«Последний герой» в космосе: каким был бы 501-дневный полет на Марс?

Это очень смелый план, и связанные с ним вызовы огромны. Мультимиллионер Денис Тито (Dennis Tito) хочет направить пилотируемый космический аппарат для облета Марса, и для этого ему нужно будет найти деньги и соответствующее оборудование. Но, возможно, наиболее интригующим является то, что ему нужно будет подобрать двух человек, желающих совершить полет в космическом пространстве в течение 501 дня в капсуле, размер которой примерно сопоставим с небольшим грузовиком, развозящим мороженое.

Вопрос о том, как поддерживать здоровье астронавтов и их относительно нормальное настроение после того, как они покинут Землю, приковывает к себе внимание американской космической программы вот уже в течение 50-ти лет. Теперь проект «Вдохновение Марсом» (Inspiration Mars) добавляет определенную актуальность вопросу о том, как поддерживать астронавтов здоровыми и довольными в течение года или даже больше за пределами относительно безопасной околоземной орбиты.

Если человечество намерено стать космическим родом, как того явно хочет Тито, то это именно тот вопрос, которым следует заниматься. Космические путешественники вынуждены будут иметь дело со средой, которая будет воздействовать на них в диапазоне от молекул до психологии и физиологии.

Пока космические энтузиасты пытаются моделировать длительное космическое путешествие, и для этого участники экспериментов проводят несколько месяцев в ограниченном пространстве, чтобы понять, каким образом предотвратить превращение космической миссии в версию проекта «Survivor» с нулевой гравитацией. Ученые проводят эксперименты в земных лабораториях, а Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) использует Международную космическую станцию для изучения того, как космос воздействует на людей – от микрогравитации до отсутствия обычных циклов день-ночь.

Проект «Вдохновение Марсом» (Inspiration Mars) - если он на самом деле осуществится – будет, конечно же, не для слабонервных, особенно это относится к членам команды. 

«Когда они покинут планету Земля, то они уже не смогут выйти из этого автобуса», - шутливо заметила на презентации проекта в прошлом месяце Джейн Пойнтер (Jane Poynter), президент и соучредитель компании, работающей над созданием систем жизнеобеспечения для проекта «Вдохновение Марсом». 

В этой области отмечается невероятный прогресс – как в космосе, так и на Земле, и «все делается для уменьшения степени риска и создания условий для все более продолжительного нахождения человека в космическом пространстве», - подчеркивает Джеффри Саттон (Jeffrey Sutton), невролог из Байлорского университета (Baylor University), возглавляющий Национальный институт космических медико-биологических исследований в Хьюстоне (National Space Biomedical Research Institute).

Этот вызов, по его словам, состоит в том, что «вы имеете дело с очень здоровыми индивидами, которые направляются в очень опасную среду, где существует другой цикл смены дня и ночи».

Эта среда также в большей степени подвержена воздействию космической радиации, а прохождение сигнала может занять добрую часть одного часа. Однако проект «Вдохновение Марсом», в частности, сделал акцент на проведении длительного периода времени в тесном пространстве. Первоначальные планы предусматривают создание космического корабля и участие в полете двух человек – мужчины и женщины, которые будут помещены в своего рода одиночную камеру, если не сказать супружескую камеру, и они будут находиться в капсуле, объем которой составляет 33 кубических метра. Но даже больший объем для жизни и хранения необходимого оборудования не изменит ситуацию.

Для понимания того, как астронавты будут справляться с нахождением в подобного рода ограниченном пространстве, ученые и специалисты, занимающиеся подготовкой астронавтов, внимательно изучают не только прошлый опыт полетов и нынешних астронавтов, но также проводят наземные имитационные испытания, которые в некотором отношении приближены к существующим на Марсе условиям.

Так, например, раздражительность может вполне возникнуть из-за продолжительной изоляции, даже в том случае, если ваш «космический корабль» или «зона обитания» будут превышать гектар, отмечает г-жа Пойнтер, председатель  компании Paragon Space Development Corporation, расположенной в городе Тусон, штат Аризона.

Она входила в число восьми человек, которые провели два года и 20 минут внутри «Биосферы 2» - большой конструкции, расположенной с задней стороны горного массива Санта Каталина недалеко от Тусона.  Этот комплекс представлял собой эксперимент в области проектирования и использования замкнутой среды с наличием определенной доли искусственных экосистем, благоприятных для растений, животных и членов команды.

В концептуальном плане это было чем-то вроде большой среды обитания, которую можно было себе представить как основу поселения на Марсе. На практике она часто становилась средством превращения мухи в слона.

«Там отмечались колебания в настроении и депрессия», особенно во время перехода к третьей четверти миссии, вспоминает Пойнтер. «Мы разбились на враждующие группировки, что часто происходит. На самом деле, в течение примерно 18-ти месяцев нашего проекта некоторые члены команды почти не говорили с другими участниками, и ограничивались тем, что было необходимо для управления «Биосферой». Это могло был опасно, и это, несомненно, воздействовало на творческий подход, с помощью которого мы могли справляться с возникавшими вызовами».

Подобного рода опыт подчеркивает важность тщательного изучения и подготовки экипажа, а также тех людей, которые будут входить в число специалистов «центра управления этой миссии», отмечают эксперты.

Действительно, движение в направлении осуществления продолжительных экспедиций в дальнем космосе меняет требования, на которые будут обращать внимания члены отборочных комиссий в поисках астронавтов, считает Стейси Кьюзак (Stacy Cusak), возглавляющая главное управление подготовки астронавтов в расположенном в Хьюстоне Космическом центре НАСА имени Линдона Джонсона.

Астронавт другого типа

Это стало очевидным при переходе от двухнедельных миссий шаттлов к шестимесячному пребыванию на борту Международной космической станции. Короче говоря, астронавты должны были больше походить на МакГайвера (главный герой популярного американского телесериала «Секретный агент МакГайвер» - прим. перев.). Переход к межпланетным космическим полетам приведет к повышению значимости инициативы членов экипажа и их изобретательности – а также  к повышению значимости навыков сотрудников центра управления полетами, которые должны чувствовать, когда какому-то члену команды может потребоваться поддержка с Земли.

Г-жа Кьюзак является тем редким человеком, которому в некотором роде уже дважды удалось побывать на Марсе. Она провела две недели как член экипажа в ходе одного из организованных «Марсианским обществом» экспериментов по созданию аналога среды обитания на Марсе в пустыне штата Юта. Спустя семь лет она провела пять недель в составе команды в аналогичных условиях обитания на острове Девон в арктической части Канады.

В рамках этого имитационного проекта осуществлялась задержка в области связи, похожая на ту, с которой столкнутся члены экипажа во время полета на Марс – до 40 минут требовалось потратить участникам проекта на то, чтобы выяснить, есть ли кто-нибудь дома и снимет ли кто-нибудь трубку.

«Мы быстро привыкли к задержкам в коммуникации, и дистанция, которую вы устанавливаете в отношениях с командой, должна быть невероятно автономной. Члены команды полностью зависят друг от друга, если они хотят что-то сделать. Они не имеют возможности каждый раз ждать помощи из центра управления миссией», - подчеркивает Кьюзак.

Но это может также оказаться благом для центра управления полетом. По словам Кьюзак, в ходе обоих имитационных проектов «мне было очень интересно наблюдать за тем, насколько быстро складывается в голове установка «мы против них».

«Она приводит в качестве примера «случай с засорившимся туалетом» во время ее пребывания в ограниченном пространстве в штате Юта. Все нечистоты проникали в помещение, где проводился эксперимент.

«Это была на самом деле нижняя точка в ходе эксперимента», - говорит она. Команде нужны были водопроводные схемы, а также советы относительно их ремонта от группы поддержки. С точки зрения команды, группа поддержки реагировала слишком медленно или информация была неполной.

«Раздражение команды росло очень, очень быстро, и оно достигла такого уровня, что мы уже не хотели больше передавать им информацию, - говорит она. – Мы были готовы делать все это самостоятельно, а они пусть потом догадываются».

«Это были своего рода «бесплатные сбои» - кратковременные отказы, не учитывавшиеся во время тренировки, и именно они превращают имитационную экспедицию в урок, необходимый для планирования реальных полетов.

Опыт проживания в изолированном пространстве также показал критическую роль в успехе миссии, которую играет подбор команды. Недостаточно просто сформировать команду индивидов, умных и способных, отмечает Кьюзак. «Тот способ, с помощью которого вы формируете команду, также имеет огромное значение».

То же самое можно сказать о выборе лидера. В составе двух экспедиций «Марсианского общества», в которых она принимала участие, наиболее успешной оказалась та, которой руководил человек, державший команду в рабочем состоянии и сохранявший ее как коллектив. Он не прибегал к диктаторским методам и строго следил за равномерным распределением рабочей нагрузки, подчеркивает Кьюзак.

В определенном смысле можно обнаружить многие из этих характеристик в любой приличной книге, посвященной работе эффективного менеджера, считает Кьюзак.

«У каждого в голове имеются подобного рода намерения, - говорит она. – Однако на практике, особенно когда возникает стрессовая ситуация, начинают проявляться глубинные качества личности. Если вы живете рядом с одними и теми же людьми без всякого перерыва, то все эти  маленькие личные особенности только усиливаются».

В некотором отношении, возможно, будет легче преодолевать стресс во время космического полета, чем во время имитационных проектов на Земле, считает Тейбер Маккаллум (Taber MacCallum), соучредитель и главный директор по технологиям компании Paragon Space Technology Development Corp. Он также входил в состав команды, принимавшей участие в проекте «Биосфера 2», а в настоящее время он является мужем Пойнтер.

Во время проекта «Биосфера 2», вспоминает г-н Маккаллум, он смотрел на дверь шлюзовой камеры на пути во внешний мир и говорил себе: я не уйду через эту дверь. У астронавтов нет другого выбора, и они вынуждены оставаться в космическом корабле. В ходе бесед, которые Маккаллум, по его словам, имел с некоторыми российскими космонавтами, находившимися в течение долгого времени в космосе, они согласились с тем, что каждодневный выбор относительно того, остаться или уйти, является дополнительным стрессом. В настоящее время рекорд продолжительности космического полета человека принадлежит россиянину Валерию Полякову, который провел 437 дней на борту орбитальной станции «Мир» в 1994 -1995 годах.

Роль Международной космической станции

Проводимые на Земле имитационные проекты занимают свое место в изучении психологических аспектов в ходе межпланетных космических полетов. НАСА также принимало участие в проведении исследовательских работ в удаленном тренировочном центре на острове Девон. Однако главным инструментом НАСА для изучения возможного влияния на астронавтов  длительных космических полетов является Международная космическая станция.

Для этой цели НАСА и российское космическое агентство «Роскосмос» включили в состав экипажа Скотта Келли (Scott Kelly) и Михаила Корниенко для выполнения первой программы по пребыванию на Международной космической станции продолжительностью в один год. Они будут проверять аппаратуру и процедуры, предназначенные для выполнения межпланетных полетов, и примут участие в биомедицинских тестах, направленных на сохранение здоровья экипажа. Этот дуэт стартует ориентировочно весной 2015 года.

Космическая станция является уникальной лабораторией для понимания того, как тело человека реагирует на микрогравитацию. Эта область знаний проделала большой путь со времени первых полетов человека в космос, когда врачи экипажа беспокоились о том, что астронавты не смогут глотать в космосе или не будут неспособны переваривать пищу.

Человеческое тело развивается в условиях земной гравитации, и поэтому нахождение членов экипажа в течение долгого времени в условиях микрогравитации «представляется как довольно разрушительный тип изменений», - отмечает Джули Робинсон (Julie Robinson), специалист НАСА по программе использования Международной космической станции.

Однако, по ее словам, «это не является столь разрушительным воздействием, как люди полагали перед тем, как человек полетел в космос. Наши тела оказались намного более живучими, чем мы думали».

Один аспект, привлекший недавно внимание специалистов, связан с воздействием отсутствия полноценного света, а также циклов смены дня и ночи, которые могут повлиять на сон членов экипажа и эффективность их работы. Ранее в этом году ученые сообщили о результатах проведенного исследования сна среди шести членов команды, которые провели 520 дней внутри имитационной капсулы в московском Институте медико-биологических проблем Российской Академии наук.

Со временем нормальный режим сна начинал меняться, однако серьезность этих изменений была различной у всех членом команды. Детально проанализировав нарушения режимов сна, исследователи заметили, что специалисты, составляющие программу полетов, могут спланировать активность членов экипажа таким образом, чтобы сократить риски, возникающие из-за изменения режимов сна и влияющие на их работоспособность.

Исследователи разработали меры борьбы с давно известными нарушениями, в том числе с космической болезнью движения, а также с потерей на орбите костной и мышечной массы.

Однако у них не было достаточного опыта наблюдений за полетами продолжительностью от девяти до 12 месяцев для того, чтобы определить, что может произойти во время более длительного пребывания в космосе, отмечает доктор Робинсон.

Космические полеты способны также преподнести неприятные сюрпризы. За последнюю пару лет, по ее словам, некоторые члены экипажа испытали накопление жидкости в головном и в спинном мозгу, что приводило к ухудшению зрения, и эти отклонения могут иметь постоянный характер после возвращения на Землю, подчеркивает она.

Никто не наблюдал подобных изменений раньше, и сейчас это является самым большим риском для здоровья космонавтов на низкой околоземной орбите, подчеркивает сотрудник Национального института космических биомедицинских исследований доктор Саттон. Он добавляет, что подобного рода симптомы появились у 25% астронавтов мужского пола, работавших на Международной космической станции.

Космические лучи и солнечный ветер

Для полетов за пределы низкой околоземной орбиты и зоны защиты магнитного поля Земли радиация остается самой большой проблемой для здоровья, говорит Саттон. Галактические космические лучи – заряженные частицы и атомные ядра, разогнанные до высоких энергий, - двигаются во всех направлениях. Солнце также испускает частицы в виде солнечного ветра, а при более высоких энергиях возникает солнечная буря.

Пока единственный способ сократить степень уязвимости экипажа состоит в том, чтобы как можно быстрее провести этот полет и как можно основательнее защитить команду от источников излучений.

Джонатан Кларк (Jonathan Clark), доцент и специалист по нейрологии Байлорского университета и бывший врач экипажа НАСА считает, что в ходе предлагаемого Тито одноразового полета к Марсу пара его участников подвергнется повышенному риску смерти от рака, и эти показатели на 3% превысят тот максимум, который НАСА считает допустимым за весь период работы астронавтов.

Этот риск давнишний сторонник полетов на Марс Роберт Зубрин (Robert Zubrin), основатель и президент «Марсианского общества», сравнивает с риском, который был связан с полетами астронавтов по программе шаттл.

Первоначально эксперты НАСА считали, что риск потери шаттла и его команды составляет 1 к 100 000. В ходе осуществления 100 полетов НАСА потеряло два шаттла и 14 астронавтов. По мнению Зубрина, это свидетельствует о том, что увеличенный риск заболевания раком команды «Вдохновения Марсом» будет примерно сравнимым с риском астронавтов во время полетов на шаттлах.

Если программа «Вдохновение Марсом» завершится успешно, ее самым большим вкладом в межпланетные путешествия вполне может стать убийство космического эквивалента водяного дракона, скрывавшегося за горизонтом и подкарауливавшего моряков в средние века, отмечает он.

Боязнь этого дракона является самой большой проблемой для НАСА, а вовсе не сама радиация, отмечает Зубрин. Если проект «Вдохновение Марсом» завершится успешно, то «он сможет уничтожить этот страх. Тогда станет ясно, что это возможно».