Марсианский экспресс
Олег Волошин
В детстве я с удовольствием читал разные фантастические повести и рассказы, в которых отважные герои всячески пытались добраться до звезд. В некоторых из них люди, волею автора, действительно перемещались в пространстве, однако были и такие произведения, где весь полёт, оказывается, проходил в наземных лабораториях под тщательным наблюдением экспериментаторов, хотя сами герои были уверены в том, что летят к звездам. Я очень переживал за обманутых звездоплавателей, и думал о том, что было очень неправильно проводить подобные эксперименты на людях.
Однако жизнь — забавная штука. Прошло много лет, и я оказался одним из участников подобного эксперимента (под названием " "), где 6 добровольцев «летят» в наземном бункере к Марсу. К слову, этот проект входит в российскую космическую программу.
Трудный путь к Марсу
Не будем произносить патетические слова о том, что человек всегда стремился в космос — сегодня это и так очевидно. Однако пилотируемая космонавтика (в отличие от автоматической) на сегодняшний день (спустя почти 50 лет после полета Гагарина) так и не ушла дальше орбиты Земли. Нет, конечно, Луну американцы всё же посетили , но это лишь наш ближайший спутник, а не другая самостоятельная планета или, тем более, звезда.
Так что же нам, людям, мешает пересечь пустоту между планетами, ведь космические станции летают к Марсу, Венере и другим объектам солнечной системы практически каждый год? Мешает, прежде всего, расстояние. Это вам не до Луны долететь за две-три недели — до воинственного соседа минимум 250 дней пути (и это только туда, космонавты всё же надеются на возвращение, так что добавляем ещё столько же на обратный путь). И если для автоматической станции, запущенной к Марсу, год-другой пройдет в блаженном сне, то люди будут вынуждены бодрствовать — мы все ещё не умеем укладывать человека в состояние, аналогичное зимней спячке медведей, не говоря уже об анабиозе.
Другим, не менее важным фактором, является отсутствие радиационной защиты — межпланетные зонды подвергаются облучению гораздо сильнее, чем те, что кружат вокруг Земли, под защитой её магнитного поля. Кстати, отсутствие магнитного поля само по себе является проблемой для земного организма и тоже представляет угрозу при длительных межпланетных перелетах. А вот невесомость сегодня уже не является проблемой — система медицинской профилактики, применявшаяся на станции «Мир» и применяющаяся сегодня на МКС, позволяет космонавтам проводить в невесомости месяцы и годы .
Ещё одной большой проблемой является длительная изоляция нескольких человек в ограниченном замкнутом пространстве космического корабля. Во многих фантастических фильмах герои летят в огромных и просторных кораблях, имея в личном распоряжении чуть ли не по несколько комнат, однако реалии совершенно другие — достаточно посмотреть на фотографии (которая сегодня является самым большим внеземным объектом, построенным руками человека), чтобы понять — там всё-таки тесновато.
Интерьер и объемы межпланетного экспедиционного комплекса, разрабатываемого Роскосмосом, примерно соответствуют тому, что существует сегодня на МКС. А раз так, то космонавты фактически не смогут жить наедине и будут вынуждены проводить большую часть времени в компании одних и тех же людей, которые за пару лет вполне могут поднадоесть.
Точный трёхмерный макет марсианского комплекса
И, наконец, ещё одной (но, увы, не последней) трудностью является полная и окончательная автономность межпланетного экипажа. Непосвященному человеку может показаться, что все космонавты находятся в подобной ситуации, однако это не так — даже во время самой неудачной миссии Apollo — , экипаж смог вернуться на Землю. А у космонавтов, находящихся на борту МКС, в случае есть возможность дождаться транспортного корабля, который вернет их в родные пенаты. В случае же с межпланетным полетом к тому же Марсу, это уже невозможно — слишком велики расстояния. Кстати, запасы воздуха, воды, продовольствия и других, необходимых для жизни вещей, регулярно пополняемые на МКС, в межпланетное путешествие тоже придется брать сразу на всю дорогу, и туда, и обратно.
Другая сторона автономности — это полная свобода в принятии решений. Сегодня космонавт, находящийся на орбите, живет по программе, разработанной и корректируемой с Земли. Более того, всяческие неполадки, сбои в работе оборудования и прочие неприятности обсуждаются с ЦУП’ом, где, собственно, и принимается решение о том, что должен делать космонавт. Я не утрирую — к примеру, иногда приходится объяснять, где находится тот или иной разъём на аппаратуре, как его подключать и что делать, если он не работает.
Внешний вид реального комплекса
В случае же межпланетного полёта все решения (и контроль за их выполнением) будут приниматься и выполняться самим экипажем. А так как от этого будет зависеть не только выполнение миссии как таковой, но в первую очередь — жизнь космонавтов, то степень ответственности за любое, мало-мальски серьёзное решение возрастает многократно. Даже банальный распорядок дня, и тот требует постоянной корректировки, так как в случае нарушения может привести к нервному и физическому истощению, и как следствие — к проблемам со здоровьем, что в условиях автономности крайне нежелательно.
Да, не стоит забывать, что к автономности относятся и ограничения по связи — на максимальном удалении задержки будут составлять до 20 минут в одну сторону, так что на ваше «алло» ответ вы услышите только через 40 минут. Фактически, все общение будет сводиться к пакетной передаче сообщений, а не к прямой трансляции, как это происходит при разговоре с космонавтами, находящимися на борту МКС.
Теперь возвращаемся к проекту «Марс-500». Чтобы выяснить, как именно повлияют все вышеперечисленные факторы на экипаж марсианской экспедиции, нужно провести модельный эксперимент. В одном-единственном эксперименте, не выходя за некие разумные рамки (в том числе и финансовые), смоделировать все вышеперечисленные проблемы невозможно. По этой причине приходится не только проводить несколько экспериментов, но и делать некоторое неизбежное упрощение экспериментальной модели. Поэтому в рамках проекта «Марс-500» проводится несколько экспериментов — наиболее известной является серия изоляционных экспериментов, проводимых с участием людей в Институте медико-биологических проблем (ГНЦ РФ — ИМБП РАН). На сегодняшний день проведено два из трёх запланированных экспериментов — длительностью 14 и 105 суток соответственно. В ближайшие месяцы начнется третий, самый длительный — 520 суток. Именно он будет соответствовать по длительности полету к Марсу (рассчитанному, исходя из наиболее выгодных расположений Земли и Марса относительно друг друга).
Оранжереи проверяют перед установкой в экспериментальный комплекс. В данном случае это происходило за два дня до начала 105-суточной изоляции
Напрашивается вопрос — а кроме длительности будет ли ещё что-то соответствовать условиям полёта?
Будет. Строго говоря, 520-суточная изоляция — это модельный эксперимент, и как любая модель, он имеет ряд допущений, условностей и приближений. Так, в нём не будет учитываться воздействие радиации, отсутствие магнитного поля и невесомости (впрочем, о ней — чуть ниже). Зато будет изоляция, монотонность, ограниченность ресурсов (в том числе — контроль расхода воды и кислорода), контроль состояния среды обитания, внештатные ситуации, задержки связи, «выход» и работа на поверхности Марса. Эти новые факторы (а вернее — их комплексное воздействие), и будут отличать его от множества других изоляционных экспериментов, в России ещё с 60-х годов прошлого века.
Жизнь взаперти
Итак, испытатели отобраны и заперты в объекте. И что, думаете, теперь для них начинается райская жизнь?
Во-первых, надо понимать, что за просто «посидеть» много денег не дадут с момента закрытия шлюза у испытателей фактически начинается новая работа, которая будет длиться 24 часа в сутки и 7 дней в неделю — без выходных и отгулов. Хотя, безусловно, в распорядке дня испытателя будет и личное время, и возможность отметить праздники (дни рождения, Новый год и национальные красные дни календаря). Во-вторых, во всех помещениях комплекса (за исключением личных кают и туалетов) стоят видеокамеры, которые ведут круглосуточное наблюдение за жизнью "в бочке". Они нужны не для шоу, а для контроля и безопасности. Кстати, все изображения с камер будут видны и самим испытателям — в рубке управления каждый день будет сидеть дежурный, который тоже должен будет следить за тем, что происходит в модулях.
Основная часть работы экипажа — это выполнение научных экспериментов. Для того чтобы работа была выполнена качественно, всех членов команды фактически обучают профессии лаборанта-исследователя — в течение двух месяцев до начала эксперимента они будут изучать все методики, которые планируется использовать за время 520-суточной изоляции. Даже простая еда, и та является частью сложной экспериментальной методики, в которую входит, в частности, разработка рациона питания. Ведь часть пищи-то должна храниться в течение почти двух лет, что заметно .
Кандидат учится выполнять стыковку транспортного корабля «Союз» с МКС. И ручки управления, и вид на экране — все в точности соответствует тому, что видит настоящий космонавт. Эти тренировки входят в программу подготовки как настоящих космонавтов, так и участников 520-суточной изоляции
520-суточная изоляция будет разделена на три основных этапа — 250 дней полета до Марса, 30 дней работы на его поверхности и 240 дней обратной дороги. Кстати, работа на поверхности Марса будет не фигуральная ("вышел-посмотрел"), а вполне реальная — в скафандрах (специально разработанная облегченная модификация, выполненная на базе скафандра "Орлан"). Также предполагается управление специальным марсианским ровером, который будет собирать образцы и устанавливать научное оборудование. На текущий момент имитатор марсианской поверхности выглядит немного скучновато, однако сейчас рассматривается вариант по дооснащению комплекса системами 3D-визуализации.
Невесомость на Земле
По поводу моделирования невесомости в эксперименте «Марс-500» хочется сказать отдельно. Невесомость (или по-научному — микрогравитация) в космосе — это не только потеха и возможность полетать, это ещё и большие нагрузки на организм человека. В земной жизни на нас с вами действует вектор гравитации, который а) заставляет работать мышцы, поддерживающие позу, и б) заставляет жидкости организма (кровь и лимфу) стремиться вниз, к ногам. В «небесной» же жизни такого вектора нет, и поэтому мышцам поддерживать нечего, а кровь уже никуда не стремится. Мышцы от такого безделья спустя некоторое время начинают атрофироваться и космонавт, без должной профилактики, по возвращении с небес на землю просто не способен самостоятельно двигаться. Что касается жидкости, то при отсутствии гравитации те системы, которые обычно удерживают её в верхней части тела, противодействуя массе, теперь фактически выталкивают кровь вверх (от чего, кстати, на фотографиях у космонавтов лица слегка отекшие). И при отсутствии должной профилактики это все не лучшим образом сказывается на сердце, легких и головном мозге.
Один из российских кандидатов проходит фоновые исследования лёгочной и сердечно-сосудистой систем
Мы пока не умеем в земных условиях воспроизводить микрогравитацию в полном объёме (за исключением нескольких десятков секунд при выполнении специальных маневров на самолете, когда космонавтов обучают управлять телом в невесомости). Однако часть эффектов смоделировать нам вполне по силам. Так, воздействие невесомости на мышцы моделируют с помощью водной иммерсии (испытатель в течение нескольких дней лежит в специальной ванной, наполненной водой), а на жидкость — путем переворачивания человека вниз головой (не пугайтесь — отрицательный угол наклона поверхности, на которой лежит испытатель, составляет всего от 6 до 12°, в отдельных случаях — до 35°). Данная методика называется АНОГ — антиортостатическая гипокинезия. Ваш покорный слуга, кстати, участвовал в роли испытателя и в тех и в других экспериментах — вполне переносимо.
В эксперименте всё по-взрослому, даже есть свой собственный зал в ЦУП (г. Королев). Этот зал раньше использовался для взаимодействия со станцией "Мир"
Так вот, в эксперименте «Марс-500» будут воспроизводиться эффекты воздействия невесомости на жидкие среды организма. Для этого те испытатели, которые будут высаживаться на Марс, в течение всего времени пребывания на поверхности «планеты» будут спать на кровати с отрицательным уклоном, а днём — ходить в специальных костюмах «Кентавр», которые будут сдавливать ноги, и тем самым выталкивать жидкость вверх. Экспериментаторам это позволит оценить возможность работы в скафандрах после длительного пребывания в условиях микрогравитации.
Сравнительно недавно глава Роскосмоса, Анатолий Перминов, сказал, что Россия пилотируемых полетов к Марсу, так как ещё не решено множество проблем. И проект «Марс-500» — это один из множества необходимых шагов, которые нужно сделать, чтобы суметь выбраться из "колыбели".
1. И хотя многие почему-то не верят в это, тем не менее, на снимках Луны высокого разрешения, сделанных камерой Лунного Орбитального Разведывательного аппарата (LROC) на борту Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), можно увидеть . Совсем неверующие могут ещё заглянуть . []
2. Российский космонавт Валерий Поляков, проведший на станции «Мир» 437 суток 17 ч 58 минут, вернулся на Землю живым и здоровым. []
3. Участники 105-суточной изоляции получили в среднем по 15 тысяч евро, то есть почти по 5000 € в месяц. []