Марсианский экспресс

Автор: Олег Волошин

Опубликовано 04 марта 2010 года

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 "Марс-500"), 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 посетили¹, 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 годы².

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 быта космонавтов на МКС (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 – Apollo 13, экипаж смог вернуться на Землю. А у космонавтов, находящихся на борту МКС, в случае аварии 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, проводившихся 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 дадут³ 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 ограничивает выбор продуктов.

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 пока не планирует 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".

Примечания:

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 следы астронавтов. Совсем неверующие могут ещё заглянуть сюда.

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.