Последний космический шанс - Антон Первушин

Допустим все-таки, что такую задачу удалось решить. Теоретики космонавтики считают, что нет никаких противопоказаний для замены силы тяжести центробежной силой. Подсчитано, что оптимальной скоростью вращения должна быть скорость 10 град/с с радиусом вращения 90 м – в этом случае искусственная сила тяжести приобретет величину, равную 0,25—0,35 g, чего вполне достаточно для устранения вредоносного воздействия невесомости на экипаж и биосферу корабля. Однако те, кто видит «панацею» в раскрутке корабля, обычно забывают о силе Кориолиса, которая проявляет себя именно в раскрученных системах. А ее проявления весьма неприятны: брошенный предмет относит в бок, вытянутая рука сама отклоняется в сторону.

Что если адаптация к такой среде окажется еще труднее, чем адаптация к невесомости? Может ли система искусственной «гравитации» гарантировать, что космонавты в таких условиях будут точно и быстро выполнять все необходимые операции?

На эти вопросы попытались ответить ученые НАСА. В 2004 году они начали серию экспериментов, чтобы понять, как мозг адаптируется к такой странной среде. Практически сразу было отмечено, что когда перед человеком, манипулирующим различными предметами и нажимающим на всевозможные кнопки, поставлена четкая задача, мозг мобилизуется и начинает компенсировать «неправильную» плывущую обстановку. Чем больше упражнений и усилий делает человек, тем быстрее он приспосабливается к новым условиям жизни. Причем после некоторого времени, проведенного во вращающейся комнате, люди вообще переставали чувствовать силу Кориолиса. Мозг автоматически, незаметно для сознания, вводил поправки в движения тела так, что человек не чувствовал дискомфорт. И наоборот, после возвращения в нормальный мир некоторое время человеку казалось, что кто-то тянет его руки в сторону – испытуемый не мог действовать нормально, словно эффект Кориолиса появлялся для него вновь, хотя тут-то его и не было. Но стоило только испытуемому включиться в целенаправленную работу, как мозг приходил в норму, и «фантом Кориолиса» исчезал без следа.

В ходе наземных испытаний установлено, что человек хорошо приспосабливается к вращению своего жилища со скоростью до 25 оборотов в минуту – этого должно с избытком хватить для создания вращающихся орбитальных станций и кораблей с искусственной «гравитацией». То есть результат обнадеживающий, однако опять же никто не может сказать, как все это будет выглядеть в условиях реального космоса. Следовательно, раньше или позже придется провести соответствующий эксперимент.

Имеются и другие опасные космические факторы, влияние которых на человека, животных и растения изучены крайне слабо. Ранее мы уже касались темы воздействия космических частиц. На Земле и низких околоземных орбитах мы защищены от этого воздействия незримым толстым «щитом» магнитных полей, задерживающих космические частицы в радиационных поясах. В межпланетном пространстве от потока частиц космонавта защищает только тонкая стенка корабля.

Чтобы разобраться, какие дозы радиации опасны, воспользуемся устаревшей, но весьма наглядной единицей измерения – биологическим эквивалентом рентгена (бэр, rem). Один бэр соответствует такому облучению живого организма, при котором наблюдается тот же биологический эффект, что и при получении дозы гамма-излучения в один рентген. Для работников атомных электростанций, которые постоянно работают с источниками ионизирующих излучений, медицинскими нормативами установлен предел в 30 бэр в год, что на два порядка выше естественного фона у поверхности Земли. Для советских космонавтов был установлен норматив 150 бэр в год, причем однократная доза «оправданного риска», которую космонавт мог получить, например, при выходе в открытый космос в условиях солнечной вспышки, не должна превышать 50 бэр (к развитию лучевой болезни гарантировано приводит однократная доза в 100 бэр). Сегодня установлены более жесткие нормативы: для российских космонавтов – 66 бэр в год, для американских астронавтов – 50 бэр в год. В реальности космонавты, работающие на МКС, «набирают» от 0,1 до 0,8 бэр в сутки, что с учетом неравномерности получаемых доз считается приемлемым. Во время рекордной по интенсивности вспышки на Солнце, которая произошла 20 января 2005 года, экипаж МКС «поймал» по одному бэру, что примерно соответствует облучению во время посещения рентгеновского кабинета.

Но это на орбитальной станции, которая имеет неплохую защиту и прикрыта магнитным полем Земли. Что будет с дозой и космонавтами в дальнем космосе, если произойдет сравнимая по мощности вспышка? Точно не может сказать никто.

Считается, что если бы в момент этой вспышки космонавт находился на Луне, то он получил бы довольно серьезную дозу: 35 бэр внутри корабля и 400 бэр в скафандре на поверхности – последняя названная доза, как видите, почти неизбежно привела бы к лучевой болезни со смертельным исходом.

Впрочем, даже без вспышек экипаж межпланетного корабля будет подвергаться воздействию солнечных и галактических лучей. Чтобы определить степень угрозы для марсианской экспедиции, на «Кьюриосити» был установлен специальный прибор RAD (Radiation Assessment Detector), который фиксировал интенсивность радиации на протяжении всего перелета к красной планете и после высадки на ее поверхность (удивительно, но такое важнейшее для дальнейшего развития пилотируемой космонавтики исследование проводилось впервые!) Результаты внушают надежду: на трассе перелета Земля – Марс среднесуточная доза радиации составила 0,18 бэр, причем вклад галактических лучей достигал 97 %. Исходя из этого специалисты рассчитали эквивалентную дозу для реалистичного с использованием современной техники полета человека к Марсу и обратно продолжительностью в один год. Она оказалась 66 ± 12 бэр, что выше норматива американских астронавтов, но соответствует нормативу российских космонавтов. Получается, что если в течение экспедиции не случится каких-нибудь особо интенсивных вспышек на Солнце, то радиационное воздействие не может считаться серьезным препятствием для осуществления межпланетного рейса.

Однако следует помнить, что радиация оказывает вредоносное воздействие не только на людей, но и на животных, и на растения. Скажем, биологи установили, что наиболее подходящими растениями для космической оранжереи являются картофель, фасоль, свекла и салат, – но эти же растения оказались наименее устойчивы к ионизирующей радиации.

Еще меньше, чем о воздействии радиации, известно о том, как повлияет на наши организмы длительное нахождение вне геомагнитного поля (гипомагнитная среда). На Земле все организмы находятся в магнитном поле, мы появились и эволюционировали в нем. Наши жизненные ритмы напрямую связаны с его естественными колебаниями и наложенными на них переменными магнитными полями, обусловленными изменениями в ионосфере и магнитосфере. Величина магнитного поля в межпланетном пространстве и на Марсе будет соответственно в 100 тысяч и 10 тысяч раз меньше, чем на Земле. Уже имеются данные о неблагоприятном влиянии пониженного магнитного поля на жизнедеятельность человека. В частности, выявлены неблагоприятные функциональные сдвиги в нервной, сердечно-сосудистой и иммунной системах. Очевидно, придется спроектировать, построить и испытать некую систему, которая создавала бы на межпланетном корабле магнитное поле, близкое по напряженности полю Земли, одновременно защищая экипаж от космического излучения. Однако эта задача с точки зрения технического воплощения будет посложнее искусственной «гравитации». Расчеты показывают, что для эффективной электромагнитной защиты корабля объемом 100 м3 понадобится соленоид диаметром четыре метра и длиной два метра, причем его потребляемая мощность составит 2 000 мегаватт! Где взять такую бездну энергии, если перспективный реактор Исследовательского центра имени М. В. Келдыша, о котором мы говорили выше, будет давать всего лишь один мегаватт? Похоже, все-таки придется обойтись классической защитой – толстыми стенками корабля, которые хоть и утяжелят его, но не будут требовать огромной энергии. Что касается биологической «зависимости» от магнитного поля, то этот вопрос требует изучения – на Земле и в космосе.