Назад, в космическое будущее

В том, что «вторая космическая эра» неизбежна, не сомневается практически никто. Что станет ее основным свершением? Приведет ли она к колонизации Марса? Или Красную планету опередит голубая Венера? Какие задачи нужно решить, чтобы приблизиться к ответу на эти вопросы?

Кругом одни проблемы…

Для масштабного выхода человека в космос необходимо решить множество проблем, которые можно разделить на три основные группы.

1. Организационно-финансовые. Нужны кадры, нужны ресурсы, нужно очень много денег. Срок окупаемости вложений при этом составит, вероятно, даже не сотни, а тысячи лет. На такие сроки могут инвестировать средства даже не правительства, а только масштабные международные организации с альтруистической идеологией. На данный момент такие структуры отсутствуют.

2. Технические. Во-первых, надежность современных космических аппаратов оставляет желать лучшего – мы постоянно слышим о мелких поломках, вплоть до загадочных отверстий в корпусах. Но то, что сходит с рук на околоземной орбите, неизбежно приведет к катастрофе в открытом космосе. Во-вторых, перспектива пребывания человека в межпланетном и тем более межзвездном пространстве требует революционных решений в области систем жизнеобеспечения и/или крионики. В-третьих, скорость перемещения космических аппаратов требует как минимум десятикратного увеличения для того, чтобы путешествия по Солнечной системе укладывались в разумные сроки.

И здесь в XXI веке по сравнению с «первой космической эрой» 60-70 –х годов века ХХ был совершен очень важный прорыв. Это изобретение и распространение 3d-принтеров, в существенной степени решившее проблему запасных частей к различным агрегатам. Брать с собой запчасти на все случаи жизни физически невозможно, а вот сырье для их печати – совершенно другое дело, это принципиальное сокращение объема одной из самых значимых частей груза.

Врач-кибернетик, испытатель, руководитель пресс-службы Института медико-биологических проблем (ИМБП) РАН Олег Волошин приводит такой пример: «Чтобы поддерживать физическую форму, космонавты используют беговые дорожки. Но там висит много датчиков, и их провода мешают. И вот наши испытатели придумали себе держатели для этих проводов. Распечатали их на 3d-принтере, разместили, у них стало все хорошо, удобно и понятно». Дело за малым: приспособить 3d-принтеры к решению более масштабных задач.

3. Физиологические. Человек – существо чрезвычайно хрупкое даже по земным меркам (адаптивность, например, насекомых или многих ящериц не в пример выше). Уже сам выход на орбиту с его перегрузками противопоказан половине людей, но это только начало: впереди ультранизкие температуры, космическая радиация, гипогравитация (в просторечии невесомость), отсутствие привычного атмосферного давления, а в некоторой перспективе еще и инопланетяне, которые с наибольшей вероятностью будут существовать в виде микроорганизмов. Рука об руку с физиологией идет психология: долгие годы в абсолютно закрытом, неизменном коллективе, где невозможно даже уединиться, выдержит не каждый.

А теперь поговорим о некоторых из этих вопросов подробнее.

Межпланетный рюкзак

Что касается перелетов на дальние расстояния, то космические путешествия выгодно отличаются от земных практически полным отсутствием трения, что позволяет максимально использовать инерцию: разогнанный у Земли летательный аппарат может лететь к цели, почти не расходуя топливо. Но дело не только в «бензине», но и в наполнении корабля: человек сам по себе – существо, потребляющее немало энергии. На сегодняшний день, что бы ни говорил Джефф Безос об околоземных станциях, солнечные батареи не в состоянии обеспечить повседневной энергией более-менее крупный экипаж. Кстати, у Марса их эффективность станет еще ниже: он дальше от Солнца.

С проблемой нехватки энергетического ресурса столкнутся все будущие заводы на орбитах, астероидах, Луне. Возможно, на одной из будущих станций удастся запустить небольшую АЭС – это решило бы существенную часть вопросов.

«Еще в 1980-х годах ИМБП РАН разработал системы автономного жизнеобеспечения, но космическая отрасль оказалась не готова к ним. В результате мы очень много потеряли. Проблема начинает актуализироваться только сейчас, разные страны начинают пробовать свои автономные системы жизнеобеспечения в том или ином формате», – говорит Олег Волошин, врач-кибернетик, испытатель, руководитель пресс-службы Института медико-биологических проблем.

Однако это еще не все. К тому же Марсу надо брать с собой практически все, включая воздух, причем очень многие ресурсы в нескольких экземплярах. ИМБП РАН проводит довольно много экспериментов, моделирующих деятельность экипажа в условиях космического полета. И выявляются сложности буквально по всем пунктам. Вот, например, одежда. Сейчас космонавт носит её одноразово, меняя нижнее белье раз в неделю, а верхнюю одежду еще реже. После использования вещи не стирают, а утилизируют. Но в дальнем космическом полете это будет неоправданным расходом ресурса. Поэтому необходима космическая стиральная машина. Ее пока не существует. И так буквально по каждому пункту жизнеобеспечения.

Убийственные лучи

Международная комиссия по радиологической защите сообщает, что совокупная доза облучения в один зиверт приводит к 5,5% вероятности развития смертельного рака.

Благодаря отражающей способности магнитосферы Земли средний человек получает лишь 3,5 миллизиверта в год. Экипаж дальнемагистрального самолета, постоянно летающего в полярных зонах, ежегодно облучается на 6 миллизивертов. Допустимая доза облучения сотрудника атомной электростанции – 20 мЗв в год. У специалистов по ликвидации аварий на АЭС, то есть работников «горячей зоны», – 200 мЗв.

Космонавт на МКС получает те же 200 мЗв. И это при том, что половину времени он проводит на ночной стороне, где Земля и «хвост» магнитосферы защищают его от губительного излучения. В космическом корабле, летящем к Марсу и тем более к Венере, такой защиты не будет.

В 1970–80-х годах в СССР провели большой 16-летний эксперимент. Он был посвящен изучению влияния хронического радиационного излучения на собак. В течение трех лет (время полета к Марсу, пребывания там и дороги обратно) животные жили в условиях повышенного радиационного фона. А после этого за ними до естественного конца их жизни наблюдали, изучая. Исследования показали, что радиационная обстановка, в принципе, позволяет человеку долететь до Марса и обратно, но, безусловно, колонии на поверхности планеты делать нельзя – надо закапываться вглубь.

В августе 2024 года Дионисиос Гакис и Димитра Атри из Blue Marble Space Institute of Science (Сиэтл, США) опубликовали новые данные о защитных свойствах различных материалов в марсианском радиационном поле. Они продемонстрировали, что сочетание алюминия, определенных типов пластика и марсианского реголита может обеспечить вполне надежную долговременную защиту от опасного излучения. Возможно, это был самый важный за последнее время шаг к решению проблемы обустройства человека за пределами Земли.

Реголит – остаточный пылеобразный грунт на поверхности небесных тел, образовавшийся в результате выветривания. Хотя ветра как такового на Луне или Марсе нет, его заменяет постоянный поток высокоэнергетических частиц и микрометеоритов.

Без притяжения

Еще один очень важный фактор для жизни космических путешественников - гипогравитация. Человек «плавает» в пространстве, что приводит к большому количеству физиологических эффектов. Это снижение массы мышц из-за отсутствия естественной нагрузки. Это изменение костной структуры из-за выведения солей из организма – кости становятся хрупкими. На борту МКС есть целый набор тренажеров, есть нагрузочный костюм, который заставляет кровь стекать вниз, как это происходит на Земле.

Советский и российский летчик-космонавт, специалист по космической медицине Валерий Поляков провел в космосе 438 суток, установив и по сей день никем не преодоленный рекорд по продолжительности полета. За это время он поставил на себе уникальный эксперимент, выработав оптимальный режим тренировок, позволяющий поддерживать физическое состояние, при котором человек может вернуться на Землю в более-менее хорошей форме. Его эксперименты стали основой всей современной системы нагрузок для космонавтов. Но космонавты все-таки не совсем обычные люди, и режим их тренировок доступен не каждому.

Конечно, в условиях длительного пребывания в космосе хочется решить проблему глобально. Например, создать кольцевые вращающиеся аппараты, похожие на те, что изображают в фантастических фильмах. Если кольцевая структура будет вращаться вокруг центра масс, по периметру кольца появится гравитация. Пока технически это невыполнимо – в том числе и потому, что такая структура должна быть очень большой (хотя бы 500 м в диаметре). Но эксперименты ведутся.

Морозильник пока не готов

Краткость человеческой жизни – серьезное ограничение для межпланетных перелетов. Фантасты, конечно, давно придумали, как перевозить людей неограниченно долго на досветовой скорости – усыпить их методом быстрого охлаждения с последующим возвратом в нормальное состояние.

К сожалению, в реальности до такой технологии нам очень далеко. Есть природные примеры того, как примитивные организмы оживали после тысяч лет нахождения в вечной мерзлоте, есть успешные эксперименты с насекомыми, есть интересные результаты со свиньями, но на данный момент принципиальный вопрос защиты нейронов головного мозга от пагубных последствий переохлаждения решения не имеет.

Сила в единстве

В общем, проблем много. Если мы не можем приспособиться к жизни на Марсе, то, может быть, Марс приспособится к нам? Возможная адаптация планет к человеческим нуждам называется терраформированием. Разумеется, это крайне энергозатратная и долгоиграющая история, рассчитанная на сотни тысяч, а может быть, и на миллионы лет. Но не исключено, что в какой-то момент человечество сделает ставку именно на такой подход.

Больше всего, разумеется, говорят о Марсе. Он находится на дальней границе зоны обитаемости Солнечной системы. Что нужно человечеству – развитие атмосферы, сохранение тепла в ней, а также препятствие оттоку атмосферных частиц в открытый космос. В идеале – создание магнитосферы.

При этом совсем не обязательно делать эту атмосферу кислородной, главное – создать давление, при котором может существовать человек. У человечества есть уже заметный опыт насыщения собственной атмосферы парниковыми газами, и теоретически можно путем нагрева крайне разреженной нынешней атмосферы Марса насытить ее газами, пребывающими сейчас на поверхности в замороженном или жидком виде. При этом уплотнение атмосферы, в свою очередь, способствовало бы парниковому эффекту и дальнейшему нагреву, то есть это самовоспроизводящийся процесс. С какого-то момента люди уже смогут находиться на Марсе просто с кислородными баллонами, без скафандров с искусственным давлением, и это сильно упростит жизнедеятельность. А впоследствии завезенный на Марс фитопланктон начал бы высвобождать из парниковых газов заключенный в них кислород…

Зона обитаемости (она же – «зона Златовласки») вокруг звезды – область, в которой может существовать вода в жидкой форме. Именно в этих зонах астрономы ведут поиски признаков жизни, именно здесь находятся планеты, включенные в списки потенциально интересных для колонизации.

Не исключено, что негостеприимная Венера может оказаться более удобной для терраформирования, чем неплохо изученный Марс. Бо́льшая близость к Солнцу дает больше энергии на масштабные проекты, да и атмосфера у Венеры уже в наличии, даже избыточном (у поверхности давление в 93 раза больше земного). Предлагается забросить на Венеру микроорганизмы с хорошо рассчитанными свойствами, которые быстренько – за несколько сотен тысяч лет – зафиксируют в органических соединениях находящийся там в большом количестве углекислый газ и обогатят атмосферу Венеры кислородом. Это, в свою очередь, снизит парниковый эффект, благодаря чему температура поверхности Венеры понизится.

Но даже до точного теоретического расчета такой трансформации еще очень далеко: на данный момент исследования Венеры не ведутся. Когда во второй половине 2010-х экономическое положение в мире стабилизировалось, заговорили о международном венерианском проекте. Планировалось собрать на посадочный аппарат приборы разных стран, запустить «попрыгунчики», которые будут перемещаться по планете и передавать собранную информацию на «матку», а оттуда на Землю. Но сейчас, когда отношения между партнерами резко ухудшились, соглашение о сотрудничестве потеряло смысл. Россия не отказалась от Венеры, но будет заниматься проектом в одиночку или вместе с Китаем.

Как видим, космос и сам не слишком гостеприимен, а люди еще и усложняют себе задачу. На данном этапе развития технологий эффектные прорывы в неизвестное, конечно, возможны, но, скорее всего, пиара там будет куда больше, чем реального смысла. Общая целенаправленная работа по преодолению одной преграды за другой, думается, помогла бы уже через 10 лет направить к Марсу полноценную научную экспедицию с кратковременным пребыванием на планете и возвращением назад. Но космос – это такая сила, с которой можно совладать только объединенными усилиями держав. А доверие между земными государствами сейчас тает стремительно как никогда.

Поодиночке мы можем строить станции, летать на Луну, ставить эксперименты. Вместе мы смогли бы посетить Марс, исследовать Венеру, создать в недрах Луны постоянную колонию. Как говорится, почувствуйте разницу масштабов.

Будем оптимистами. Вторая космическая эра определенно не за горами. Любые противоречия рано или поздно преодолеваются, в том числе и ради достижения высоких целей. Человечество однозначно выйдет в космос – и на сей раз уже навсегда.

Михаил Мельников

Изображение на обложке: Freepik