свет”, как говорят в астрономии, только в мае 2020 года. Именно тогда в ней удалось получить стабильно растущую культуру.

Вот как выглядела кривая роста в том историческом уже запуске.

Видна характерная S-образная форма: лаг-фаза, когда скорость роста минимальная, это примерно первые 12 часов от запуска, фаза экспоненциального роста, где скорость постепенно увеличивалась, примерно до четвертых суток, фаза замедления, где скорость начинает уменьшаться, примерно до шестых суток, и фаза стационарная, где культура перестает расти, до седьмых суток. Все красиво, все как по учебнику.

Нехарактерные для учебника зубцы для кривой роста — это моменты долива в культивационную емкость воды для компенсации испарившейся. В эти моменты плотность немного проседает.

В запуске №1, который начался 19 мая 2020 года и закончился 26 мая 2020 года мы смогли получить максимальную скорость роста культуры менее 1 г/л в сутки. Это более чем на порядок меньше, чем давала легендарная “Сирень” в ИМБП.

Но мы не унывали, продолжали совершенствовать и саму установку, и схемы ее подготовки к запуску и алгоритмы культивации, и многое другое, и вот 28 октября 2020 года с 00:05 по 22:41 провели запуск №19, в котором мы смогли превзойти показатели “Сирени”!

Вот кривая роста запуска №19.

Все основные этапы на этой кривой такие же, как и на кривой запуска №1, только занимает весь процесс всего сутки вместо недели.

Непрерывная линия — это множество автоматических измерений с датчика оптической плотности (ДОП), встроенного в реактор, пустые кружки — данные измерения сухого веса проб культуральной жидкости, взятых из реактора. По данным ДОП максимальная скорость роста составила 16,1 г/л в сутки, по сухому весу — 18,0 г/л в сутки.

Через четыре года после начала проекта мы смогли превзойти показатели “Сирени”! Ура!

Теперь самое время рассказать о проблемах которые нужно было решить для того, чтобы это все получилось.

Проблемы при создании установки 402.3 и их решения

Герметичность

Самое сложное на первом этапе было обеспечить герметичность. Герметичность всего: соединений трубок, различных разъемов, самой емкости реактора, электромагнитных клапанов в закрытом положении и т.д, и т.п.

Судя по всему, никто из тех нас, кто занимался проектом на этом этапе, не погружался так глубоко в сантехнику, как было нужно. Поначалу мы использовали соединения резьбовых штуцеров и жестких ПВХ-шлангов без фум-ленты. Собирали емкость реактора из оргстекла без силиконовых прокладок. Использовали 3D-печатные детали с низким заполнением.

Сейчас, это, конечно, смешно и грустно, но тогда постоянные утечки создавали такой ворох проблем, что я ощущал себя котиком из известного мема.

На наше счастье, все эти проблемы были решены и реактор 402.3 смог нормально отработать во благо космического будущего Человечества. 

Культивационная емкость реактора 402.3

Первым вариантом светопрозрачной емкости для ФБР 402 была емкость от ФБР 401: вертикально расположенная кювета овальной формы, собранная из нескольких листов оргстекла, стянутого винтами.

С ней все было хорошо, но она протекала и в нее было проблематично заводить пневмо и гидромагистрали. Сейчас, наверное, я бы не делал радиальных каналов от внутреннего объема емкости, а поставил бы гермовводы или штуцеры перпендикулярно плоскости емкости, но все равно, проблем с протечкой это бы не решило. Впрочем, как выяснилось на следующем варианте емкости, эти проблемы были не единственными.

Следующий вариант емкости представлял собой тоже вертикальную кювету, но большего размера и немного другой формы.

Это были тоже листы оргстекла, но потолще, и тоже стянутые кучей болтов. Между оргстеклом помещалась эдакая буква О из маслобензостойкой резины. Ввод пневмо и гидромагистралей проводился через боковую поверхность этой буквы О.

Первые запуски, например №1, были проведены именно в этой емкости, но потом, по мере увеличения интенсивности света стало понятно, что оргстекло с двух сторон обеспечивает слишком низкий теплосъем, и мы решили заменить с одной стороны оргстекло на лист тонкой нержавейки. Получилось вот так.

На рисунке видна тыльная сторона емкости из нержавейки, резиновая черная буква О, передний прозрачный слой оргстекла, внутренняя арматура и ласкающие взор 60 винтов, стягивающие все это вместе.

Именно из-за этих шестидесяти винтов мы и назвали этот вариант “БДСМ-реактором”. 

Для того, чтобы очистить полость реактора после культивации, нужно было раскрутить все винты, затем промыть все стенки и арматуру, поставить винты обратно и аккуратно, крест-накрест, затянуть их, чтобы соединение получилось герметичным. Увлекательное приключение на несколько часов! 

Чуть позже я расскажу, что мы придумали, чтобы обойтись без этого, но сейчас замечу, что наши первые рекордные запуски происходили с этим прекрасным шестидесятивинтовым изделием. 

Схема стерилизации

Уважаемые коллеги из ИМБП еще в 2016 году предупредили нас, что мыть емкости реактора мылом не нужно. Нужно промывать их неким стерилизующим раствором, например, спиртовым.

На первых реакторах так мы и делали, но уже после первых запусков установки 402.3 оказалось, что недостаточно просто заливать спирт в емкость, где была культура. Живые и мертвые клетки намертво приставали и к маслобензостойкой резине, и к нержавейке, и к оргстеклу. Для того, чтобы их удалить, приходилось разбирать емкость, механически удалять налет, собирать емкость обратно и только потом стерилизовать.

В первые запуски все получалось нормально, но постепенно, от запуска к запуску, продуктивность установки снижалась до тех пор, пока культура совсем перестала расти. Девушки студенты-биологи перепробовали много идей, например, тщательнее мыли колбы для культивации и тщательнее готовили среду, но у нас так ничего и не получилось, культура не начинала расти.

Коллеги из ИМБП удаленно помочь нам никак могли, а нейросеток тогда, в 2019 году, не было, и мы решили искать нам взрослого микробиолога в штат.

Наш биолог Павел Щербаков

Я хотел найти микробиолога, так как не думал, что реально найти специалиста именно по микроводорослям, но внезапно на наше объявление на biomolecula.ru откликнулся именно микроальголог, который всю свою научную карьеру занимался именно микроводорослями. Этого замечательного человека зовут Павел Щербаков.

Павел приехал к нам лабораторию, внимательно посмотрел на наши бутылки из-под минералки, в которых ждала загрузки в фотобиореактор культура, как мы тогда считали, хлореллы, на нашу установку, на наши трубочки, на все вообще, и сказал, что теперь мы будем стерилизовать все это раствором перекиси водорода.

И, о, чудо, все заработало! Но, о, ужас, недолго! Через несколько запусков продуктивность снова упала до нуля.

Тогда Павел снова подумал и мы перешли на ту схему стерилизации, что используем сейчас уже целых шесть лет. Мы используем кипящую дистиллированную воду, которую заливаем “до упора” во всем возможные емкости реактора и выдерживаем ее до остывания до комнатной температуры. От присохшей культуры это не спасает, но очищенные поверхности “стерилизует” неплохо. Это, конечно, не настоящая стерилизация, но для наших целей подходит прекрасно.

Процедура запуска установки

Неочевидный для нас, небиологов, вопрос правильной концентрации культуры при запуске реактора.

В самый первый раз в установке 200 я нагрел питательную среду до 36°С, включил свет и залил в реактор чайную ложечку культуры. Тогда я думал, что создал для нее идеальные условия, и она как вирус гриппа захватит все возможное жизненное пространство. Но нет, она просто сварилась.

Экспериментальным образом мы выяснили, что нужно наливать в начале достаточно много культуры, концентрация должна быть не менее 0,5 — 1 г/л.Естественно, чем больше, тем устойчивее будет проходить запуск. Также не нужно сразу после запуска врубать свет на максимум и подогревать среду. От всего этого неожиданного богатства культура тоже легко умирает.

Оказалось, что самый лучший вариант — залить плотную культуру в установку, включить подачу газовой смеси, слабый свет и не включать нагрев. Какое-то время культура будет находиться в лаг-фазе практически с нулевым ростом, плотность может даже упасть, но если все получилось, то часов через восемь-двенадцать плотность начинает увеличиваться. И тогда уже можно включать максимум света и нагрев до “крейсерской” температуры.

Подача углекислого газа и датчик CO₂

В прекрасной книжке Мелешко и Шепелева был показан график зависимости скорости роста культуры в зависимости от концентрации CO₂ в поступающей в культивационную емкость газовой смеси. На этом графике была полка на 5%.

Но по началу я, признаться, не придавал подаче углекислого газа большого значения, решил, что можно начать и без него. И первые запуски действительно прошли без подачи высоких концентраций CO₂. Без него скорость роста у нас не превышала 1 г/л в сутки и культивация растягивалась на неделю и больше. Павел объяснил, что без углекислоты лучше не будет, поэтому мы стали делать отдельную систему подачи с обратной связью по датчику CO₂.

Для регулирования решили использовать возможность электромагнитного клапана открываться и закрываться за доли секунды. Клапан мы поставили после редуктора баллона с CO₂. После клапана углекислый газ смешивался с атмосферным воздухом, который подавал компрессор, а дальше уже стоял инфракрасный датчик CO₂. Софт регулировал количество коротких импульсов клапана в секунду по объемной концентрации углекислоты в газовой смеси после смешения. Как сейчас помню, переменная в коде называлась N_pshiks.

Все довольно быстро заработало, но оказалось, что при непрерывной работе наш датчик CO₂ раз в сутки перекалибровывается. На графике его показаний это выглядит как падение уровня, например, с 45 000 ppm до 410 ppm за один дискрет времени. Сразу после обнаружения этого эффекта (или дефекта) мы перетрясли всю систему и только потом заглянули в документацию к датчику, нашли там пункт про перекалибровку и запретили ее. Дальше все заработало как часы. Сама перекалибровка выглядела вот так.

Измерение уровня среды в культивационной емкости

Еще одна любопытная задача возникала при длительной работе установки. При подаче газа в жидкость происходит ее, жидкости, испарение. В случае нашей суспензии с микроводорослями из раствора солей в воде, в которой плавают клетки, испаряется вода. Это приводит к тому, что условия культивации меняются, меняется плотность культуры не за счет деления клеток, а за счет общего уменьшения объема. Еще из полости реактора вылетают брызги и выползает пена.

Одним словом, воду в реактор нужно доливать. Но как узнать сколько? Как измерять уровень жидкости в тонкой емкости, в которой плавает живая, липкая культура клеток?

Перепробовали мы много методов. Датчики емкостные, оптические, поплавки с отводами, но все было не то. 

И вот кому-то из нас пришла в голову идея измерять не объем, а массу жидкости! Это была гениальная идея! Неинвазивный, оперативный, точный способ измерения. 

Мы подвесили культивационную емкость на двух тензодатчиках, замерили сухую массу корпуса и из показаний веса стали получать массу суспензии. Соответственно, оперативно получая показания с датчиков, можно организовать слив заданной пользователем массы, сделать автоматический долив и т.д.

Датчик оптической плотности

Отдельная веха нашего проекта, даже, наверное, один из его ключевых элементов — это автоматический датчик оптической плотности (ДОП).

Что это такое и почему он очень важен?

Оптическая плотность (ОП) — это степень ослабления излучения при прохождении или отражении от какой-то среды. Мы увидели в публикациях, что важный для культуры параметр, массу ее сухого вещества в единице объема, измеряемую, например, в граммах на литр, можно получить, измеряя оптическую плотность культуры. В статьях, например, в этой, пишут, что связь между ОП и плотностью в г/л линейная.

Отталкиваясь от какой-то аналогичной статьи мы с Ильей Тагуновым решили сделать датчик оптической плотности на основе датчика мутности воды от посудомоечной машины. Выглядел исходный датчик примерно вот так.

Принцип работы датчика очень простой. Пластиковые рожки окунаются в измеряемую жидкость, которая просвечивается с помощью светодиода, который располагается в одном из рогов. В другом роге располагается фототранзистор, который принимает излучение, прошедшее через измеряемую жидкость и частично поглотившееся.

Датчик выдает некие абстрактные единицы интенсивности, которые получаются при аналоговых измерениях или после оцифровки аналоговых показаний АЦП. Для того, чтобы получать не у.е, а количество клеток культуры в единице объема или массу сухой биомассы в единице объема, нужно подготовить набор образцов с известными количествами клеток или массами, например, определенными с помощью камеры Горяева или с помощью проб на сухой вес. Далее для этих образцов нужно провести измерения оптической плотности, получить условные единицы и, сопоставив их с  известными физическим единицам, построить калибровочную кривую.

Примерно все это имея в виду, мы хотели оперативно получать информацию о состоянии культуры без участия человека. Мы логично рассудили, что оптическая плотность будет оперативно реагировать на внешние воздействия на культуру. Например, если стало слишком много света и культура стала погибать, то плотность снизится. Температура стала более близка к оптимальной — культура стала расти, плотность увеличилась.

С помощью такого датчика можно получать информацию, необходимую для оперативного и автоматического процесса культивации. В общем, совершенно нужная и полезная в хозяйстве вещь.

С этими рассуждениями мы предприняли множество итераций конструкции нашей собственной версии датчика. Текущий нас не устраивал своим узким динамическим диапазоном и дрейфом показаний из-за обрастания пластикового корпуса клетками микроводорослей, а купить нормальный датчик мы не могли, так как стоил он запредельно.

Мы попробовали разные способы подачи суспензии к чувствительному элементу, ставили чувствительный элемент и к трубкам, по которым непрерывно циркулировала жидкость, и к самому прозрачному корпусу реактора. Сталкивались с обрастанием, помутнением материала трубок, уходом нуля в измерительной схеме. Всего уже и не вспомнить! Вот один из неудачных вариантов. Видно хорошо, почему этот вариант был неудачным.

В итоге с десятой, наверное, итерации у нас получился тот датчик, которым мы пользуемся сейчас. Придумал этот вариант наш электронщик Антон Александров. Датчик получился автоматический, точный и надежный. Вот такой.

Принцип работы самого датчика оптической плотности совершенно не изменился в сравнении с “рогатым прототипом”, однако в этот раз рожки скрыты за корпусом и просвечивают полость шприца. Чем менее прозрачная жидкость внутри, тем ниже сигнал на приемнике, тем выше плотность.

Новое в сравнении с прототипом — это автоматическая система забора и возвращения образца. По команде сервопривод крутит шестерню, которая двигает линейку, которая, в свою очередь, двигает поршень шприца, забирая пробу из культивационный емкости и возвращая ее обратно. Быстро, удобно и еще поршень хорошо очищает загрязнения.

Когда мы показали этот датчик специалистам по микроводорослям, то выяснилось, что у него есть еще одно преимущество о котором мы сами не думали. Наш датчик не нарушает стерильность культуры. Проба не покидает гермообъем реактора и поэтому ужасы внешнего мира не проникают внутрь, не мешают микроводорослям правильно расти.

Отдельная увлекательная история произошла с поиском алгоритма калибровки ДОП. Мы предположили, что можно взять культуру предельно возможной в реакторе концентрации, условно, 10 г/л, сделать несколько ее разбавлений дистиллированной водой, и получить набор образцов с известными плотностями, опять же условно, 1 г/л, 2 г/л… 9 г/л. И потом легко и просто измеряя ОП этих образцов, получить точки калибровочной кривой для пересчета ОП в г/л. Но, как водится, внезапно, оказалось, что откалиброванный таким образом датчик врет на реальной суспензии!

Мы так и не выяснили почему именно врет. Может быть разведение дистиллированной водой меняет ионный состав среды и состояние клеток. Может быть влияют пузырьки газа в реальной суспензии. Может быть изменяется состав пигментов на клетку по фазам роста. Мы не поняли в чем именно причина, но выяснили, что нужно для того, чтобы откалибровать его правильно.

Нужно в процессе идущей реальной культивации отбирать пробы суспензии с известной оптической плотностью и потом гравиметрически определять их сухой вес. Брать желательно со всех частей кривой роста. По таким данным уже можно построить калибровочную кривую, по которой можно будет надежно и повторяемо получать из ОП плотность в г/л.

Мощные мосфеты Антона Александрова

Как видно по пневмогидросхеме установки 402.3, в ней довольно много различных насосов, компрессоров, клапанов и всяких других потребителей на напряжении 12 В, которые нужно не только включать и выключать, но и управлять в режиме ШИМ.

По счастью оказалось, что у нашего электронщика Антона Александрова с предыдущего, уже закрывшегося проекта по созданию и продаже дешевых 3D-принтеров с прозаическим названием Cheap3D осталось много прекрасных, мощных и быстродействующих плат для управления низковольтными нагрузками постоянного тока. Вот первый лист спецификации на эти замечательные изделия.

Мы собрали из них целую батарею и управляли всеми исполнительными органами в 402.3. Очень-очень жаль, что на следующие установки этих плат не хватило и пришлось городить что-то из твердотельных реле или, о, боже, снижать уровень автоматизации.

Электроника, пульт управления культивацией и матмодель реактора

В нашей самой первой реализованной на практике установке 200 управление как таковое отсутствовало, то есть, поменять в процессе ее работы ничего было нельзя. Температура регулировалась автоматически микроконтроллером Arduino без команд от пользователя, и Arduino же выдавала во внешний мир телеметрию через UART.

На 401 установке можно было через RS-485 выдавать команды управления яркостью светильника и получать телеметрию о его состоянии.

На 402 нужно было сделать полноценную систему автоматики, которая позволяла бы получать данные о состоянии всех важных элементов установки и управлять всеми ее исполнительными органами.

Наш электронщик Илья Тагунов предложил для этого использовать следующую архитектуру: на борту установки располагается набор микроконтроллеров (МК), каждый их которых подключен через RS-485 к ПК, на котором запущена программа управления культивацией. МК получают команды на формирование телеметрических кадров и отправку их на ПК, там полученная телеметрия анализируется и формируется вектор управляющих воздействий, который отправляется на борт установки. При пропадании связи с ПК все останавливается и переходит в безопасный режим. Понятный подход, по которому в космонавтике строятся системы управления космическими аппаратами.

Почему нужно было делать много МК на борту? Дело в том, что в начале работы над 402.3 мы еще не понимали до конца какие именно датчики и исполнительные органы нам будут нужны. Первый набор был подключен к своим МК, начал работать и участвовать в управлении установкой. По мере увеличения нашего понимания возникала необходимость поставить новые датчики или новые исполнительные органы. Можно было подключить все к уже имеющемуся МК, но тогда его нужно было пересобирать и перепрограммировать. Тогда бы нарушилось великое правило “Работает — не трожь!”, а мы на это не могли пойти. Поэтому новое добавлялась к старому, а не заменяло его. Кроме того, этот подход позволил вести отработку нового параллельно с эксплуатацией старого. Сплошные плюсы! Я считаю, что Илья предложил гениальное решение, спасибо ему!

Почему бы не сделать расчет управляющих команд на каком-то “центральном” МК вместо ПК? Так можно было бы сделать, но тогда бы потерялась гибкость проекта. Наш проект сохранил такую “волонтерскость”, далеко не все участники получали зарплату и работали на полную ставку. Например, все трое электронщиков работали где-то еще. Это приводило к тому, что для изменения прошивки МК нужно было ждать пока они, электронщики, сделают новую прошивку, зальют ее на МК, отладят и только тогда ей можно будет пользоваться. Довольно долгий процесс! В тоже время новые идеи, исправления старых ошибок, новые вводные от биолога поступали регулярно и регулярно нужно было менять алгоритмы культивации.

Так как я не электронщик, то пришлось бы просить ребят и ждать пока они все сделают. Я решил, что мне гораздо быстрее будет написать на VB.NET и потом модифицировать центр управления культивацией, который бы и реализовывал все эти меняющиеся алгоритмы. Получилось довольно гибкое решение, которое позволяло совершать быстрые итерации.

Вот так выглядела одна из версий пульта.

При отладке моего самописного пульта управления обнаружилась интересная вещь. Так как типичное время работы установки — сутки и более, то отладка пульта с реальным железом и реальными организмами занимает очень, чрезвычайно много времени. Ошибка происходит на какие-нибудь n-е сутки, разумеется ночью, поэтому ее видно только на телеметрии, а не реальном времени, и, разумеется, именно для анализа этой ошибки данных телеметрии оказывается недостаточно.

Поэтому для отладки алгоритмов управления я написал математическую модель фотобиореактора, которая имитировала для системы управления отклик реактора на команды управления. Фактически, рассчитывала телеметрию на основе полученных команд и предыдущего состояния установки. И еще, что важно, она работала со временем, сжатым в 1000 раз, так что отладка пошла гораздо веселее.

Этим математическим моделированием я занимался летом 2019 года, когда мы с семейством два месяца жили на Камчатке, в Вулканном, моем родном военном городке Космических войск. Я писал код, играл с новорожденным сыном, ездил с ним по своим любимым диким местам, опасаясь медведей, потом снова писал код, потом в Москве наступал рабочий день, мои коллеги запускали установку, и я удаленно запускал на ней отлаженный код. Прекрасное было время!

Это не хлорелла и наша многострадальная статья 

Как только в 2020 году у нас получилось превзойти параметры работы “Сирени”, мы сразу принялись писать об этом статью в рецензируемый научный журнал.

Сначала мы очень долго писали сам текст. Я не вмешивался в этот творческий процесс, которым занимались Павел Щербаков и приданная ему студентка из МГУ Александра Чернокова. Писался текст с 2021 по 2023, 2 (ДВА) года!

Первоначально мы планировали подавать его в журнал Applied biotechnology and microbiology, но подали в итоге в Physiology and Molecular Biology of Plants. Там нас попросили разместить нашу микроводоросль в какую-нибудь международную коллекцию микроводорослей. Мы выбрали альгологическую коллекцию ACSSI в Пущино.

Списались с Анной Темралиевой, которая была и является сейчас ее руководителем и выяснили, что для помещения в коллекцию нужно определить к какому виду наш организм принадлежит. Для этого нужно секвенировать часть ее генетического кода и сравнить с уже имеющейся информацией по другим видам. Секвенировали, начали анализ и выяснили, что то, что мы считали Chlorella — это не Chlorella, а Micractinium!!!

Микрактинум — это более мелкий и более быстро растущий родственник хлореллы.

Имея разобранный геном, мы отправили запись о нашем виде в Генбанк, большую американскую базу данных, где в 2021 году появилась такая запись Micractinium sp. Sl. 

Sl в первом названии нашего организма — это Slavyansky, и история этого “славянизма” весьма курьезна.

Когда Павел Щербаков приехал к нам в лабораторию, чтобы взять пробу нашей культуры и посмотреть, что там с ней, мы показали Паше, или как его называют его глубокоуважаемые коллеги в глубокоуважаемом МГУ (кто-то мне говорил, что если в официальном письме в глубокоуважаемом МГУ написать кому-то без слова «глубокоуважаемый», а, например, просто «уважаемый», то это будет восприниматься практически как оскорбление) Павел Николаевич, нашу «культуру».

Это были две пластиковые бутылки из-под минеральной воды, в которых на дне плескалась густая буро-зелёная жижа. Паша взял пробы и начал их очищать и выращивать. Проба из одной бутылки оказалась более живучей и поэтому дальше мы работали с ней.

Когда пришло время как-то назвать наш штамм, то Паша назвал его по названию, ВНИМАНИЕ, бутылки.

Живучая оказалась из бутылки из-под минеральной воды «Славянская», менее — живучая из бутылки с этикеткой «Новотерская”.

А вот так микрактинум смотрится под оптическим микроскопом.

Кстати, в пущинской коллекции он сначала назывался Micractinium thermotolerans ACSSI 430, а сейчас называется Micractinium thermotolerans VKM Al-430. Коллекция переехала и штаммы переименовались.

С Physiology and Molecular Biology of Plants в итоге не срослось, и в 2025 мы подали ее в Вестник Московского университета. Серия 16. Биология. Там статья и вышла в 2026 году под названием A Novel Strain of the Microalga Micractinium thermotolerans VKM Al-430: Growth and Biomass Accumulation under Intensive Cultivation Conditions.

Ух! Это была самая долгая научная публикация в моей жизни.

Газовый контур человека

В конце октября 2020 года мы получили рекордные показатели продуктивности, в ноябре я съездил в больницу с ковидом, и в конце декабря я начал проверять новую идею конструкции реактора.

Кстати, больничный опыт “внимательного” дыхания мне потом пригодился на финальных испытаниях с маской. “Внимательного” — это когда ты не можешь вдохнуть воздух с той скоростью, что тебе хочется. Когда нужно не нервничая, аккуратно, через тонкую трубку, втягивать в себя газовую смесь. 

Новая идея реактора, увы, оказалась тупиковой, но поначалу выглядела интересно. Занимался я ей до конца апреля 2021.

Но еще до рекордов продуктивности, в самый разгар самой жесткой части карантина, весной 2020 года я начал у себя на кухне проводить опыты с адсорбентами и установками на их основе. 

В чем там идея?

Дело в том, что микроводорослям, как мы раньше выяснили, нужно порядка 5% концентрации углекислоты в газовой среде. Если концентрация будет меньше, то они не смогут реализовать весь свой потенциал роста. Если будет больше, то, судя по литературным данным, им будет все равно. И еще им нужно, чтобы концентрация кислорода была невысокой, так как высокие концентрации ингибируют фотосинтез.

Человеку нужны прямо противоположные условия. Ему нужно совсем мало CO₂ и не менее 21% O₂ во вдыхаемом воздухе. Интересно, что концентрация CO₂ в воздухе, который человек выдыхает, примерно соответствует той, что нужна для микроводорослей, около 5% CO₂.

Из этих соображений родилась очевидная идея. В установке 403, предназначенной для дыхания человека, сделать два отдельных газовых контура, человека и микроводорослей, с передачей газа между ними.

Текстом, на уровне идеи, это представлялось так. На лице у человека полнолицевая маска, которая полностью изолирует органы дыхания от атмосферы и разделяет газовые потоки вдоха и выдоха. Условно говоря, человек вдыхает из одной трубки, а выдыхает в другую. Вдыхает из своего газового контура, в котором по большей части кислород при небольшой примеси двуокиси углерода. Выдыхает прямо в газовый контур микроводорослей, где примерно 5% CO₂, кислорода немного и много азота. Смесь в этом газовом контуре постоянно циркулирует через культуру микроводорослей, на каждом проходе немного теряя углекислоты и приобретая кислород. Передача кислорода из газового контура микроводорослей в газовый контур человека должна была, по моей идее, происходить с помощью специального устройства, которое выбирает из смеси газов только нужный.

Пообщавшись с коллегой-химиком, я узнал о существовании адсорбции, абсорбции, о разнице между ними, а также о технических методах их реализации. Разница между ними есть и довольно существенная, несмотря на различие всего в одной букве. 

Подумав, что популярный абсорбент углекислоты моноэтаноламин, токсичная жидкость, нам в установке для дыхания человека точно не пригодится, я остановил свой выбор на адсорбентах. Например, на таких, как активированный уголь и цеолит. Почитал теорию, пообщался с коллегой-химиком и во время самой жесткой части эпидемии принялся за опыты. Спасибо доставке за то, все можно было купить удаленно!

Собранная установка для проверки моего понимания адсорбции выглядела весьма эпично!

 Собрал я стенд в апреле 2020 и на нем смог увидеть как и активированный уголь, и цеолит поглощают CO₂, и по этим данным проектировал автоматическую установку, которая должна накапливать углекислый газ из воздуха и импульсами, с концентрацией 5%, выдавать его в фотобиореактор.

Примерно через год после начала опытов, в мае 2021, я собрал вот такой девайс. Естественно, из деталей самогонного аппарата, трубопроводной арматуры и ардуины, из чего же еще.

На майских праздниках 2021 года она заработала и, после пяти запусков, до конца октября 2021 года, получилось реализовать ее ритмичную работу.

Вот выдержки из протокола запусков установки. Какого-то номерного имени она, кстати, не получила.

Принцип автоматической работы был подтвержден, хотя импульсы и не дотягивали до нужной концентрации.

На основе этих представлений в июне 2022 года была спроектирована газовая часть установки 403, те самые два газовых контура. Графически мои представления о двух газовых контурах и цеолитной установке тогда выглядели вот так.

Я специально не вдаюсь в технические подробности устройства и этой, и предыдущих установок, так как в судьбе проекта сыграли они только историческую роль. Идеи в них заключавшиеся, никуда в итоге не пошли.

Наверное, хочется спросить, а почему же так долго-то? Вы получили требуемую продуктивность в конце 2020 года, запустили цеолитную установку в 2021 и только в 2022 начали проектировать установку для человека. Что вы делали всё это время?

Мы занимались коммерциализацией!

Подробности этого увлекательного процесса будут в отдельной главе ниже, но скажу, что как раз в июне 2022 года в поиске инвестиций и заказов случился излом.

Тем временем технические работы продолжалась, и в июне мы с Ильей Чехом начали делать ключевой элемент газового контура человека — адсорбер.

Надо немного рассказать о нашем знакомстве с Ильей. Познакомились мы в 2011 на проекте “Селеноход”. Проект был посвящен созданию ровера для исследования Луны и проводился в рамках международного конкурса Google Lunar X-Prize. Когда мы познакомились, Илья писал диплом по шасси планетохода в питерском ИТМО, а я был в “Селеноходе” главным конструктором. Потом Илья основал W.E.A.S. Robotics, а еще позже ставшую знаменитой “Моторику”. Все это время мы дружили и периодически обсуждали космонавтику и ее перспективы. Вообще, “Селеноход” дал мощный импульс многим ракетным и космическим проектам. “Лин индастриал” Александра Ильина, 3DR&D Николая Дзись-Войнаровского, мой “Маяк” — это все прямые потомки “Селенохода”. Вот и Илью космические идеи не отпускали.

Но вернемся к 435nm.

На основе данных предыдущих установок я рассчитал габариты адсорбера, с огромным запасом выбрал толщины стенок и под руководством Ильи его изготовили. Получилось вот так.

В августе 2022 года адсорбционная установка была собрана и начала проходить испытания.

К ноябрю 2022 мы убедились, что она не работает. Совсем. Никак. Конечно, я стал думать что можно сделать, и тут снова пригодился ковидный опыт.

Во время эпидемии я узнал о существовании кислородных концентраторов — установок короткоцикловой адсорбции на цеолите. В этих установках из атмосферной смеси газов выделяется кислород и человек с большой площадью поражения легких может дышать им, получая через меньшую площадь газообмена необходимое ему количество кислорода.

Я почитал теорию работы этих установок и понял, что выходов они имеют два — кислородный и выход “все остальное”. Предположив, что если подавать на вход такой установки смесь, состоящую из кислорода и углекислого газа, то на двух выходах установки мы будем иметь кислород и углекислый газ.

О дыхании чистым кислородом я поинтересовался у коллег из ИМБП, друзей дайверов, летчиков и парашютистов. И почитал книжки, конечно же. По всем данным, час дышать кислородом при атмосферном давлении можно было бы без проблем, так что схема была принята рабочей.

Мы с Ильей Чехом закупили батарею кислородных концентраторов, я их разобрал, творчески доработал, и мы попробовали подышать.

Интеграция концентраторов в общую схему установки 403 представлялась такой.

Получилось примерно вот так.

На графиках видно, что на кислородном выходе батареи концентраторов уровень углекислого газа в течение почти 25 минут дыхания человека в маске не превышает 200 ppm, что примерно в два-три раза меньше чем в воздухе и два порядка меньше чем в выдохе человека. Кислорода при этом около 80%. Этот газ поступает в легкие человека и им вполне можно дышать. Такой устойчивый процесс работы кислородных концентраторов мы смогли получить в феврале 2023 года.

Выглядит довольно перспективно, не так ли? А это значит, что можно было переходить к созданию конструкции большого фотобиореактора для установки 403.

Объем реактора для дыхания человека 

С марта 2023 я стал заниматься созданием большой емкости для установки 403.

Казалось бы, почему бы не взять уже готовый принцип изготовления БДСМ-емкости и просто не сделать ее больше, так, чтобы в нее поместилось нужное количество суспензии?

Проблема с ней была в том, что для примерно 100 литров (это с запасом) объема при толщине 20 мм размеры емкости получаются 1,5 м на более чем 3 м. Оргстекло разумной толщины при таких размерах будет существенно деформироваться и перестанет быть плоским, к нему не прислонишь пластину светодиодов. К тому же, для того, чтобы такая конструкция была герметичной, нужно будет каждый раз после ее чистки затягивать несколько сотен винтов. Ну и, наконец, это довольно дорого в производстве и тяжело.

С этими мыслями я стал думать о новой конструкции культивационной емкости, лишенной всех этих недостатков.

Первое, что пришло мне в голову — это сделать нечто вроде прозрачного матраса из толстой пленки, который бы при наполнении водой сам держал форму. Поэтому я попробовал варить. Получилось, хммм, по-разному, но, в основном, плохо.

Сварные точки и швы расходились, все текло и устранить это не получалось никак. Я даже купил ручной запайщик Foodatlas PFS-400, чтобы швы были постабильнее, но это не помогло.  Идею со сваркой я отложил до лучших времен в июле 2023, и тогда же стал думать дальше.

Если конструкция не может держаться сама себя, нужно ей помочь, разнести функции герметичности и удержания нагрузок. Сделать эдакую “подвесную” емкость, как сделаны подвесными баки на древней немецкой ракете “Фау-2”. И в том же июле 2023 из стеллажной полки и какой-то решетки с помощью ножовки по металлу родилось следующее.

К декабрю 2023 этот вариант приобрел законченный вид и тогда получилось проверить его работу на воде. Все прошло ок, но идея с самонесущим сварным пакетом не отпускала и хотелось довести ее до ума.

Основная проблема, которая возникала при пайке — это ее нестабильность. Какие-то места пайки подгорали, там материал становился хрупким и при нагружении разрушался. В других местах возникал непропай и там шов расходился. В общем, все это было неустойчивым процессом, требующим удачи и мастерства, а не повторяемой технологией, поэтому следующий подход к снаряду был направлен на стабильность параметров пайки. И чтобы решить все эти проблемы в январе 2024 года я купил его, роликовый запайщик пакетов FRB-770I!

Его величество выдавали стабильный, ровный, повторяемый, а главное — бесконечный шов. С ним дела пошли на лад.

То, что получалось, мне очень нравилось, однако наметилась новая проблема. Так как запайщик делает бесконечные швы, то нужно было придумать способ их останавливать, делать пропуски, своеобразный пунктирный шов. Несколько позже и это получилось сделать, и в марте 2024 года получилась полноценная емкость для реактора 402.3. И тут случилось то, что чего ждут стартаперы всех мастей. Или, по-крайней мере, мне так кажется, что они ждут.

Цитирую свои восторженные настроения той поры:

“Мой давний друг из Хабаровска Федя Цун, который занимался социализацией детей из детских домов, когда мы с ним познакомились, оказывается, запустил свой маленький заводик по производству металлоконструкций, и, оказывается, этот заводик стал приносить существенную прибыль.

Но самое удивительное, что Федя все время нашей работы над проектом с микроводорослями следил за ним! И, ВНЕЗАПНО, хотел в нем поучаствовать и помочь его развитию.

И вот в сентябре 2023 года, когда я отводил Антоху в садик на Тушинской, мне приходит сообщение, в котором Федя, извиняясь за аудио, спрашивает: “Сколько нужно ежемесячно денег, может ты уже прикидывал, для стабильной работы по разработке?”

Годы работы по выходным, ночами и редкими свободными вечерами промелькнули у меня перед глазами, и я не верил своему счастью! Потом были переговоры, планирование, еще планирование, и вот на День космонавтики я получил первый транш. И понял, что я могу начать работать над 435nm с нормальной зарплатой и с возможностью закупать то, что нужно для дела. Ура!

В общем, 27 апреля мой последний день в “Спутниксе”. Немного отдыха и вперед!”

Я получил деньги, уволился с работы и снова стал заниматься разработкой в полную силу.

Надо сказать, что судьба Федора сложилась трагически. В том же 2024 года он пошел добровольцем на фронт и в конце года погиб. Федор был замечательным человеком, прекрасным супругом и отцом. Светлая ему память и большое, большое спасибо!

Но летом 2024 года все еще было прекрасно, я закончил разработку технологии пайки, научился делать новые аккуратные пакеты и запустил реактор 402.3, который стоял без дела с 2022 года. Сначала запустил дома на воде, а потом перевез его в МГУ, в подразделение с замечательным названием “Центр превосходства в области геномных и постгеномных технологий”. Там работает наш альголог Павел Щербаков, и там мы с ним снова запустили реактор с микроводорослями. Это случилось 22 августа 2024 года и выглядело так.

Получилось все замечательно! Кривая роста как в учебнике, скорость высокая. Напомню, провалы в концентрации возникают тогда, когда в культивационную емкость доливается вода для компенсации испарения.

Правильность идеи использования самонесущей емкости реактора была блестяще подтверждена! Можно было бы начинать строить большую установку, но тут закончились деньги от Федора.

В сентябре 2024 года я попробовал с помощью Молодежного инженерного центра (МИЦа) Бауманки начать делать проект силами студентов, но дело не пошло, хотя потом, примерно через год, мы очень продуктивно поработали с Виктором Горпинченко, который тогда учился на третьем курсе кафедры Э4. 

К слову сказать, МИЦ в том виде, в котором он появился, был мега крут. Как бывший студент и сотрудник МГТУ им. Баумана, я прекрасно представляю как не хватает студенту для хорошего инженерного образования возможности проверить свои знания на реальном железе. Не только изучать то, что сделали другие, но и самому в рамках учебного процесса сделать что-то реальное. МИЦ давал такую возможность без лишнего формализма и даже без денег. Для того, чтобы получить доступ к оборудованию, расходникам и техническим консультациям, нужно было всего лишь поговорить с руководителем, доказать собственную адекватность и все! Считаю, что для Бауманки это был мега прорыв, а Аркадию Дидковскому надо поставить памятник рядом с Бауманом.

Да, мы попробовали со студентами, но установку для дыхания человека не создали.

Как эхо общения с Федором Цуном, было консультирование студентов из хабаровского ДВГУПС. Нас познакомил Евгений Тен, который вел у них нечто вроде проектной деятельности. В весенний семестр две группы ребят занялись созданием новой культивационной емкости для установки 403 и нового светильника для него же. У первых ребят емкость не получилась, а вторая группа светильник сделала и уже потом, после окончания семестра прислала его в Москву. И он даже поработал с реальной культурой микроводорослей.  

В конце 2024 года проект снова превратился в мое личное хобби, однако это продлилось не очень долго. В декабре 2024 года, на ДР моего сына, Илья рассказал о планах продать долю в “Моторике” и на вырученные деньги создать гильдию “Рубежи Науки”, которая должна будет поддерживать перспективные космические проекты, в том числе, и мой.   

Рубежи Науки

Несмотря на весьма ограниченное финансирование, я продолжил заниматься установкой 403. В январе-марте 2025 мы с ребятами из МИЦ стали варить большой мешок на 15 литров, и тогда же я начал собирать датчики и электронику для газового контура человека. Хотелось понимать какой реально расход воздуха через человека и какой реально получается состав газа на вдохе и на выдохе. Дышать предстояло мне, было немного страшновато, поэтому хотелось все понять и разобраться. Все работы происходили редкими вечерами и по выходным, поэтому тянулось все неспешно.

Но вот Илья Чех создал “Рубежи Науки”, снял офис и 3 марта 2025 я стал официально работником гильдии. У меня появился бюджет на закупки, на сотрудников, огромный светлый офис в прекрасном месте и даже возможность платить себе зарплату, на которую можно жить и летать на Камчатку! Нет, ну а что же еще нужно для счастливой жизни?!

Итак, появились деньги. Что же мы стали делать? Первым делом мы составили план на 2025 год. Вот такой. 

План работ проекта 435nm на 2025 год

Цель в 2025 году — создание установки для дыхания человека на основе фотобиореактора и цеолитных модулей и проведение испытаний на человеке.

Дополнительная цель 1 — заключение договора о стратегическом партнерстве с производителем бытовой техники или систем промышленной вентиляции или систем промышленной утилизации углекислого газа.

Дополнительная цель 2 — выпуск статьи в рецензируемом журнале о проекте.

Состояние проекта в начале периода планирования.

Проект действует без регистрации юридического лица.

Руководитель — Александр Шаенко.

Состав участников проекта:

1. Руководитель: Александр Шаенко.

2. Биолог: Павел Щербаков.

3. Инвестиции: Илья Чех.

4. Привлекаемые волонтеры:

5. Конструирование и производство:

   1. Алексей Петров, студент МАИ.

   2. Виктор Горпинченко, студент МГТУ им. Баумана.

   3. Анастасия Чепельникова, студентка МГТУ им. Баумана.

6. Развитие бизнеса:

   1. Андрей Аникин.

Задачи 

1. Исследования

   1. Создание установки 403 для проведения испытаний на человеке.

   2. Испытания установки на человеке, предположительно, на базе ИМБП.

   3. Поддержка работы установки 402.3 в МГУ у Щербакова.

   4. Проведение перспективных исследований:

      1. Отработка пакетов емкости до 1 м3 для перспективного промышленного реактора большого объема.

      2. Измерение энергетических затрат на культивацию единицы сухой биомассы.

      3. Отработка культивации на узкополосных источниках излучения.

      4. Отработка культивации на модулированном по амплитуде свете.

      5. Начало исследований микроканального реактора предельных параметров.

   5. Публикация статьи в рецензируемом журнале

   6. Подача патентной заявки на разработанную технологию.

2. Развитие бизнеса 

   1. Поиск инвестиций.

   2. Поиск стратегических партнеров в областях:

      1. Бытовой техники для очистки воздуха,

      2. Промышленной вентиляции,

      3. Промышленной системы для утилизации углекислого газа.

Конечно же, далеко не все сделать получилось, не все, но довольно многое.

Для этих задач была собрана следующая команда:

Руководитель проекта — Александр Шаенко.

Директор по развитию — Юрий Власов.

Инвестиции — Илья Чех.

Биолог — Павел Щербаков.

Конструктор — Николай Шаров.

Электронщик — сначала Александр Габараев, затем Дмитрий Морозов.

Специалист по свету, производству и электронике — Станислав Чашин.

Мастер на все руки, инженер — Александр Родионов.

Разработчик цеолитного блока — Евгений Базарнов.

Так как возможностей стало много, то мы начали и поиск заказчиков (об этом будет в разделе отчета про инвестиции), и доработку цеолитного блока, и начали с новым пониманием делать большие мешки для установки 403, и ещё много всего. Расскажу о каждой ветке подробнее.

Кислородные концентраторы в газовом контуре микроводорослей

Напомню основную идею включения кислородных концентраторов (КК) в установку 403. КК нужны были для “вычерпывания” кислорода из газового контура микроводорослей и подачи кислорода в газовой контур человека.

К началу 2025 года на деньги Ильи Чеха был собран блок из шести кислородных концентраторов типа Dedakj DE-2A. В марте 2025 года блок перехал в лабораторию на Тульскую и начал испытываться.

Довольно много времени мы потратили на то, чтобы подключить расходомеры, датчики CO₂ и кислорода к микроконтроллерам, а их — к настольному компьютеру. Нужно было в процессе дыхания в замкнутом контуре с маской на лице убедиться, что все работает, хватает объема для дыхания, что газовая среда подходит для человека.

Подключили, проверили, протянули шланги к полнолицевой маске, замкнули контур и, о, боже мой, оказалось, что сами кислородные концентраторы не герметичны! Мы разобрали один и выяснили, что сам компрессор пропускает воздух, который он должен подавать на узел короткоцикловой адсорбции.

Посовещавшись, мы решили не возиться с каждым отдельным компрессором, которых было целых шесть, а сделать общий гермомешок для всего блока сразу. Решили и сделали, и оформили это в красивую стойку. Наш мастер Александр Родионов даже прикрутил на стойку переливающуюся всеми цветами светодиодную ленту. Все это было готово к июлю 2025 года.

Все стало герметично и хорошо, но оказалось, что при длительной работе в гермомешке греется все это нещадно. В октябре 2025 года мы сделали воздушное охлаждение воздуха в мешке, забирая его герметичной воздуходувкой и пропуская через интеркулер от камаза. Запустили, температура концентраторов упала, однако выяснилось, что проработавшие без охлаждения несколько часов концентраторы перестали разделять воздух!

Я стал думать о том, что же делать дальше и просто для общего понимания попробовал подышать газовой смесью из контура микроводорослей. Из литературы известно, что высокие концентрации CO₂ для человека вредны и даже смертельны, но с другой стороны, 5% — это не такая уж и высокая концентрация. Я попробовал подышать немного.

Ощущение были, на удивление, не ужасные. Чувствовалось, что это не свежий горный воздух, но проблем с дыханием не было. Хотелось дышать чаще и глубже, как при большой физической нагрузке, но помутнения сознания не было. Более того, уже потом я нашел публикацию о том, что умеренная гиперкапния способна отсрочить развитие предобморочных состояний при нагрузках благодаря усилению кровоснабжения мозга. А 5% — это как раз умеренная.

Немного жалко было думать, что усилия на создание отдельного газового контура человека оказались потрачены зря, но хорошо, что при отказавших концентраторах можно было дышать, и дышать достаточно долго. Решение об исключении кислородных концентраторов из установки было принято 16 октября 2025 года и установка стала называться 403.2.

Конструкция установки 403

Ключевой элемент конструкции установки 403, культивационную емкость, мы сделали таким же, каким он был в 402.3. Культивационная емкость 403 — это такой же самонесущий пакет из светопрозрачной пленки, как и в 402.3, только существенно увеличенный, с размерами два метра в высоту и метр в ширину. Принципиальным для нас было сохранить размеры отдельных цилиндрических полостей, чтобы уровни освещения внутри суспензии были такими же как и в емкости 402.3.

Другой важнейший элемент — источник освещения, мы сделали другим, но сначала опробовали его на 402.3. Мы взяли яркие и энергоэффективные ленты белого света, наклеили их на алюминиевую подложку и вплотную прислонили к пакету. 

Вот так это выглядело на двух этих установках. Повторюсь, диаметры трубок и тип светодиодов были одинаковыми в обоих случаях, отличались только длина и количество.

Замечу, что в той версии установки 402.3, которая впервые показала рекордную производительность 28 октября 2020 года, использовался внешний по отношении к установке мощный прожектор Gauss Qplus 200Вт. В версии 2025 года источник излучение был встроен в установку и управлялся командами.

Так как по оценкам переделанной 402.3 для человека необходимо было 45 литров суспензии, то установка 403.2 превратилась фактически в большой шкаф или этажерку, в которой верхние два метра высоты занимали три висящие одна за другой культивационные емкости объемом по 15 литров каждая, а нижний метр занимали насосы, датчики, клапаны, блоки питания и прочая электроника.

Рядом со “шкафом” стояли “тумбочка” с газовым компрессором, помещенным в герметичную емкость и баллон с CO₂. Любопытно, что свет, даже рассеянный, от трех мощных пластин светодиодов был такой, что сидеть в одном помещении с ними было невозможно, поэтому мы купили светоблокирующую штору, чтобы как-то пригасить этот яростный поток.

Пневмогидросхема установки выглядела следующим образом.

Культивация в установке была в первый раз запущена 29 октября 2025 года. В тот раз в шкафе висел один мешок и одна пластина светодиодов. Как водится, первый блин – комом: соединение газового компрессора и культивационной емкости разошлось, так что красивой кривой роста не вышло. Но зато уже в запуске №2, который состоялся 5 ноября 2025 года все получилось прекрасно. Настолько прекрасно, что я решил, что наш датчик оптической плотности зашкаливает и его нужно перекалибровать.

Я, конечно, верил в наши бескрайние возможности, но все-таки плотность культуры за 9 г/л и скорость роста за 20 г/л в сутки — это перебор. Позже мы провели калибровку и оказалось, что скорость роста вернулась к ожидаемой величине 15 г/л в сутки.

Казалось, что вот, уже совсем скоро мы повесим три мешка, поставим три светильника и долгожданные испытания с человеком, наконец, произойдут.

Но после запуска №5 13 ноября 2025 года к нам пришло ОНО!

На испытаниях, что попали на это фото, я смог вовремя заметить волдырь и остановить культивацию, но через несколько дней, когда мы сделали новый пакет и повесили в шкаф полный комплект из трех емкостей, волдырь надулся на самой дальней, невидимой с лицевой стороны установки. И, разумеется, лопнул!

Что тогда было! Даже страшно сейчас вспоминать! Литров тридцать прекрасной культуры, пахнущей свежескошенной травой, разлилось по всей лаборатории, мы вычерпывали ее совками, тряпками, руками, вытаскивали оборудование, ух!

Естественно, работа на этом не остановилась. Мы очень внимательно и аккуратно сделали новый мешок и стали испытывать его. К сожалению, проблема никуда не ушла.

Мы еще поэкспериментировали и пришли к выводу, что прекрасно работающая на литровом мешке идея самонесущего пакета не работает на мешке объемом 15 литров. Гидростатическое давление у дна при высоте 2 м ≈ 20 кПа, а у небольшого мешка (например, высотой ~30 см) около 3 кПа, нагрузка на шов растёт пропорционально и шов не выдерживает. Наверняка, если варить на нормальном производстве, то все получится, но на нашем технологическом уровне этого сделать не получилось.

Я тогда подумал о том, что Королев, наверное, очень радовался, когда получил завод под свое начало. В 1930-х он делал свои ракеты в очень простой мастерской в подвале на московском Садовом кольце, а в 1940-х — на целом заводе в Калининграде. На целом заводе с технологами, рабочими, снабженцами, большим количеством станков и большим количеством денег. Как это круто, думал я, иметь возможность поставить задачу грамотному, хорошо организованному, мотивированному коллективу, имеющему для решения все необходимые ресурсы. Не лезть в каждую возникающую проблему самому, а доверить ее решение коллегам.

Подумал я, и принялся за разработку следующего варианта мешка.

Демо установка

Во время работы над проектом наш директор по развитию Юрий Власов предложил две идеи продуктов, которые мы могли бы быстро начать продавать.

Первая идея — это офисный фотобиореактор, такая красиво оформленная зеленая пузырьковая стена, которая не просто светится и булькает, но и реально поглощает углекислый газ и выделяет кислород. Мы начали общаться со всякими крупными ИТ-компаниями и банками, они приезжали к нам в офис, смотрели на светящиеся зеленые пузырьки и очень хотели такое себе. Но когда мы обсуждали заключение договора, то возникали самые различные, но непреодолимые проблемы: меняется руководство проектом или бюджет на год уже сверстан, или что-то еще.

Мы посчитали, что нужно сделать одно такое демоизделие, поставить у себя в офисе и показывать уже как готовый продукт.

В августе 2025 года мы собрали такую установку и стали еще активнее ее везде продвигать. Выглядела она, на мой взгляд, весьма привлекательно.

Красивый зеленый свет, практически бесшумная работа, приятные пузырьки, дизайнерский корпус. Прелесть!

К декабрю 2025 года вала заказов, мягко говоря, не появилось, и мы решили свозить демоустановку на ВДНХ на выставку «Московская Неделя Интерьера и Дизайна 7», что проходила 11-14 декабря 2025 года в павильоне №55, рядом с “Космосом”.

Было интересно! Погружение в другой хороший мир — это реально интересно. Было много вопросов, все удивлялись, что это тоже такая космонавтика, но заказов не было.

Учебный фотобиореактор 402.4 “Жасмин”

Вторая идея продукта была в том, чтобы сделать красивую, продуманную версию нашей заслуженной установки 402.3, на которой мы получили в первый раз высокую скорость роста культуры. Чтобы школьные кружки, кванториумы, научные лаборатории, все, кто заинтересован в исследовании микроводорослей, замкнутых экологических систем или чего-то из смежных областей, могли получить подходящий им инструмент. 

Все это мы подумали, и 17 июня 2025 года начали ее разработку. Назвали установку “Жасмин”, так как жасмин — это родственник сирени, а “Сирень” — это рекордный советский фотобиореактор. Нам хотелось отдать дань уважения нашим старшим коллегам. 

Делали мы все как по учебнику: нашли промышленного дизайнера, продумали эргономику на всех этапах жизненного цикла, сделали рендеры со всех сторон и внутри, начали проектировать, конструировать и производить.

В октябре 2025 года установка была собрана и 21 ноября мы проверили ее презентацию. Получилась установка весьма ничего, на мой взгляд.

Примерно тогда же наши коллеги-дистрибьюторы “Колба” выложили у себя на сайте страничку, где “Жасмин” можно заказать. Но, увы, как и с демо установкой, заказов так и не было.

Продолжение исследований на установке 402.3

Помимо того, что мы отлаживали на установке 402.3 новые культивационные емкости и новые светильники, мы отрабатывали и более тонкую вещь, проточную культивацию, для настройки которой не нашли внятных критериев в литературе.

Для начала пара определений.

Накопительная культивация — это метод выращивания микроорганизмов, при котором они развиваются в замкнутом объеме питательной среды без ее обновления и вывода жидких продуктов метаболизма.

Проточная культивация — это непрерывный метод выращивания микроорганизмов, при котором в биореактор порционно, с некоторой периодичностью, подается свежая питательная среда и одновременно с такой же скоростью удаляется биомасса вместе с продуктами обмена.

На графиках плотности культуры разница видна отчетливо.

На установках 402.3 (до 2025 года) и 403 мы запускали исключительно накопительную культивацию. На верхнем рисунке видно, что в накопительном режиме культура проходит полную кривую роста: лаг-фазу, экспоненциальный рост и выход на плато. В проточном режиме культура начинает с лаг-фазы, потом разгоняется и по некоторому  критерию (в запуске №38 — по достижению заданной плотности в г/л) часть культуры сливается и добавляется питательная среда так, чтобы возместить слитную массу. Зубец на графике плотности обусловлен тем, что плотность (количество биомассы в суспензии) уменьшается.

Летом 2025 года мы со студентом Бауманки Виктором Горпинченко решили заняться практической отработкой проточной культивации. Основных вопросов было два — когда сливать и сколько сливать. На первый вопросы мы предварительно ответили так — сливать нужно в точке с максимальной скоростью роста, на второй — сливать нужно как можно меньше, чтобы не мешать культуре расти.

Мы провели пять более-менее успешных запусков до сентября 2025, ниже показана кривая роста с последнего запуска №42, но так и не поняли как добиться устойчивой, повторяемой скорости роста в 10-15 (г/л)/сутки. У нас получалось не более 5 г/л/сутки.

Состояние на конец 2025 года

Итак, что же у нас получилось сделать за 2025 год, пока было финансирование от “Рубежей Науки”? Пишу “пока было финансирование”, так как в октябре 2025 года у всех у нас, работающих в “Рубежах Науки”, была последняя зарплата, хотя деньги на закупки еще оставались.

1. Была создана и продемонстрирована работа установки 403.2, по продуктивности пригодной для обеспечения дыхания человека, однако с неподходящей конструкцией культивационных емкостей.

2. Была создана установка, демонстрирующая принцип работы офисного биологического очистителя воздуха. Начался процесс поиска заказчиков таких установок, но самих продаж в 2025 году не было.

3. Был создан учебный фотобиореактор 402.4 “Жасмин”. Начался процесс продажи таких установок, самих продаж в 2025 году не было.

Деньги снова, в несчетный раз уже, закончились, проект снова стал дорогим хобби, однако до конца осталось совсем чуть-чуть. Нужно было только придумать, как сделать новые культивационные емкости при сохранении продуктивности, хотя бы сравнимой с продуктивностью 403.2.

Последний рывок

Снова потянулась работа по вечерам и по выходным. Непросто, все-таки, через десять лет после начала проекта ездить в лабораторию после полноценной и непростой основной работы. Каждый раз делать выбор в пользу “поработать еще немного” реально было сложно. Особенно это было сложно делать 2 января 2026 года.

Но, тем не менее, работа медленно, но шла. На новогодних праздниках и на остатках денег на закупки я собрал новую версию установки, 403.3. Для нее я использовал дюймовые прозрачные силиконовые трубки, соединенные внизу и вверху в коллекторы жидкости и газа. В конструкции культивационной емкости были использованы эти самые силиконовые трубки, резиновые пробки из Русхима, корпуса одноразовых иголок от шприцов, тонкие силиконовые трубки от аквариумного компрессора, металлопластиковые трубы для водопровода и фитинги для автопоилок. Это все было очень монструозно, с трудом герметично собиралось, рассыпалось от каждого чиха и весило как чугунный мост. Но культивацию я все-таки смог в этом запустить. Выглядело все это так.

На праздниках я собрал один полный “пакет” трубок, куда помещалось порядка 15 литров суспензии, и запустил культивацию. Скорость роста получилась около 5-7 г/л/сутки. Если строить установку на таких трубках, то нужно было ее делать в 2-3 раза больше, чем я планировал. К тому же, обслуживать все это было очень сложно. Идея оказалась провальной, нужна была новая.

Я снова попробовал с помощью коллег из МИЦ МГТУ сварить новые мешки из новых материалов, но и эти мешки тоже не держали давление, на них расходились швы, они надувались и расходились. Переход на другие материалы не помог.

Тогда я попробовал вернуться к идее 2023 года по “подвесной” емкости, когда одна часть емкости обеспечивает герметичность, а другая обеспечивает поддержание формы. Пакет я хотел спаять, а жесткий каркас спроектировать и изготовить.

Начал думать про жесткую металлическую решетку, которая могла бы удерживать два метра воды, потом подумал, что нужно действовать не жесткостью материала, а формой ребер, сделать такие соты, которые бы вместе бы держали форму, а потом понял, что то, что я хочу уже есть и его можно просто купить. И это называется стеллаж. И, о, чудо, стеллаж, точнее, два стеллажа подходящих размеров уже были в лаборатории! Нужно было только собрать их вместе.

Я закрепил винтами две панели светодиодов на двух стеллажах так, чтобы панели светили друг на друга, когда стеллажи стоят рядом, а затем соединил стеллажи так, чтобы между ними можно было легко размещать пакет с культурой. Так родилась установка 403.4. Уже финальная, та, на которой и получилось в июле 2026 года провести испытание.

Начал с помощью наших запайщиков варить пакеты и ставить их с водой внутрь двойного стеллажа. Естественно, все по началу протекало, я стал думать про поддоны, но потом понял, что можно просто купить детский надувной бассейн подходящего диаметра. Поэтому в процессе отладки установка выглядела цветасто.

После энной попытки сварить большой прочный мешок я понял, что у меня это никак не получается и нужно искать готовый. И, как ни удивительно, я его нашел. Для фотобиореактора подошел вкладыш в двухсот литровую бочку. Не первый и не сразу, но подошел. Единственный шов, который я на нем делал — это шов сверху, там, где газовая подушка и уже нет давления.

Все части пазла сошлись, течи прекратились, испытания на воде со включением всей автоматики прошли успешно и можно было начинать отработку культивации.

В мае 2026 года началась отработка культивации с подачей CO₂ из баллона. Установка продемонстрировала скорость роста, подходящую для запуска с человеком. Я постепенно увеличивал заливаемый в мешок объем суспензии, доводя ее до максимального. И поставил сверху в пространство между стеллажами еще один мешок, малый. Всего стало получаться около 100 литров суспензии максимум, но реально я заливал не более 75 литров. Из-за просевшей продуктивности нужно было уже не 45 литров, а примерно в 1,5 раза больше.

Суспензия в мешках был прекрасная, яркий зеленый цвет и запах как от свежескошенной травы.

Реактор стабильно давал высокую скорость, не протекал, поэтому я попробовал подышать в маске. Пока не публично, пока просто для проверки, что все работает хорошо. Это историческое для проекта событие произошло 4 июня 2026 года, примерно в 19 часов вечера.

В 18-00 я закончил работу, к 19-00 приехал запускать установку и к 20 часам просидел примерно час с маской на лице. То, что хотел сделать десять лет, наконец-то получилось! Как водится, в самой лаборатории в это время никого не было, но все равно, мне было ультраприятно! Ультраприятно, но было ясно, что это еще не конец.

Какой же получилась установка 403.4?

Объем культивационной емкости — 100 литров.

Заправленный объем суспензии — 75 литров.

Удельная продуктивность, определенная по параметрам дыхания человека ≈ 10 г/л в сутки.

Потребление электроэнергии — 1400 Вт на 220 В.
Потребление электроэнергии светильником — 1000 Вт на 220 В.

Удельное потребление электроэнергии светильником — 500 Вт/м2 или 10 Вт/л.

Дальше были хлопоты по тому, чтобы красиво оформить корпус установки, так, чтобы не стыдно было пригласить публику, финальные проверки, тревоги из-за начинающейся жары в Москве и совсем уж нерациональные переживания из-за того, что все сгорит и разольется. Но к 30 июня 2026 года все было готово, и финальное, публичное, обещанное больше восьми лет назад испытание было назначено на 19-00 2 июля 2026 года. 

Публичная демонстрация дыхания с помощью фотобиореактора

Посмотреть на процесс публичной демонстрации можно в записи онлайн-трансляции, которую сделали мои друзья и коллеги по популяризации космонавтики из Летней Космической Школы.

Свои ощущения, те, которые не попали в камеру, цитирую по своей записи, которая была сделана по свежим следам сразу после испытания.

Наконец-то получилось прийти в себя, выспаться, немного отдохнуть и спокойно подумать, чтобы попытаться выразить ощущения от испытания 2 июля 2026 года.

Попробую описать тот день и свои чувства в процессе.

Первый раз я почему-то проснулся около 3 ночи. Были сумерки и небоскребы напротив окрашивались в приятный розовый свет. Я что-то поел, почитал книжку и пошел спать дальше.

Проснулся снова с мыслями о том, что сегодня погода будет жаркая и как бы выдержал реактор, не перегрелся бы.

Собрался и поехал в лабу, читая по дороге Леонида Каганова. Когда шел от метро до двери лабы, живо себе представлял всякие разные аварии установки и боялся того, что представлял. Боялся, например, что мешок, культивационная емкость, лопнул и все 75 литров суспензии слились в поддон. И что нужно теперь срочно делать новые мешки.

Когда поднялся на этаж и пошел по коридору, то как-то успокоился, поэтому когда открывал дверь, то уже явно “видел”, что все в порядке. И действительно, в полутемной комнате стоял у окна реактор, заполненный яркой зеленой жидкостью и все с ним было в порядке.

Я запустил его, дал поработать 15 минут, замкнул газовый контур, выключил подачу углекислоты и затем натянул маску. Даже из холодного состояния фотосинтез завелся сразу и газовые параметры практически вышли на плато.

Потом я продолжил рассылать пресс-релизы, что не отправил вчера, продолжил отвечать на вопросы журналистов и мечтать об обеде. Мечтать я старался аккуратно и снова начал боялся. В этот раз того, что съем что-нибудь не то, и испытание нужно будет проводить из туалета. Но скоро приехали Дмитрий Мирцоп, режиссер онлайн-трансляции, и его коллега, и начался монтаж их аппаратуры.

Потом я снова посидел с маской и оказалось, что и при +30°С реактор работает. На пределе по температуре питательной среды, но работает. Фотосинтез идет, кислород и углекислых газ выходят на полку за 15 минут в замкнутом газовом контуре. Стало немного спокойнее.

После испытания приехали журналисты из “Утра России” и снова стало не до еды. Они такие львы ТВ-журналистики, долго настраивали кадр, что-то уверенно передвигали и просили включить наш учебный реактор “Жасмин”. Когда он засветился и забулькал — очень радовались.

Затем они уехали, попросив у Дмитрия его 4К-видео, и дальше нужно было просто ждать. Я почитал книжку, потом подумал, что просто сидеть с маской на демонстрации не очень прикольно и нужно что-то говорить. Захотелось почитать стихи. С маской на лице и ларингофоном на горле, ага. Но стихи я начал искать, и вспомнил, что можно это сделать нейронкой. Поискал ей, две первых итерации были в молоко, третья вынесла что-то прикольное. Есть захотелось уже нестерпимо, и я пошел к соседям-вьетнамцам есть огромную тарелку супа.

У них в кафе было немноголюдно, над головой сильно шумел из-за жары кондиционер и крутился вентилятор, как в “Апокалипсисе сегодня”. Суп был вкусный, я доел его и вернулся обратно. Пока ел, были мысли, что почти десять лет сегодня спрессуются или не спрессуются в пятнадцать минут испытания.

Вернулся в лабу за час до начала, а там уже была Юля Шульгина, режиссер-документалист, которая летала с нами на Камчатку и которая делает кино про наш проект. Там уже были две девушки из “Вечерней Москвы”, потом приехали ребята из “Известий”, еще ребята из “Известий”, оказывается, есть телевидение такое, затем начали приходить знакомые и незнакомые наблюдатели-гости, я стал распределять их между первый и вторым этажем лабы, и дальше все понеслось как в композиции Mountains Ханса Циммера. Это такой саундтрек из “Интерстеллара”. Где все сначала лениво и медленно, а потом ускоряется.

Гостей все больше, кто-то здоровается, кто-то нет, становится все душнее и вот уже наступает 19 часов. Я беру микрофон, рассказываю программу вечера, прошу всех отойти за линии камер и подождать еще 15 минут. Какой-то человек дарит мне герметично упакованные маленькие космические хлебцы, я улыбаюсь замеченным знакомым, кого-то обнимаю, и вот уже пора начинать.

Рассказываю об истории проекта, упоминаю “Маяк”, ИМБП, “Сирень”, советские эксперименты с человеком, беру в руки “БДСМ-реактор” и плавно перехожу к рассказу о конструкции установки 403.4, которая и будет сегодня очищать воздух. Рассказ получился довольно скомканный, но уж очень не терпелось начать.

Запустил культивацию, закрыл газовый контур и надел маску. Зачем нацепил на шею ларингофон и сказал, как водится: “Поехали”!

В первые секунды в маске был немного затхлый воздух, но затем пошел газ из контура и этот запах исчез. Я стал озвучивать показания датчиков концентрации кислорода и углекислого газа, периодически посматривая на общие графики, чтобы понять как там общий тренд. Кроме того, диктовал показания с пульсоксиметра, который надел на палец. До начала эксперимента хотел как-то весело и непринужденно шутить про “Тангаж, рысканье, крен в норме!”, “Немножечко растут перегрузки” или про “Стабилизация изделия устойчивая”, но в процессе про это забываю.

Довольно быстро маска запотевает и для того, чтобы считать показания, нужно смотреть на пульт боковым зрением. Наверное, это странно смотрится со стороны. По ощущениям, все наблюдатели сидят в гробовой тишине, по крайней мере, мне кажется именно так, возможно, из-за шума вентилятора охлаждения светодиодов, который крутится прямо рядом с головой. Когда я поворачиваюсь к зрителям, то практически ничего не вижу из-за капелек влаги изнутри на маске. Темные контуры многих лиц, белки глаз и слепящие меня прожекторы слева и справа на втором этаже. Я улыбаюсь им, но думаю, что мою улыбку никто не различает из-под запотевшей маски. Машу им рукой.

От начала эксперимента проходит примерно десять минут, а показания газовых датчиков все никак не выходят на плато. Дышится легко, показания пульса и сатурации в норме, но для полного удовлетворения хочется, чтобы было плато. Тогда будет совершенно точно и очевидно, что производительности установки хватает, чтобы переварить весь мой углекислый газ.

Говорю голосом, искаженным ларингофоном, о том, что выхода на плато все еще нет, и предлагаю продлить эксперимент еще на десять минут, до 20 часов ровно. Из зала возражений не поступает. Немного переживаю, что плато может и не быть, но осознаю, что сейчас уже ничего не изменить.

Проходит пара минут и становится понятно, что датчики все-таки выходят на стационарный режим, и я успокаиваюсь. Начинаю давать отчеты минут и секунд до 20:00, до окончания эксперимента, и под конец отсчитываю “5-4-3-2-1”, кто-то на последних секундах присоединяется к отчету, и затем кричу “Ура!”. Слышу, как в зале кричат вместе со мной!

Снимаю маску и ларингофон, наблюдатели аплодируют, вытираю влагу с лица, иду выключаю установку. Краем глаза вижу улыбки на лицах наблюдателей. Улыбаюсь сам.

После этого начинаю отвечать на вопросы. Отвечаю довольно долго, хрипну, прошу воды и мне передают початую бутылку со второго этажа. Отмечаю каверзные и интересные вопросы от ребят из “Известий” и Курчатника. Кто-то дает мне пиво, и я продолжаю отвечать на вопросы уже с ним.

Многие выстраиваются в очередь, чтобы подышать в маске. Я говорю, что сейчас будет вечеринка, но пока я отвечаю на вопросы, надеваю маски на лица, показываю как смотреть телеметрию, большинство уходит.

Под конец остается человек семь. Я закрываю лабу, и мы идем пешком пить пиво в “Харатс” на Серпуховской. Там заканчивается этот длинный прекрасный день и начинается следующий, не менее прекрасный.

Прекрасный тем, что огромный, десятилетний, самый большой пока в моей жизни, проект завершился. Завершился хорошо! Я еще не чувствую тогда, да и сейчас, когда пишу это, не чувствую до конца свободу, заполняющую все мое существо свободу. Уровень еще только повышается, повышается и еще не захлестнул меня с головой.

Я помню ощущения после защиты диссертации, помню настроение после запуска “Маяка” и что-то такое начинает сейчас захватывать меня, но еще не захватило полностью. Скорее бы!

Добавить из ощущений могу только то, что долгожданное ощущение того, что всё, что должно быть сделано — сделано, до сих пор не наступает, даже сейчас, в октябре 2026 года. Но, надеюсь, что сейчас я все-таки допишу этот отчет и райское блаженство наступит. Очень хочется, наконец-то, чувствую, что оно все ближе.

Ну и, конечно, объективные данные телеметрии.

Перспективы создания БСЖО на микроводорослях

В завершение добавлю то, чем стоит, на мой взгляд, заниматься при дальнейшей работе над фотобиореакторами и БСЖО.

Система разделения воздуха. Для создания полноценной БСЖО есть необходимость выделять из газовой смеси фотобиореактора кислород, а из газовой смеси, выдыхаемой человеком – углекислый газ. Скорее всего это можно реализовать с помощью системы на цеолите или молекулярной мембране.

Автоматический флюориметр. Более объективную информацию о состоянии культуры, необходимую для управления, можно получать с помощью автоматического флюориметра, продвинутой версии датчика оптической плотности.

Новые источники освещения. По ряду публикаций, уменьшить потребление источников излучения можно путем перехода на узкополосный спектр и/или на импульсное освещение.

Автоматизация за пределами реактора. Более полно использовать преимущества автоматического фотобиореактора можно будет за счет автоматизации процесса переработки биомассы, например, загрузки и выгрузки центрифуги, обеспечения сушки, упаковки и т.д.

Экстремально высокая удельная производительность. Используя достижения в микрофлюидике и высокоточной 3D-печати, можно попробовать создать оптимальные условия для каждой клетки в культуре.

Конструирование собственных штаммов. Еще большее увеличение производительности можно получить за счет генетического редактирования штаммов микроводорослей. 

Наши попытки поиска финансирование и коммерциализации технологии

Если очень коротко то попытки нашей коммерциализации, а, главное, результаты попыток, можно описать вот этим сообщением из чата проекта от 16 июня 2022 года.

Всем привет!

Важные новости по нашему проекту.

У меня появилось стойкое ощущение, что наша команда в наших текущих реалиях не способна найти финансирование на коммерческие или космические применения технологии культивации микроводорослей, которую мы разрабатываем.

Если кому-то интересны подробности наших инвестиционных приключений, то пишите, я постараюсь ответить, но лично я больше этим заниматься не планирую. Что делать с созданным нами ООО, я пока не решил, но пока это и не особо актуально.

Тем не менее, биологические системы жизнеобеспечения – это все-таки ключевой элемент освоения дальнего космоса. К тому же, лично у меня есть обещание провести испытания фотобиореактора на себе, и я хочу это обещание исполнить.

Поэтому:

1. Я предложил ребятам из команды не стесняться говорить о том, что на таких условиях они не хотят дальше заниматься проектом.

2. Те кто хочет, будет участвовать и дальше и деньгами, и/или временем.

Пока же мы со старыми друзьями начали проектировать установку для дыхания в маске, которую я назвал просто и незамысловато 403.

Первые результаты работы уже можно посмотреть. Это рабочий вариант пневмогидросхемы всей установки 403 и черновой эскиз адсорбера.

Создание установки 403 легко и полезно делится на два этапа:

1. Маска + цеолитные адсорбер.

2. Маска + адсорбер + фотобиореактор.

Пока работы ведутся по первому этапу.

Как всегда, можно и нужно задавать вопросы.

Если не очень коротко, то наша коммерциализация развивалась следующим образом. 

В конце 2021 года мы сформировали вот такие гипотезы бизнеса We Can Fly.

Гипотезы формулируются как проблема, которая существует у потребителя, и которую решает наша технология.

Как можно четче сформулировать проблему, которую нужно будет обсуждать в интервью с представителями отрасли.

1. Фотобиореактор для микроводорослей как основа биологической системы жизнеобеспечения для дальних космических полетов.

   1. Возможно государственные агентства или частные компании, занимающиеся проектами межпланетных пилотируемых кораблей или планетарных баз, будут заинтересованы в компактном, энергоэффективном и автоматизированном фотобиореакторе как в первичном звене для биологической системы жизнеобеспечения.

2. Домашняя установка по удалению CO₂ и пыли, нормализации влажности, температуры, запахов  и ионного состава воздуха.

   1. Возможно, что человек, живущий в неблагоприятных по температуре, влажности, загрязненности воздуха условиях за стенами жилья, когда невозможно открыть окна или поставить бризер, захочет поставить у себя дома установку, которая обеспечит ему воздух, комфортный по CO₂, пыли, влажности, температуре, запахам и ионному составу.

3. Офисная установка по удалению CO₂ и пыли, нормализации влажности, температуры, запахов  и ионного состава воздуха.

   1. Возможно, крупные компании хотят проявить заботу о сотрудниках в офисе и покупают им устройства для нормализации микроклимата. Мы можем решать сразу множество проблем с микроклиматом одним устройством, можем обеспечить воздух, комфортный по CO₂, пыли, влажности, температуре, запахам и ионному составу.

4. Школьная или больничная установка по удалению CO₂ и пыли, нормализации влажности, температуры, запахов  и ионного состава воздуха.

   1. Возможно, что государства хотят обеспечить комфортную среду для незащищенных слоев населения, детей в школах, садах, кружках, в больницах и домах престарелых и т.д. Мы можем обеспечить комфортный  микроклимат одним устройством, можем обеспечить воздух, комфортный по CO₂, пыли, влажности, температуре, запахам и ионному составу.

5. Промышленная установка для производства растительного белка с отрицательным углеродным следом.

   1. Возможно компании-производители растительных белков будут заинтересованы в покупке наших установок для производства белка хлореллы, спирулины или другого вида микроводоросли.

6. Промышленная установка для производства высокомаржинальных веществ с отрицательным углеродным следом.

   1. Возможно компании-производители высокомаржинальных веществ будут заинтересованы в покупке наших установок для производства астаксантина, каротиноидов или других высокомаржинальных веществ.

7. Промышленная установка для производства биомассы микроводорослей для БАД и суперфудов.

   1. Возможно компании-производители БАДов и суперфудов будут заинтересованы в покупке наших установок для производства биомассы микроводорослей для переработки в БАД и суперфуды.

8. Промышленная установка для биологической утилизации углекислого газа с выработкой высокомаржинальных веществ.

   1. Возможно производственные компании или энерго-генерирующие компании будут заинтересованы в биологической утилизации углекислого газа по стоимости, меньшей чем стоимость углеродных единиц, а, возможно, будут заинтересованы в диверсификации собственного бизнеса в сторону производства “зеленых” продуктов с отрицательным углеродным следом.

9. Промышленная установка для выработки биотоплива с отрицательным углеродным следом.

   1. Возможно газо или нефтедобывающие компании будут заинтересованы в выработке биотоплива с биологической утилизацией углекислого газа  с суммарным отрицательным углеродным следом. Это, своего рода, аккумуляция энергии с захватом CO₂.

10. Промышленная установка для получения биопластика с отрицательным углеродным следом.

    1. Возможно газо, нефтедобывающие компании, а также производители пластика будут заинтересованы в биологической утилизации углекислого газа  с последующей выработкой из него биотоплива с отрицательным углеродным следом. Это, своего рода, аккумуляция энергии с захватом CO₂.

11. Установка для экодома, утилизирующая пищевые отходы, сточные воды с отрицательным углеродным следом.

    1. Возможно производителям экодомов, глэмпингов и другим любителям жилье строить в глухих местах будет интересна наша установка, которая позволяет перерабатывать пищевые отходы, сточные воды, а, возможно, и сжигать непищевые отходы с отрицательным углеродным следом.

12. Установка для экодома, утилизирующая пищевые отходы, сточные воды и производящая биомассу микроводорослей для употребления в пищу с отрицательным углеродным следом.

    1. Возможно производителям экодомов, глэмпингов и другим любителям жилье строить в глухих местах будет интересна наша установка, которая позволяет перерабатывать пищевые отходы, сточные воды, а, возможно, и сжигать непищевые отходы с отрицательным углеродным следом, получая при этом биомассу микроводорослей, которую можно есть, кормить с/х животных, удобрять почву и делать биотопливо.

13. Домашняя установка, производящая биомассу микроводорослей для употребления в пищу.

    1. Возможно веганам, которые выращивают у себя дома спирулину, было бы интересна полностью автоматизированная установка типа кофемашины. Нажимаешь кнопку — получаешь станчик биомассы.

14. Лабораторный автоматический фотобиореактор с высокой скоростью культивации культуры.

    1. Возможно ученым, занимающимся микроводорослями, будет интересен фотобиореактор, который дешевый, высокоавтоматизированный, а еще и автоматически проводит поиск оптимальных условий культивации под заданные требования.

В 2021 году было создано юридическое лицо ООО “Ви Кэн Флай”. Мы хотели участвовать в российских и международных грантовых конкурсах, искали заказчиков, пытались стать участником “Сколково”. Безуспешно. В 2023 году юрлицо мы закрыли.

За время с 2018 года проект получил следующие меры поддержки:

• Краудфандинг (0,4 млн. рублей, 2018 год).

• Собственные средства команды (2 млн. рублей, 2018-2024 года).

• Финансирование от Федора Цуна (0,5 млн. рублей, 2024 год).

• Финансирование от «Рубежей науки» (12 млн. рублей, 2025 год).

Неуспешные заявки на меры поддержки:

• YSS (Дубай), Fit4start (Люксембург), TechX (Финляндия), Hub71 UAE, 2019-2021, 

• Фонд Сколково, Орбита, Россельхозбанк, МТС, 2020-2021.

• ФСИ, 2018-2025, 5 попыток.

Я в ходе этих попыток понял, что продажник из меня никакой. И, судя по тому, что на проекте за это время сменилось целых восемь(!) директоров по развитию бизнеса, а продать мы ничего не смогли, то у меня есть ощущение, что сейчас это в нашей стране невозможно.

О том, что не вошло в отчет

Крупными мазками то, что не входило в проект, но существенно на него влияло.

Свадьба и кругосветное путешествие

Огромное влияние в 2016 году на мое мировоззрение оказало свадебное кругосветное путешествие по маршруту Москва-Приморье-Камчатка-Аляска-Калифорния-Нью-Йорк-Париж-Берлин-Москва. Я стал смотреть совсем иначе на нашу планету, на ее масштаб и на роль космонавтики в жизни человечества.

Рождение сына

Признаться, до рождения Антохи я думал, что я такой кремень, что при необходимости смогу оставить жену и детей ради (пафос на максимум) покорения космоса. Но когда он только родился, и мне дали его в руки, то я понял, что вот для этого маленького мальчика, для него и для других таких как он, и нужны другие планеты. Для них и с ними.

Ковид и кислород в больнице сразу после рекордного запуска. Пропуска в Москву.

Я уже писал про то, что лечение в больнице от ковида научило меня “внимательно” дышать и не пугаться того, что нельзя вдохнуть прямо сейчас полной грудью. Но еще один момент хотелось бы сохранить в памяти.

Такси можно было тогда заказывать только с пропуском в Москву. Пачка этих пропусков с Госуслуг — как маска из того анекдота: “Однажды ты найдешь в кармане старого пуховика смятую одноразовую маску. И ностальгически улыбнешься…”

Пожар на установке

Первая версия датчика оптической плотности устроила пожар на установке 402.3 16 июня 2020 года. В датчике не снималось питание с сервопривода между измерениями, поэтому когда изношенный шприц заклинил серву, она продолжала давить и через какое-то время загорелась. Лаборатория осталась жива, установка почти не пострадала, но было страшно. Новый датчик, естественно, потом сделали с отключением питания сервопривода.

Участие в конкурсе Илона Маска

11 декабря 2021 вышла новость на ТАСС, что мы участвуем в конкурсе Илона Маска. Так все и было. Но потом началась СВО.

Сбор образцов микроводорослей на Камчатке

В 2021 и 2026 году по просьбе нашего биолога Павла Щербакова я собирал образцы микроводорослей на Камчатка. Как просил Павел, из загрязненных и техногенных мест. Думаю, что для местных жителей мои походы к лужам с зеленой водой выглядели странно, а в 2026 года — даже подозрительно.  

Переезды

Начался проект, который еще даже не назывался 435nm, в комнате моей квартиры на Чистых прудах, потом переехал в квартиру моей будущей бывшей жены в Тушино, оттуда в купленную квартиру в Павшинской Пойме, оттуда в прекрасную Лабу.Спейс на Мясницкую, оттуда в лабораторию Антона Александрова на Варшавку, 42, потом снова в Пойму, потом в Центр превосходства МГУ, потом в лабу “Рубежей Науки” на Тульскую. И каждый раз вещей было все больше и больше. Последний раз уже была целая газель.

Смены мест работы

Было неправильным не сказать, что за время проекта я занимался только им. Скажу больше, только при получении финансирования от “Рубежей Науки” я и мои коллеги занялись проектом на полную. А до этого я занимался запуском “Маяка” в космос, образованием в Московском Политехе, который университет, руководил созданием научной экспозиции в Политехе, который музей в Москве, консультировал разные проекты по космонавтике, работал главным конструктором в SR Space, создал с нуля отдел испытаний в “Спутниксе”, поруководил группой прочности в русском осколке Airbus и даже побыл техническим директором в ракетном стартапе. Как видите, я вел насыщенную научно-техническую и ракетно-космическую трудовую жизнь.

Вдох чистого CO₂

Летом 2026 года, когда я готовил испытания с маской из-за сбоя в работе датчика углекислого газа в контур к микроводорослям накачало почти чистый углекислый газ. Я открыл кран, ведущий к маске и приложил маску к лицу. Из маски пахло чем-то сладковатым. Я сделал осторожный вдох, все было ок, потом еще один и потом больше дышать не смог. Точнее, газ я вдыхал, но кислород не поступал в легкие. Никаких неприятных ощущений не было, я просто убрал маску от лица и перекрыл краны на магистралях, ведущих к ней.

Уже потом я прочитал, что чистый CO₂ имеет сладковатый вкус. Думаю, что чувствовал я именно его.

Съемки кино

В ходе проекта нас, команду, снял в короткометражном документальном кино Дмитрий Завильгельский. Получился фильм “Любители в космосе”, который вышел в 2019 году Сейчас ученица Завильгельского, Юлия Шульгина, делает фильм-окончание, полнометражный. Было интересно пускать киношников к себе домой, давать снимать сына трех дней от роду, летать с ними в мой родной городок на Камчатку и знакомить с моим отцом.

Надеюсь, что Юлия сделает классное кино!

Дафнии в колбе

Когда мы работали в лабе на Тульской летом 2025, наши соседи с кафедры ихтиологии МГУТУ им. К.Г. Разумовского (ПКУ), что на Шаболовской, дали нам несколько дафний, микроскопических пресноводных рачков, чтобы мы попробовали покормить их биомассой, получаемой с установки. Дафнии прекрасно себя чувствовали, даже давали потомство, но только до тех пор, пока все не разъехались в отпуска.

Анализ итогов проекта

Ура, это уже почти конец!

Попробую проанализировать результаты проекта 435nm.

Была ли достигнута поставленная цель? Сделали ли мы все, что хотели?

Нашли ли мы, участники проекта “Маяк”, занятие, которое было бы космонавтикой и которым можно было бы заниматься на Земле?

Однозначно — да. По современным представлениям, без замкнутых биосфер дальний космос не освоить, а мы создали и испытали на человеке современный прототип ключевого звена такой биосферы.

Смогло ли это занятие стать нашей работой, которая бы приносила бы деньги? Смогло, но не для всех и не на все время проекта. Так что на этот вопрос ответ скорее нет.

Провели ли мы обещанные испытания на человеке? Да, однозначно да. Испытания прошли при большой стечении людей и СМИ.

Развили ли мы область БСЖО в сравнении с тем, что было сделано в совесткое время? Я считаю, что да. Наша установка 403.4 весит не более 200 кг, имеет габариты 2 м х 2 м х 1 м и потребляет не более 1400 Вт электроэнергии. Это гораздо энергоэффективнее трех “Сиреней” с суммарным потреблением до 45 000 Вт.

Так что, я думаю, что десять лет усилий были не бесплодными. И мне приятно оглядываться назад и вспоминать как это было.

Литература

Что я советую посмотреть и почитать по теме нашего проекта и БСЖО в целом.

1. Монументальная книга №1. Мелешко, Е. Я. Шепелев «Биологические системы жизнеобеспечения (замкнутые экологические системы).

2. Монументальная книга №1. Цоглин Л.Н., Пронина Н.А. “Биотехнология микроводорослей”.

3. Наша статья Scherbakov, P.N., Shaenko, A.Y., Krivina, E.S. et al. A Novel Strain of the Microalga Micractinium thermotolerans VKM Al-430: Growth and Biomass Accumulation under Intensive Cultivation Conditions. Moscow Univ. Biol.Sci. Bull. 81, 67–76 (2026). https://doi.org/10.3103/S0096392525600772

4. Документальный фильм о нашем проекте https://www.culture.ru/live/movies/51544/lyubiteli-v-kosmose

5. Страничка на сайте сообщества “Твой сектор космоса” https://www.your-sector-of-space.org/435nm/

6. Страничка на сайте Бумстартера https://boomstarter.ru/projects/shaenko/435_nm_zhit_za_predelami_zemli/.

Огромное спасибо всем участникам проекта 435nm, всем болельщикам и критикам. Без вас бы ничего этого не получилось! 

И вот теперь можно точно, с чистой душой заявить, что десятилетний проект 435nm завершен!!! Ура!!!

Хронология

8 июня 2016 года. Знакомство с М.А. Левинских в ИМБП РАН. Начало проекта 435nm.

8 февраля 2018 года. Начало кампании по сбору средств на Бумстартере.

29 марта 2018 года. Успешное окончание кампании по сбору средств на Бумстартере.

август 2018 года. Завершено создание установки 401. Она признана неудачной.

май 2019. Начало сборки установки 402.3.

апрель 2020. Начало работ над адсорбционной установкой разделения воздуха.

май 2020. Завершено создание установки 402.3.

28 октября 2020 года. Выход установки 402.3 на удельную продуктивность 15-18 г/л/сутки.

4 февраля 2021 года. Начало написания статьи в рецензируемый научный журнал о достижении высокой продуктивности.

8 апреля 2021 года. Создано юридическое лицо ООО “Ви Кэн Флай”.

октябрь 2021 года. Окончание работы малой адсорбционной установки. Направление принято перспективным. 

июнь 2022. Начало создания адсорберов для установки 403.

ноябрь 2022. Окончание работ по созданию собственной адсорбционной установки. Работы приняты бесперспективными, принято решение использовать серийные кислородные концентраторы.

март 2023. Начало работ по созданию большой культивационной емкости для установки 403.

3 июля 2023 года. Ликвидировано юридическое лицо ООО “Ви Кэн Флай”.

март 2024. Получена первая самонесущая емкость для реактора 402.3, прототип емкости для реактора 403.

апрель 2024. Получено финансирование от Федора Цуна.

22 августа 2024 года. Запуск установки 402.3 с новой культивационной емкостью в Центре превосходства МГУ.

сентябрь 2024. Закончилось финансирование от Федора Цуна.

март 2025. Получено финансирование от “Рубежей Науки”.

17 июня 2025 года. Начало разработка учебного фотобиореактора 402.4 «Жасмин».

август 2025. Собрана демоустановка – офисный фотобиореактор.

октябрь 2025. Закончилось финансирование от “Рубежей Науки”.

октябрь 2025 года. Учебный фотобиореактор 402.4 «Жасмин» готов.

16 октября 2025 года. Работы по использованию кислородных концентраторов признаны безуспешными. Концентраторы исключены из установки 403, предназначенной для дыхания человека.

ноябрь 2025. Самонесущие емкости для 403 реактора признаны неудачной идеей.

21 ноября 2025 года. Проведена публичная демонстрация учебного фотобиореактора 402.4 «Жасмин».

январь 2026 года. Собрана установка 403.3. Испытана и признана бесперспективной

май 2026 года. Разработана финальная конструкция реактора 403.4.

4 июня 2026. Дыхание человека в течение 45 минут в помощью микроводорослей.

2 июля 2026. Публичная демонстрация работы фотобиореактора.

20 июля 2026 года. Публикация статьи .A Novel Strain of the Microalga Micractinium thermotolerans VKM Al-430: Growth and Biomass Accumulation under Intensive Cultivation Conditions в журнале Moscow University Biological Sciences Bulletin.

7 октября 2026. Выпуск отчета, окончание проекта 435nm.

Участники проекта 435nm в разное время

Руководитель проекта

Александр Шаенко, участник проектов “Маяк”, “Селеноход”

Биология

Маргарита Александровна Левинских

Юлия Дудина
Яна Половец

Павел Щербаков

Александра (Чернокова) Крупатина  

Виктор Горпинченко

Конструирование

Дмитрий Димитров, участник проекта “Маяк”

Мария Кузнецова, участник проекта “Маяк”

Сергей Калинкин, участник проекта “Маяк”

Михаил Лавров, участник проекта “Маяк”

Дмитрий Громов

Михаил Белокосков, участник проекта “Маяк”

Сергей Волгин

Анастасия Чепельникова

Алексей Петров

Виктор Русанов

Анастасия Осколкова

Александра Павлючкова

Александр Родионов

Электроника

Илья Тагунов, участник проекта “Маяк”

Антон Александров, участник проекта “Маяк”

Сергей Горгоц, участник проекта “Маяк”

Александр Габараев

Дмитрий Морозов

Станислав Чашин

Цеолит

Евгений Базарнов

Развитие бизнеса

Алексей Беляев

Александр Клопков

Иван Терешков

Владислав Киселев

Андрей Аникин

Федор Цун

Илья Чех, участник проекта “Селеноход” 

Юрий Власов