«Надо, чтобы он дышал, ходил в туалет, кормился, его развлекать нужно, чтобы он занимался физическими упражнениями», — сказал глава Роскосмоса Дмитрий Рогозин. Как ни удивительно, главный тормоз в освоении космоса — человек. И для дальних перелетов нужны не столько технические решения, сколько биологические... Как готовят космонавтов и возможно ли адаптировать землян к жизни вне гравитации?
По словам Рогозина, там, где не может справиться или отсутствует автоматика, нужно присутствие человека. В том числе, его нужно высадить на Луну, чтобы развернуть инфраструктуру для последующего освоения. Сейчас высадка запланирована на 2030-е годы, и ученые активно работают над адаптацией человеческого тела и сознания к условиям длительных межпланетных полетов.
Создание суперкоманды
Так, специалисты Института медико-биологических проблем РАН проводят 240-суточный международный эксперимент по имитации полета на Луну. «На Землю» экипаж вернется в июле.
Экипаж уже «долетел» до Луны, работает «на орбите», уже несколько раз «прилунивался» и выходил на «поверхность». Были смоделированы разные ситуации, в том числе аварийные. Например, было несколько деприваций сна — когда «космонавтам» сутками не дают спать.
Также экипаж, находясь в замкнутом пространстве, проходит психологические испытания. Психологи выделяют несколько этапов в развитии взаимодействия внутри замкнутых коллективов.
«От поверхностного общения, отстаивания каждым своих прав, поиска единомышленников до объединения вокруг общей цели и превращения просто рабочей группы в единую суперкоманду. Это мы наблюдаем и в эксперименте SIRIUS21», — сказал в интервью «Российской газете» директор Института медико-биологических проблем РАН Олег Орлов.
На психоэмоциональное состояние неизбежно влияет и физическое состояние. В космосе человек работает на пределе возможностей организма. Все органы и системы испытывают непривычные нагрузки под воздействием невесомости.
Юрий Гагарин был соавтором книги «Психология и космос». В этом издании описаны основные проблемы, с которыми столкнулся человек в космосе. Это воздействие невесомости и связанная с этим проблема депривации – сенсорной, когнитивной, эмоциональной, социальной.
«Остро стоит и проблема самоощущения человека, который знает, что от пустоты, от смерти его отделяет несколько миллиметров обшивки космического корабля. Он спит, бодрствует, выполняет какую-то работу, и все это время у него космос на расстоянии вытянутой руки — это создает очень высокую психологическую нагрузку», — рассказывал заведующий «Лабораторией когнитивных исследований в освоении космоса» ТГУ Дмитрий Баланев.
Также на человека негативно влияют постоянный шум от множества приборов и повышенная температура.
«Самое сложное, что при этом нужно решать задачи, которые, как правило, выходят за пределы компетенции обычного человека. Если на Земле инженер ограничен знанием узкой отрасли, в космосе он должен знать все и делать все. Все системы плотно расположены, большое количество технических устройств в тяжелых условиях эксплуатации, техника тоже работает в стрессовом режиме», — отметил Баланев.
При этом человек не может раздражаться и как-то выместить свой стресс, в том числе из-за физических рисков. Даже когда он прилетает на Землю, несколько месяцев должен проходить реабилитацию, избегая резких движений, просто потому, что кости в состоянии невесомости становятся хрупкими, и любое неосторожное усилие может привести к перелому.
Ученые ищут маркеры стресса — показатели, которые позволят понять, что космонавт больше не выдерживает нагрузки. Они могут быть различными. Например, изменение белкового состава мочи. Или изучение выдыхаемого человеком воздуха: изменения, которые происходят в организме, оставляют здесь «след».
Для поиска таких маркеров проводится еще один эксперимент. Человека погружают в большую ванну с теплой водой, но поверхность воды сверху покрыта водонепроницаемым материалом.
Это один из способов имитации ощущений невесомости. Такие эксперименты проводились от нескольких дней до полутора с лишним месяцев. Самый длительный — 56 суток. При этом испытуемых поднимали из ванны только раз в сутки, на 15 минут. За это время давали возможность помыться и сходить в туалет. Ели они прямо в ванне.
Раньше участвовали только добровольцы-мужчины. Два года назад ученые рискнули и провели первый в мире иммерсионный эксперимент с участием женщин, чей организм из-за циклических изменений еще более сложно справляется со стрессом и невесомостью.
«Когда ты лежишь в такой ванне, у тебя нет опоры, в отличие от кровати. Мозг-то видит, что вот он пол, вот потолок, люди ходят, но организм при этом не чувствует опоры никакой. Вот так и появляется эффект невесомости», — рассказывала участница эксперимента, сотрудница РКК «Энергия» Дарья Жидова.
Адаптироваться к невесомости?
На Земле на человека действует гравитация — сила притяжения.
Благодаря гравитации во время эволюции у человека развилась
костная и мышечная система, которая позволяет двигаться.
В невесомости, которая возникает в космическом полете, гравитации нет. Это аномальная среда для человека, на нее немедленно начинают реагировать все системы организма.
Атрофируются мышцы, понижается минеральная плотность костей, снижается объем жидкости в организме, возникает что-то вроде сильной морской болезни.
Еще больше проблем возникает, когда человек возвращается обратно на Землю, на него снова воздействует гравитация, а тело уже начало меняться, чтобы адаптироваться к невесомости.
Но чтобы искать способы поддержания организма, нужно получить на Земле «настоящую» невесомость. А это очень трудно. Например, самолет-лаборатория Ил-76МДК, в котором при чередовании подъемов и снижений возникает режим невесомости, она длится всего лишь 25-30 секунд.
Или взять гравитацию с собой?
Кроме поиска вариантов приспособления к невесомости, ученые ищут способы создания искусственной гравитации в дальних полетах. Ее можно обеспечить двумя путями. Первый: закрутить корабль или заставить вращаться его часть. Внутри этого вращающегося объекта за счет центробежных сил создается гравитация.
Но вестибулярный аппарат человека обязательно ответит на
постоянное длительное вращение. И его реакция может быть такой серьезной, что работоспособность космонавта окажется нулевой.
Другая возможность более прагматична — центрифуга короткого радиуса на борту станции. Космонавт помещается в нее лишь на какое-то время для восстановления кровообращения и функций других физиологических систем. В момент вращения, за счет все тех же центробежных сил, происходит перераспределение крови в направлении ног.
Такая центрифуга может стать очень серьезным элементом комплексной системы профилактики в межпланетных полетах. Сейчас этим активно занимаются во многих космических центрах. Ключевая задача — создание стенда на орбите.
Так, подготовительные расчеты обоснования такой конструкции раньше предпринимались для МКС кооперацией участников американского сегмента. Однако были приостановлены из-за высоких рисков динамического воздействия стенда на всю станцию.
Где брать еду?
Еще одна проблема межпланетных полетов — системы жизнеобеспечения. Пока в космической практике она строится на принципе регулярных грузовых поставок с Земли. Для межпланетной экспедиции это исключено.
Нужны некие самовоспроизводящиеся источники белковой пищи, необходимой человеку для продуктивной работы в экстремальных условиях.
На станцию «Мир» уже отправляли оплодотворенные яйца перепелов. Впервые в истории живые существа родились в космосе. Но, несмотря на первые успехи, до реальной мини-фермы еще очень далеко.
Однако на Луну доставлять провизию с Земли возможно. Значит, при условии адаптации души и тела к аномальным внеземным условиям, высадка отряда «рабочих» космонавтов на спутник через 10-15 лет вполне реальна.
