SIRIUS-23: путь в космос начинается с Земли. Что такое космические изоляционные эксперименты?

Космос — это бесконечный простор для исследований, где небольшое открытие может стать началом новой эры в истории человечества. Однако современные эксперименты на МКС требуют значительных затрат времени и ресурсов. Поэтому некоторые из них проводят на Земле, с воссозданием космических условий.

Например, изоляционные эксперименты. Недавно в России завершился один из таких экспериментов, SIRIUS-23, продолжавшийся 366 суток. В нашей статье мы расскажем, что представляют из себя космические изоляционные эксперименты, вспомним самые известные из них и пообщаемся с «вернувшимися на Землю» участниками миссии SIRIUS-23.

Что такое космические изоляционные эксперименты?

Космические изоляционные эксперименты — это исследования, в ходе которых участники на некоторое время оказываются в условиях, имитирующих пребывание в космическом пространстве или на другой планете. Такие эксперименты помогают ученым:

• лучше понять, как обеспечить безопасность и комфорт людей во время космических миссий;
• разработать стратегии для будущих исследований космоса;
• испытать новые виды исследовательского оборудования;
• отработать технологии проведения исследований в условиях орбитальной станции;
• выявить проблемы группового взаимодействия и лидерства внутри космического экипажа.

Уже на заре эры покорения космоса такие эксперименты стали неотъемлемой частью космических программ. Инициатором их проведения в СССР был советский ученый, конструктор ракетно-космических систем Сергей Королев, который был уверен, что, перелет человека на планеты Солнечной системы должен состояться в минимальные сроки. Так, Королев рассчитывал, что время полета на Марс составит один год, и планировал отправить в путь первый марсианский экипаж в 1974 году.

Однако для поддержания жизни экипажа в течение столь длительного времени полета необходим был бы багаж слишком большого веса, переместить который прежняя космическая техника не могла. Удачным выходом из ситуации могла стать так называемая замкнутая система жизнеобеспечения. То есть нужно было научиться восстанавливать воздух и воду из отходов, а пищу сублимировать и обезвоживать. Были разработаны соответствующие технологии. Но открытым оставался главный вопрос: смогут ли космонавты выжить в таких условиях?

Год в звездолете

Поиском ответа на него стал изоляционный эксперимент, который начался в 1964 году, длился 12 месяцев и носил название «Год в земном звездолете». Экипаж для первого «полета» на Марс отбирался тщательно. С одной стороны, у участников эксперимента должно было быть отличное здоровье, в том числе психологическая устойчивость. С другой, участников подбирали по «принципу несовместимости», чтобы провести так важные психологические исследования «на грани возможного».

В итоге отобрали троих добровольцев, которым предстояло не только выжить в тщательно смоделированных условиях полета, но и провести на борту «космического корабля» целый ряд научных экспериментов.

Самый молодой член экипажа — 24-летний механик Борис Улыбышев — отвечал за работу аппаратуры и техники. 29-летний биолог Андрей Божко занимался оранжереей. Герман Мановцев — командир «корабля», 31-летний врач, имел опыт участия в кратковременных тестовых изоляционных экспериментах.

Эксперимент был сверхсекретный, поэтому даже семьи участников не знали о происходившем. Годовое отсутствие исследуемые объяснили командировкой на Полюс. Связи с внешним миром у них тоже не было.

Условия на борту соответствовали реальным. По сути, «космический корабль» представлял собой герметичную камеру из стали, внешне напоминающую бочку. Четыре метра в длину, три в ширину. В этом крошечном пространстве расположились стол, плита, медицинское оборудование, велоэргометр для физических тренировок, три откидных полки для сна. Три кровати располагались друг над другом, спальными местами менялись каждые 10 дней из-за того, что кислород распределялся в «бочке» неравномерно.

Воздух и вода восстанавливались из отходов, то есть воду участники получали из мочи и конденсата. Принцип поддержания нормального состава воздуха происходил искусственно: выдыхаемый углекислый газ направлялся в блок утилизации. Водород в реакции с кислородом углекислого газа образовывал воду, которая разлагалась, и кислород поступал обратно в термокамеру. На каждого «космонавта» полагалось ведро воды один раз в 10 дней. Полноценного душа не было, но можно было периодически протирать тело влажным полотенцем. Меню из сублимированных продуктов повторялось каждые пять дней и было урезанным.

Помимо бытовых сложностей, членам экипажа регулярно «подкидывали» проблемы в «полете». Например, 10-суточную аварийную ситуацию, когда температуру в камере повысили до 30 градусов, а влажность воздуха — до 90%, при этом резко снизили содержание кислорода, исключили из рациона горячую пищу, а норму питьевой воды уменьшили в два раза.

Моделировались и психологические «аварии»: например, кому-то из участников давалось больше привилегий, чем другому. Учитывая, что «членов экипажа» подбирали по принципу психологической несовместимости, неудивительно, что и конфликты вспыхивали один за другим.
Впоследствии, даже после завершения эксперимента испытуемые, продолжая работать в одном институте, не общались между собой — настолько повлияла на них психологическая нагрузка, полученная в ходе «полета». Однако, несмотря на то, что каждый из них имел право выйти из эксперимента в любой момент, не объясняя причин, все трое выдержали его до конца.

Таким образом, была подтверждена возможность обеспечения длительной жизнедеятельности человека в замкнутом пространстве ограниченного объема при регенерации атмосферы и воспроизводстве потребляемых воды и кислорода.

«Биосфера», не долетевшая до Марса

Космические изоляционные эксперименты проводились и за рубежом. Один из наиболее известных, «Биосфера-2», был запущен в США в сентябре 1991 года в окружении семи разных биомов - крупных систем с индивидуальными климатическими условиями, растительным и животным миром - и был направлен на исследование жизни человека в замкнутой экосистеме на полном самообеспечении и практически без взаимодействия с внешним миром в течение 2 лет.

Однако случилось непредвиденное: уже спустя год критически снизилось количество кислорода в камере, хотя, по предварительным расчетам, его должно было бы быть в избытке. Позже оказалось: часть углекислого газа впитывали бетонные конструкции, на которых держались купола, что мешало выработке кислорода растениями.

«Марс-500»

Уникальный научный эксперимент 1967 года, несмотря на свое успешное завершение, тем не менее, оставил после себя нерешенные научные вопросы. К тому же его результаты около 40 лет хранились под грифом «совершенно секретно».

Лишь в 2010 году эксперимент решено было повторить. К тому времени изменилось космическое оборудование, новые расчеты позволяли предположить, что полет на Марс и обратно займет больше года, а именно 520 суток.

В отличие от эксперимента 1967 года, новый «полет» стал международным. В путешествие отправились 6 «космонавтов»: трое из России и по одному из Франции, Италии и Китая, все со свободным уровнем владения русским и английским языками.

Испытателям «Марса-500» не было необходимости преодолевать такие стрессы, как их предшественникам из СССР. Ставка в эксперименте была сделана на максимальную психологическую совместимость экипажа. У каждого «космонавта» была отдельная каюта, еда и вода также были в достаточном количестве.

Главный акцент эксперимента был смещен. Если в 1967 году имитировался главным образом сам «полет», то в ходе эксперимента 2010-го участники эксперимента делали «высадку» на Марс: выходили на имитатор марсианской поверхности, проводили сбор образцов с использованием специального инструментария, исследовали поверхность с помощью дистанционно управляемого марсохода и т. д.

Для решения проблем выработки и поддержания профессиональных навыков в полете использовались различные космические тренажеры, например, бортовой компьютерный комплекс «Пилот» для тренировок операций по стыковке. Помимо этого, применялись новые передовые технологии, например, технология виртуальной реальности. Применение компьютерных технологий позволило более точно представлять трудно моделируемые или недоступные специфические условия при выполнении операций в ходе экспедиций.

SIRIUS-23. История и результаты

Своего рода продолжением проекта «Марс-500» стал эксперимент SIRIUS, в рамках которого ученые моделируют космические полеты с целью изучения медико-биологических и психологических проблем, связанных с изоляцией человека в ограниченном пространстве. Однако в новом эксперименте исследователи и испытуемые прорабатывают сценарий полета и высадки на Луну. В SIRIUS состав экипажа впервые стал гендерно смешанным. Первый этап изоляционного проекта SIRIUS проводился в 2017 году и продлился 17 суток, второй этап — 120 дней в 2019 году, третий — 240 суток в 2021 году, и последний в 2023 году, ровно год.

В реальном времени долететь до Луны и связаться со станцией можно за 4 суток. Почему же изоляции в проекте SIRIUS так сильно превышает это время? Причина в том, что суть эксперимента SIRIUS шире, чем у его предшественников. В ходе эксперимента ученым нужно не только изучить поведение человеческого организма в замкнутом пространстве в ходе длительного пребывания в космосе, но и отработать ряд посадок на лунную поверхность и нештатные ситуации, провести научно-технические исследования.

Проект SIRIUS проходит на базе Медико-технического Наземного экспериментального комплекса ИМБП РАН, созданного для проведения модельных исследований космических полетов разной продолжительности (свыше 500 суток) и сложности.

Участие в эксперименте SIRIUS в качестве испытателей-добровольцев могут принять потенциально здоровые люди 28 - 55 лет c индексом массы тела между 18,5 и 30 и ростом не более 180 см, имеющие высшее образование и предрасположенность к одной из «космических» ролей. Подать заявку мог любой желающий на официальном сайте эксперимента.

Членами экипажа, сформированного для недавно закончившейся годовой миссии SIRIUS-23, стали пятеро россиян: старший научный сотрудник Центра подготовки космонавтов им. Ю. А. Гагарина Юрий Чеботарев — командир экипажа; второй пилот самолета в авиакомпании «Хабаровские авиалинии» Анжелика Парфенова — бортинженер; врач авиационной и космической медицины, аллерголог-иммунолог, младший научный сотрудник лаборатории физиологии иммунной системы ИМБП РАН Ксения Орлова — врач экипажа. Бортпроводник «Аэрофлота» Ксения Шишенинаи научный сотрудник Института медико-биологических проблем Рустам Зариповвыступили в качестве исследователей на борту. Шестой участник миссии — младший научный сотрудник Института физико-органической химии Белоруссии Ольга Мастицкая — тоже выполняла роль исследователя. Таким образом, как и на «Марсе-500», экипаж тоже оказался международным.

После «возвращения» экипажа SIRIUS-23 корреспонденту портала «ПОИСК» удалось побеседовать с Ксенией Орловой, врачом экипажа годового изоляционного международного проекта, которая рассказала о собственных впечатлениях от «полета».

«С 2018 года я работаю в Институте медико-биологических проблем. Была дежурным врачом наземного пункта в эксперименте с 8-ми месячной изоляцией SIRIUS-21. Поступив в аспирантуру и работая в лаборатории физиологии иммунной системы, я задумывалась о том, что было бы интересно провести в изоляции наблюдения в плане аллергологии и сделать некоторые дополнительные исследования. Я понимала, что если стану одним из членов экипажа, то смогу сама поставить методики для своей кандидатской диссертации, собрать уникальный материал. Когда оформляли заявки для научной программы, подала и свою», — рассказывает Ксения.

За год экипаж SIRIUS провел больше 70 экспериментов: участники не спали по 36 часов, устраняли поломки на станции, взаимодействовали с роботом и ходили по «поверхности Луны», в модуль которой была установлена VR-система и подвесы, а также имитатор лунохода.

Для имитации напланетной деятельности использовались разработанные в ИМБП РАН совместно с AIHealth костюмы с комплексом виртуальной реальности в виде космического скафандра. Он включает в себя шлем виртуальной реальности с датчиками пространственного положения головы и тела, соединенный с вычислительным модулем, расположенным на спине космонавта.

Помимо этого, у каждого участника эксперимента было свое расписание в соответствии с ролью в эксперименте.

«Как у врача экипажа, у меня было много обязанностей, потому что большинство исследований — медицинские, в которых нужно ассистирование аккредитованного врача. Это регулярные отборы биопроб: взятие венозной, капиллярной крови, мазки со слизистых и поверхностей кожи и другие. Кроме того, ежемесячный медконтроль, контроль и проведение ежемесячных физических тестирований с максимальной нагрузкой, а также помощь для экипажа по медицинским вопросам, оценка рисков для здоровья и предупреждение их в условиях изоляции для испытателей.

По своему исследованию проводила отбор и анализ проб бытовой пыли, провела аллергодиагностику на экваторе эксперимента диагностическим методом аллергоблоттинг. Контролировала состояние кожи испытателей с помощью лампы Вуда. Как резидент Асгардии участвовала в исследованиях по изучению влияния факторов изоляции на женский организм», — комментирует Ксения Орлова.

Помимо профессиональных, у каждого члена экипажа были и свои бытовые обязанности: «Дежурства по уборке в парах раз в 3 дня, участие в еженедельных уборках. Ухаживала и за декоративными растениями в установке AeroGarden. Ну, а кроме того писала Дневник испытателя и работала над статьями по своей тематике и диссертацией», — добавляет врач годовой миссии SIRIUS-23.

Несмотря на отсутствие контакта с внешним миром, «космонавты» также получали «грузовые корабли», на которых прибывали в том числе посылки от близких: чаще всего сладости и сушеные фрукты. На борту отмечали праздники, выращивали и размножали растения, придумывали собственные креативные рецепты с сублимированной едой, а также участвовали как в штатных «космических», так и в спланированных заранее экстремальных экспериментах.

«Для меня главная сложность эксперимента состояла в неожиданных обстоятельствах. Начиная от психологии, заканчивая нештатными ситуациями по сценарию. Особенно непросто далась первая 38-часовая депривация сна, когда еще организм не знал, к чему нужно быть готовым. Так как это часть научной программы, нельзя было в период депривации находиться в своих каютах более 15 минут. При попытках закрыть глаза и «уронить голову» поступали звонки-будильники от дежурных бригад (по телефону экстренной связи), которые следили за нами по камерам. То есть никаких поблажек, даже когда все методики были выполнены».

Интересно, что промежуточные данные экспериментов SIRIUS показали — параметры иммунной системы «в космосе» снижаются в 2, 3 и даже 4 раза. Наблюдается упадок функции лимфоцитов — ключевых клеток адаптивной иммунной системы, которые вырабатывают цитокины, помогающие нам, например, победить те или иные вирусы и запустить иммунные реакции. Также идет снижение выработки иммуноглобулинов, которые помогают защитить человеческий организм от бактерий, вирусов и других патогенов, приносимых извне.

Несмотря на то, что эксперимент завершился несколько недель назад, участники эксперимента еще проходят обследования и «санаторное восстановление», при этом «космические» сложности в их жизни не заканчиваются.

«При первой нашей поездке для обследований большинство членов экипажа укачало, в том числе и меня, так как за целый год организм полностью отвык от какого-либо транспорта. Я заново учусь пользоваться телефоном: в первый день выхода даже не смогла вспомнить, как он включается, – признается Ксения. – А вся «земная» еда воспринимается с невероятным восторгом, так же, как и виды за окном и солнечный свет».

Валерия Стопичева

Изображение на обложке: Freepik