Готовим колонистов
Текст: Татьяна Петухова | 2015-06-01 | 4134
Подготовка специалиста в любом роде деятельности – задача непростая. Но её сложность возрастает многократно, когда нет возможности полностью смоделировать условия будущей деятельности. Так, например, готовят космонавтов, и методики этой подготовки сегодня выверены до мелочей. А сейчас стоят задачи ещё более сложного уровня: как подготовить человека для длительной космической миссии – полёта на другую планету и её колонизации. И вот здесь уже возникает много неясностей. Предельная ограниченность ресурсов (воды, еды, воздуха, топлива), замкнутость пространства, длительность пребывания в группе с одними и теми же людьми, невозможность получить помощь извне, а также встреча с новыми (возможно, непредсказуемыми) условиями окружающей среды… Смогут ли будущие космические путешественники справиться с подобными факторами, и где заканчивается предел человеческих возможностей и допустимых ограничений? Ответы на эти вопросы учёные ищут в земных экспериментах по отработке неземных навыков.


«Год в “Звездолёте”»

После полёта Гагарина в космос Королёв нацеливался на дальнейшее освоение космического пространства и, конечно, готовил полёт на другую планету.

Первый в истории эксперимент по имитации инопланетной жизни был проведён в конце 1967 года в Институте медико-биологических проблем и вошёл в историю под названием «Год в “Звездолёте”». Это был секретный эксперимент: даже своим родным участники проекта сказали, что уезжают в командировку в Арктику. На самом же деле врач Герман Мановцев, биолог Андрей Божко и техник Борис Улыбышев при полной изоляции от внешнего мира провели 366 дней в гермокамере, размеры которой в точности повторяли жилой модуль марсианского корабля, спроектированного Королёвым для полёта на Марс. Они испытывали не только работу систем жизнеобеспечения в замкнутом пространстве, но и крайние грани возможностей человеческого организма.

Режим существования испытателей был более чем жёстким. На крохотной площади 3 на 4 метра разместились стол, плита, велоэргометр для физнагрузок, три полки для сна друг над другом и санузел. В модуле – замкнутая система жизнеобеспечения. Вода и воздух – ограниченный минимум, пополняемый за счёт системы внутренней регенерации. На каждого испытателя – одно ведро воды на 10 дней, плюс её добывание из «общественно-кухонных» отходов. В качестве питания – консервы, сублимированные мясо и овощи. Калорийность питания не превышала 1000 калорий в сутки. Для сравнения: современные космонавты съедают 3000 калорий ежедневно. Постоянное ощущение голода не покидало испытателей на протяжении всего годичного эксперимента.


Во время эксперимента проводились исследования кровообращения, дыхания, вёлся ежедневный медицинский контроль утром и вечером. Даже спать испытателям приходилось в специальных шлемах, с помощью которых снимали энцефалограмму. Гоняющие воздух вентиляторы и днём, и ночью создавали постоянный шум громкостью до 90-100 децибел (дБ).

Испытуемым искусственно создавали 10-дневные аварийные ситуации. В одной из них, например, моделировалась разгерметизация модуля. Температура повышалась с 21 до 30-35°С, содержание кислорода уменьшалось до 16% (свежим воздух считается при 21%), а количество углекислого газа, наоборот, увеличивалось в 10 раз.

Но самыми тяжёлыми оказались психологические испытания. Надо сказать, что испытуемых специально подбирали со значительной психологической несовместимостью. Неприязнь друг к другу они чувствовали почти с самого начала. Командир экипажа, врач Герман Мановцев, долгое время скрывал очень серьёзное гнойное воспаление за ухом из-за боязни срыва эксперимента. Отношения в коллективе были настолько плохими, что даже когда его тайна раскрылась, оперировал он себя сам, используя зеркальце.

В своей книге «Год в “Звездолёте”» биолог Андрей Божко напишет: «Оказалось, что наша жизнь втроём создавала серьёзные проблемы, связанные с наличием «треугольника» отношений <…> мне совершенно ясно, что самое трудное – пребывание втроём в закрытом помещении, откуда нельзя уйти, если что-нибудь не по душе. Эта постоянная психическая нагрузка изматывает, пожалуй, больше, чем всё остальное…» Описывая психологические испытания своей группы, он также приводит такие слова О’Генри: «Если вы хотите поощрить ремесло человекоубийства, заприте двух человек в хижине 18 на 20 футов. Человеческая натура этого не выдержит...».


Любая мелочь, взгляд или слово, на которые на Земле вы даже не обратите внимание, может стать причиной гнева или ярости в условиях длительной изоляции.

Как позже отмечали участники эксперимента, психологически справиться с экспериментом им помогло ведение дневника.

Два месяца «полёта» испытатели находились только в одном модуле (гермокамере), но потом, по сценарию, со станцией «состыковался» оранжерейный модуль, в котором участники эксперимента не только выращивали зелень, но и имели возможность побыть в одиночестве и отдохнуть друг от друга.

В невыносимых условиях эксперимента его участникам ещё нужно было выполнить программу исследований по своему направлению. Двое из них написали по итогам эксперимента диссертации.

Результаты эксперимента, а также знания и опыт трёх испытателей позже оказались востребованы в подготовке и проведении новых экспериментов, в частности проекта «Марс-500».

«БИОС­3»

Красноярские учёные из Института биофизики Сибирского отделения РАН на протяжении 1960-70-х гг. работали над системой жизнеобеспечения «БИОС». На первых этапах она была задействована под выращивание водорослей – хлорелл, способных перерабатывать углекислый газ в кислород. А в 1972 году был создан комплекс объёмом 315 кубических метров для экспериментов с участием человека – «БИОС-3». Из 10 экспериментов с экипажами от одного до трёх человек самый продолжительный длился 180 дней. Дольше всех в «БИОС-3» прожил инженер Николай Бугреев – в общей сложности 13 месяцев.

В специальных модулях – фитотронах и культиваторах – испытуемые выращивали пищу. Конвейерным способом выращивалась пшеница – одновременно присутствовали 14 возрастов. Учёные вывели специальный сорт карликовой пшеницы, имеющей большой колос, но укороченные стебли (для уменьшения количества отходов). Конвейером шести возрастов выращивались морковь, редис, свёкла, картофель, капуста, огурцы, щавель, салат, укроп, лук и чуфа (для получения растительного масла). На долю каждого приходились около 200 грамм зерна (выпекался хлеб) и около 400 грамм свежих овощей. Учёные просчитали набор растений так, чтобы был сбалансирован минимальный состав витаминов и микроэлементов, необходимых человеку.


Продукты жизнедеятельности человека подвергались минерализации и частично поступали в культиваторы с хлореллой. Бытовые стоки, образующиеся в результате мытья и стирки, шли на полив пшеницы и овощей. В качестве питьевой воды использовался конденсат, образующийся в фитотронах и культиваторах хлореллы. Эта вода предварительно пропускалась через фильтры, содержащие ионообменные смолы и активированный уголь.


Люди в «БИОС» полгода дышали только тем воздухом и пили только ту воду, которые были внутри системы. По питанию система была замкнута на 50%. Растительная пища выращивалась в «БИОС». Вторую половину рациона составлял животный белок, который был с собой в виде запаса.

«Биосфера­2»

Американская попытка сымитировать жизнь людей на другой планете в замкнутой экосистеме вылилась в масштабный проект «Биосфера-2».

«Биосфера-2» была построена компанией Space Biosphere Ventures и миллиардером Эдвардом Бассом в пустыне Аризона. Цифра «2» в названии указывает на то, что «Биосферой-1» является Земля.

В сооружении площадью в 1,2 гектара авторы проекта создали искусственную биосферу, в которой попытались смоделировать процессы, происходящие в естественных экосистемах Земли. В «Биосфере» были тропический лес, пустыня, саванна, небольшой океан с коралловым рифом и мангровым эстуарием, агроценоз для выращивания овощей и фруктов и содержания скота. Чтобы воспроизвести природный круговорот веществ максимально близко к тому, как это происходит на Земле, «Биосфера» была заселена живыми организмами специально подобранного видового состава.


8 участников проекта (4 мужчины и 4 женщины) провели в «Биосфере» два года (1991-1993 гг.) в полной изоляции. И они столкнулись с проблемой: искусственно созданная биосфера развивалась совсем не так, как естественная. Например, в ней стала возрастать концентрация углекислого газа. Содержание кислорода уменьшалось на 0,5% в месяц, и за 16 месяцев упало с 20,9% до 14,5%. В итоге люди были вынуждены жить в условиях кислородного голодания (на Земле подобное можно ощутить на высоте 4,080 метров над уровнем моря). Недостаток кислорода, естественно, отразился на самочувствии и работоспособности участников проекта. Когда уровень кислорода достиг критичной отметки, кислород пришлось подкачивать из внешней среды, что уже нарушило задуманную авторами концепцию самодостаточной природной экосистемы.

Большое количество разнообразных растений не смогли вырабатывать необходимое количество кислорода. Учёные полагают, что кислород «съедали» микроорганизмы, которыми была перенасыщена почва.

Ещё одна проблема, с которой столкнулись участники – рост численности насекомых-вредителей в отсутствии врагов (пищевые цепи искусственно созданной экосистемы оказались неполными). Понятно, что использование химикатов для борьбы с насекомыми-вредителями было невозможно, поскольку в таком случае отравления других обитателей и людей было бы не избежать (процессы самоочищения в таких небольших экосистемах проходят очень медленно). Участникам проекта пришлось вручную собирать насекомых-вредителей и разводить их естественных врагов.

Площади агроценоза «Биосферы» не хватало, чтобы прокормить даже восьмерых участников. Созданные биомы разрушались. Под стеклянной крышей комплекса по утрам конденсировалась вода и лился искусственный дождь, в том числе и в пустыне. Отсутствие ветра, который в естественной среде регулярно раскачивает деревья, приводило к хрупкости деревьев, и они попросту ломались.


Этот проект заставил его участников сделать для себя очень серьёзные выводы. На одной из стен внутри «Биосферы» одна из участниц проекта оставила такие строчки: «Только здесь мы почувствовали, насколько зависим от окружающей природы. Если не будет деревьев – нам нечем будет дышать, если вода загрязнится – нам нечего будет пить».

«Марс­500»

Проект Института медико-биологических проблем РАН имитировал пилотируемый полёт на Марс с возвращением на Землю, который продлился 520 дней (3 июня 2010 года – 4 ноября 2011 года). На Марс «полетели» шесть добровольцев из четырёх стран – трое россиян, два европейца и один китаец.

Перед высадкой на Марс члены десантной группы в течение трёх суток во время сна находились в положении к горизонтали (минус 15°). Это делалось для приближения организма испытателей к состоянию как после перелёта в условиях g ? 0. В рамках имитации высадки и работы на поверхности Марса были апробированы скафандры «Орлан-Э». Разработчиком (НПП «Звезда»)  они были представлены как прототип будущего марсианского защитного снаряжения. Масса скафандра – 32 килограмма, он примерно в 2 раза легче орбитального скафандра «Орлан», в модели была увеличена подвижность рук и ног.


Во время эксперимента участники пили именные пробиотики, которые были выращены из их собственной микрофлоры ещё до старта. Они помогали организму справляться с вредоносными микроорганизмами, вызывающими проблемы с пищеварением. Душ – не чаще чем раз в 10 дней, зато микробиологи обеспечили испытателей посеребрённым бельем.

При помощи специальных наручных браслетов фиксировались изменения физиологического состояния испытуемых. Физиологи обнаружили у участников падение активности и нарушения сна. Один из участников эксперимента полностью утратил ощущение циклов дня и ночи. Вместо этого он стал жить циклами по 25 часов, что вскоре привело к полному рассогласованию его существования с существованием других членов экипажа. Один участник, напротив, стал страдать от бессонницы.

Станции в пустыне и в Арктике: FMARS и MDRS  

Американские специалисты считают, что для отработки элементов внекорабельной деятельности, необходимо совмещать изучение жизни людей в замкнутой среде с исследованиями так называемых мест-аналогов инопланетных сред.

По такому принципу созданы станции Марсианского общества (основатель – Роберт Зубрин). Одна расположена в пустынной местности штата Юта (Mars Desert Research Station), вторая находится в Арктике, у северного побережья острова Девон (Flashline Mars Arctic Research Station).

В Юте экипажи сменяют друг друга каждые две недели и с 2001 года их накопилось уже более 140. Российская команда Team Russia под номером 129 работала на станции весной 2013 года, россиянка Анастасия Степанова в составе команды 143 посетила станцию осенью 2014 года. Станция – своего рода полигон для всевозможных экспериментов. Команды тестируют технику: роверы, шары-зонды, ветряные электростанции, проводят геологические и биологические эксперименты. Для исследований профессиональных астрономов и любителей есть обсерватория, организованная фондом Илона Маска, в которой установлен 14-дюймовый телескоп.

Внекорабельная деятельность на поверхности Марса – важная часть работы на MDRS. Для передвижения на большие дистанции используются роверы. Места-аналоги позволяют хоть немного ощутить возможные сложности окружающей инопланетной среды. Вот что вспоминает участник российской команды Александр Ильин: «В пустыне Юты сухой воздух может представлять опасность для здоровья – очень быстро наступает обезвоживание. После рассвета влажность быстро падает с 20% до 1-3% и в течение дня редко поднимается до 10%. На MDRS мы были вынуждены выпивать каждый день несколько литров чая или специального напитка «гаторейда». Без постоянного употребления жидкости падает работоспособность, начинают путаться мысли и болеть голова…»

Экипажи питаются заранее запасёнными продуктами, в основном сублимированными. На станции есть оранжерея GreenHab, где выращиваются зелень, немного овощей и ягод. Так как миссии длятся по 2 недели, каждой группе необходимо ответственно относиться к работе в парнике. Ты ешь то, что посадил предыдущий экипаж, а то, что посадишь и вырастишь ты, будет есть следующий.

В Арктике проводятся более длительные миссии – по 1 или 3 месяца. В 2015 году там пройдёт годовая миссия – Mars Arctic 365. Станция расположена примерно в 1500 километрах от северного полюса, в середине полярной пустыни, недалеко от кратера Хоутон диаметром 22 километра, который сформировался примерно 39 миллионов лет назад. Полярные регионы – это наиболее близкие аналоги поверхности Марса, которые только можно найти на Земле.

Во время миссии запланированы исследования месторождений. Планируется отрабатывать методы и технологии, которые будут наиболее удобными для работы на Марсе. Экипаж должен достигнуть реальных научных результатов. Всё это будет сопровождаться стрессами, связанными не только с длительной изоляцией, но и с холодными климатическими условиями (прошлые миссии проходили в период мягкого арктического лета). Ещё одна возможная опасность – это полярные медведи.

Гавайский аналог и симулятор космических исследований HI­SEAS

Один из недавно запущенных экспериментов – марсианская база HI-SEAS на Гавайях (Hawaii Space Exploration Analog and Simulation). Проект ведётся Корнельским университетом и Университетом Гавайев в Маноа, финансируется НАСА.

Среди всего изобилия растительности Гавайских островов авторы проекта отыскали на них и «марсианский» рельеф. Базу построили на склоне вулкана Мауна Лоа на высоте 2500 метров над уровнем моря, среди наплывов вулканической лавы, где едва ли можно встретить растения и животных. База представляет собой двухэтажное куполообразное сооружение, расположившееся на площади около 140 квадратных метров (при 11-метровом диаметре купола).



Первые два этапа, по четыре месяца в изоляции, пройдены. 15 октября 2014 года начался длительный, 8-месячный эксперимент. Команду из трёх мужчин и трёх женщин подбирали по принципу максимальной совместимости, уравновешенных, легко сходящихся между собой. Основной фокус здесь на психологических рисках. Исследователи проекта считают, что длительная изоляция может привести к депрессии и межличностным конфликтам. За испытуемыми наблюдают на предмет возникновения так называемого «синдрома третьей четверти». Психологическое состояние, сопровождающееся депрессией, возникает у людей, работающих в изоляции на протяжении длительного периода времени. Учёные считают, что психологический фактор – это одна из главных проблем, наряду с радиацией (если говорить о полёте на Марс), не разобравшись с которой, нет смысла трогаться с места. В начале космической миссии эксперимент может захватывать и воодушевлять, во второй четверти он становится рутинным. В третьей четверти кто-то из членов экипажа может утратить интерес, могут возникнуть противоречия между членами экипажа, либо между «Землёй» и экипажем. Закономерно, что ближе к завершению миссии всё возвращается в прежнее русло.


Ну, а в заключение проследим, какие планы строят ведущие космические державы относительно колонизации других космических объектов. Другими словами, когда же потребуются навыки, отрабатываемые в приведённых выше экспериментах?

В разнообразных программах чаще всего фигурирует 2030 год. США планируют осуществить пилотируемый полёт на Марс. Россия хочет лететь на Луну и создать там стационарную обитаемую базу. Китай сначала хочет отправиться на Луну, а спустя 20 лет (в 2050 году) – на Марс, с собственной лунной базы.

Но помимо государственных программ есть и частные инициативы. И они даже ещё более оптимистичны. Так, первый космический турист и мультимиллионер Деннис Тито планирует осуществить миссию по облёту Венеры и Марса в 2021-23 гг. Голландский проект Mars One с «билетом в один конец» планирует основать первое поселение на Марсе в 2026 году. А в планах Илона Маска – построить на Марсе 80-тысячную колонию. Правда он точных сроков пока не называет.



Подпишитесь на eRazvitie.org в Фейсбуке и ВКонтакте, чтобы не пропустить новые материалы.