Текст книги "Как стать астронавтом? Все, что вам следует знать, прежде чем вы покинете Землю"

Орбита

17. Учиться плавать в невесомости
Как справиться с нулевой гравитацией

Я думаю, что Pink Floyd нужно написать еще одну песню. «Учиться летать» было здорово, но «Учиться плавать в невесомости» наверняка стала бы хитом. Много людей овладели искусством полета с тех пор, когда братья Орвилл и Уилбер Райт впервые поднялись в небо. Однако уметь плавать в невесомости – это совсем другая история. И это именно то, чему вам придется учиться, если вы летите в космос. Потому что с этой поры до момента, когда ваш корабль вернется на Землю, может пройти полгода, и на протяжении этого периода вам придется находиться в невесомости. И у вас нет времени, чтобы учиться, – вам нужно овладеть этими навыками как можно быстрее. И отсрочки не будет. Основные двигатели выключены, и вы плывете в невесомости, не чувствуя своего веса, и лучше заранее предусмотреть план действий, иначе вы будете чувствовать себя, как рыба, вытащенная из воды.

На вопрос: «Каково это – находиться в космосе?» есть очень простой ответ: похоже на падение. Потому что вы падаете. Видите ли, на высоте орбиты космической станции гравитация Земли все еще очень сильна, она составляет примерно на 90 % от того, какова она у поверхности планеты. Разница в том, что ваш корабль летит со скоростью 8 км/с. Каждую секунду вы опускаетесь к центру Земли примерно на 5 метров. Однако, за эту секунду вы продвигаетесь вперед на 8 километров. В следующий миг вы вновь опускаетесь на 4,5 метра, но при этом продвигаетесь вперед еще на 8 километров. И так далее, и так далее. Это движение идет по кривой, и, если вы точно придерживаетесь правильной скорости, эта кривая будет повторять форму земного шара. И вот – вы на орбите, оставаясь примерно на одной и той же высоте над поверхностью Земли.

Ощущение падения – это то, что генетически заложено в мозгу каждого человека, мы подсознательно понимаем, что падаем, когда должно произойти что-то плохое. Возможно, именно поэтому мы размахиваем руками, может быть, пытаясь лететь; может быть, в стремлении ухватиться за что-то, падая на землю. Но в космосе взмахи руками не принесут пользы, уж поверьте мне. Новичкам следует основательно продумать свое поведение в невесомости прежде, чем оказаться в ней. Надо отдавать себе отчет в том, что нельзя без причины махать руками, ногами, следует двигаться медленно и осторожно. Соблюдение этих базовых правил чрезвычайно важно, потому что если вы не будете их придерживаться, то можете случайно нанести травму себе или членам своего экипажа, а именно это и делают многие новички. Если вы посмотрите видеозаписи поведения впервые попавших в условия невесомости пилотов или космических туристов, вы увидите царапины и порезы, которые особенно многочисленны в первые дни их пребывания в космосе. Есть даже истории о том, как находящиеся в невесомости случайно получали удары кулаками или ногами от новичка, который беспечно проплывал мимо в непривычной ему космической среде.

Первый навык, который нужно освоить, – это медленное движение. Если вы двигаетесь слишком быстро, то можете удариться головой обо что-то или в конечном счете переместиться в неправильном направлении. Или, что еще хуже, вы будете вращаться вокруг своей оси, следуя по своему пути. Поэтому надо медленно и осторожно отталкиваться, направляясь прямо к месту назначения. На земле ваш мозг понимает, как компенсировать гравитацию, поэтому, когда бросаете кому-то мяч, вы стремитесь подбросить его высоко. Такая же ментальная компенсация происходит в космосе, за исключением того, что мяч не падает; поэтому в течение первых нескольких недель в космосе я постоянно бросал инструменты товарищам по команде, а они пролетали над их головами. Это требует времени и преднамеренного обдумывания, надо отправлять вещи по прямой, не подбрасывая вверх.

Следующая проблема – вращение. Если вы направляете себя или какой-то предмет к конкретному месту в космосе, постарайтесь сделать это, не вращая себя/его вокруг своей/его оси. Во время моего первого полета было несколько очень смешных случаев, когда я отталкивался, чтобы переплыть через модуль и, поскольку хорошо прицеливался, попадал прямо в цель. Но когда я стал вращаться сразу же после отталкивания, начинал беспомощно плавать между двумя стенами: тело медленно крутилось, напоминая курицу на вертеле, и я попадал в место назначения спиной вперед. Я всегда старался выглядеть круто, потому что я летчик-истребитель, на котором просто написано: «Да, я хотел сделать это». Только я имею в виду, что не хочу делать этого. Основы физики, которые мой мозг постиг на Земле, о том, что вещи падают или отскакивают друг от друга, теперь превратились в физику Ньютона в ее чистом виде: F = m × a (сила = масса × ускорение), без трения или гравитации. Это другая, можно сказать инопланетная среда, но, послушайте, это же так весело, как только вы научитесь плавать в невесомости (когда вы поймете, как плавать).

Умение управлять своим телом – это половина проблемы, также следует научиться обращаться с вещами, а это совершенно уникальный навык сам по себе. Одна из наиболее шокирующих вещей в космосе – это скорость и случайность направления, в котором от тебя уплывает нужная вещь. Если у вас в руках блокнот, или карандаш, или батарейки, да все что угодно, и вы оставите эти предметы без внимания, вы потеряете их быстрее, чем турист в Риме, у которого могут вытащить кошелек из заднего кармана брюк. Умом я понимал, что не было никого, кто мог бы подкрасться сзади и заставить их исчезнуть. Но временами мне казалось, что какая-то неведомая сила заставляла их уплывать в неизвестном направлении.

Самой интересной фазой этого длительного периода обучения поведению в невесомости были первые несколько дней. Нет ничего более занимательного, чем наблюдать за новичком (включая меня), который одевается утром. Я отпрыгиваю от стены, удерживая свои шорты, которые увязли в моих ступнях, а футболка уплывает вдаль, и т. д.

В конце концов я понял, как держаться и не давать ускользнуть различным предметам. Обычно я подсовывал свои ноги под перила, а вещи – под эластичный трос, из-под которого вытаскивал их по одной по мере необходимости. Принцип преднамеренного удержания вещей до тех пор, пока они не потребуются, был удобен и хорошо работал при выполнении любой задачи.

Есть несколько способов удержать предметы в космосе: карманы, застежки «липучки», привязи, пакеты Ziploc, эластичные шнуры, ремни, сумки для хранения и контейнеры. Эти, на первый взгляд, безобидные и даже порой ненужные вещи на Земле здесь, в космосе, были крайне необходимы. Без них МКС была бы заполнена гигантским и беспорядочным облаком из различных вещей, и вы ничего не могли бы сделать. Представьте, что произойдет, если в комнате вашего ребенка-подростка внезапно исчезнет гравитация и всё начнет плавать в воздухе. Вот именно на это будет похож космический корабль без нескольких удобных сумок на липучках и пакетов Ziploc.

Но из этого правила есть одно замечательное исключение – вы можете оставить предмет на непродолжительное время перед собой, и он будет плавать в невесомости. Этот прием не раз пригождался мне во время текущего ремонта. Я мог оставить плавающими перед собой гаечный ключ или отвертку, пока двумя руками быстро заканчивал другое задание, а затем быстро хватал инструменты, пока они проплывали рядом с головой. Как только вы наловчитесь, вы можете оставлять что-то плавающим в середине модуля, чтобы ваш товарищ забрал эту вещь на полпути к месту своего назначения. Похоже на премиальную доставку в космос от Amazon – очень быстро и удобно. Вы просто должны следить за вещами, плавающими в невесомости, не забывать о них, когда уходите из зоны их нахождения, в противном случае они потеряются.

Одним из моих самых известных эпизодов с потерянными предметами был момент с миниатюрным фотоаппаратом. НАСА отправило нам три камеры бренда Ghost. Это были три миниатюрные видео– и фотокамеры, похожие на GoPro. Поскольку я был оператором, я вскрыл коробку с ними сразу же, как только они прибыли на грузовом корабле SpaceX Dragon. Одну камеру я экспроприировал для себя, оставив в своем отсеке, чтобы я мог с легкостью брать ее, когда потребуется, и делать снимки, когда захочу. Один из товарищей по экипажу также взял себе камеру, третий аппарат мы убрали в хранилище. Буквально на следующий день я услышал от него: «Терри, я потерял камеру». Тьфу! Я полагал, что она случайно найдется в самом неожиданном месте, как обычно бывает, когда вещи прибиваются к одному из многочисленных фильтров, постоянно перекачивающих воздух.

Ну и что же… дни превращались в недели, затем в месяцы. Камеры не было. Я был огорчен и чувствовал свою ответственность за произошедшее, потому что был оператором и принял решение, что камеры могут находиться в спальных отсеках экипажа, а не в предназначенных для хранения местах. Подходила к концу работа нашей экспедиции на станции, поэтому я решил позвонить в Хьюстон и признаться, что камера пропала без вести. На меня не слишком рассердились, поскольку ничего нельзя было поделать и это оборудование не было критически важным, у нас оставались еще две. Но мысль о том, что камера действительно потерялась, не давала мне покоя и даже стала навязчивой. Буквально на следующий день я побывал в Узле-2, где находились помещения для экипажа и где я расставлял оборудование под одной малоиспользуемой полкой, и – вуаля! – камера Ghost с невинным видом плавала под полкой, прилипнув к неизвестно откуда взявшемуся куску липучки на стене. В этом укромном уголке она пряталась в течение трех месяцев.

В другой раз наша команда потеряла динамометрический ключ, довольно большой инструмент – длиной около тридцати сантиметров и весом более одного килограмма. Пропал бесследно. Мы искали его в течение нескольких месяцев. Проверили фильтры, все уголки и закоулки. Передвинули контейнеры с инструментами. Ничего, он просто пропал. И вдруг в один прекрасный день один из нас чудесным образом обнаружил его плавающим в модуле. Мы понятия не имели, где он прятался, что с ним произошло, однако он, как блудный сын, был потерян и затем обретен.

Еще пример, случившийся через несколько недель после прибытия на МКС: я сделал несколько снимков в «Куполе», модуле наблюдения с семью окнами, из которого открываются удивительные виды на Землю и Вселенную. Это были потрясающие снимки северного сияния, и мне очень хотелось скачать их на компьютер, чтобы посмотреть еще раз. Я извлек карту памяти из фотоаппарата, чтобы положить ее в свой карман, а она выскользнула из руки и поплыла прочь, вращаясь вокруг своей оси, как мяч, подброшенный вверх в начале футбольного матча. И пока я в ужасе смотрел на ее замедленное движение, крича: «Нееееееееееееет!» – она проскользнула прямо в трещину на стене Узла-3. Ее ширина составляла всего лишь несколько миллиметров, карта памяти проскочила прямо в нее. В течение нескольких недель я ждал, что она вылетит из трещины, проверял фильтры, предупредил всех членов экипажа, чтобы они были бдительны. Ничего. Когда-нибудь, десятки лет спустя, когда МКС в конце концов упадет в Тихий океан, за одной из ее внутренних переборок будет лежать карта памяти с прекрасными фотографиями северного сияния. Грустный вздох.

Как уже упоминалось ранее, иногда астронавты испытывают то, что мы эвфемистически называем «космическим мозгом». Мы провели несколько экспериментов, чтобы дать количественную оценку этому явлению, один из них получил название «Когнитивная деятельность». Находясь в космосе, я выполнял задания примерно один раз в месяц. Сидя перед ноутбуком, я проходил тесты на запоминание, распознавание и реакцию. Результаты показывали, что в космосе функционирование мозга немного замедлилось. Возможно, из-за плавания в невесомости и дезориентации или сдвига жидкости в организме, нарушений в работе нервно-вестибулярной системы или даже повышенного уровня углекислого газа в воздухе, что, без сомнения, мешало нормальной работе мозга. Каким бы ни было научное объяснение этого феномена, я почти уверен, и каждый астронавт согласится со мной, что «космический мозг» – это нечто. Вы легко забываете, не замечаете происходящих событий и не можете думать о принятии решений так, как бы вы это делали на Земле. Особенно в первые несколько дней в космосе. Я слышал, что женщины, когда они беременны, описывают те же самые симптомы. И хотя у меня никогда не было желания сказать: «Я понимаю, каково это, быть в положении», я думаю, что астронавты ощущают легкие когнитивные нарушения, это проявления так называемого «космического мозга».

Я научился передвигаться в невесомости, жить и работать в космосе – это стало одним из самых выдающихся событий моей карьеры. Мне нравилось следовать по этой крутой кривой обучения до тех пор, пока через несколько недель я не стал профессионалом – настоящим астронавтом. Я мог оттолкнуться и добраться до нужного места быстро и без вращения, был способен без особых усилий отслеживать передвижения инструментов и вещей. В большинстве случаев. За исключением той карты памяти.

18. Как создать космическую станцию
Трудоемкий, кропотливый процесс

Когда вы смотрите голливудские фильмы, посвященные космосу, такие как «Космическая одиссея», «Интерстеллар» или «Марсианин», в них всегда есть гигантский космический корабль, который волшебным образом появляется и улетает на другие планеты или в другие галактики. Это делает фильм интересным. Но в реальной жизни такие громадины должны быть кем-то построены; они не появляются из разреженного воздуха, ниоткуда или из вакуума. (Шутка.) В этой главе рассказывается о том, как строилась МКС на протяжении нескольких десятилетий партнерами из различных стран.

Идея создания американской космической станции возникла в эпоху реализации программы «Аполлон» в 1960-е годы. После завершения высадок на Луну у НАСА осталось много оборудования, а также талантливые сотрудники, которые хотели найти возможность для его продуктивного использования. Для развития и реализации этих идей была начата программа Apollo Application Program, во время которой были запущены две космические миссии. Мне не было еще и года, когда был образован офис ААР, но это в конечном итоге оказало значительное влияние на мою жизнь.

Первым проектом, реализованным в рамках Apollo Application Program, стала «Скайлэб» – первая американская космическая станция, запущенная на орбиту вокруг Земли. Основой для «Скайлэб» послужил корпус верхней ступени ракеты «Сатурн», поэтому для запуска этой миссии потребовался только один рейс. В 1973–74-х годах на «Скайлэб» побывали три экипажа астронавтов, а после самое продолжительное пребывание на станции было около трех месяцев. Вторым реализованным проектом Apollo Application Program стала программа испытаний «Аполлон-Союз» в 1975 году. В рамках этой инициативы на орбите Земли была произведена стыковка американской капсулы «Аполлон» и русской капсулы «Союз», астронавты и космонавты символически пожали друг другу руки в космосе в самый разгар холодной войны и после окончания войны во Вьетнаме.

В то время как НАСА занималось реализацией ААР и разработкой космического шаттла, Советский Союз в 1971 году запустил пилотируемую орбитальную станцию «Салют-1». Далее вплоть до 1986 года были запущены еще несколько станций «Салют», затем станция «Мир».

«Мир» стал первой действительно модульной космической станцией, которая была собрана в космосе, компонент за компонентом; в конечном итоге она состояла из шести модулей. В 2001 году она была выведена из эксплуатации, сошла с орбиты и затонула в Тихом океане. Этим в некотором роде объясняется новый набор астронавтов, который был объявлен НАСА и благодаря которому я в 2000 году вступил в его ряды, – пришло время создавать Международную космическую станцию.

По мере реализации программы «Спейс Шаттл» НАСА столкнулось с необходимостью расширения своего присутствия в космосе. Запуск спутников и выполнение секретных полетов для Министерства обороны было отличным делом, но недостаточным для такой дорогостоящей программы. В 1984 году в своем докладе Конгрессу о положении в стране президент Рейган предложил создать космическую станцию «Фридом», но в течение последующих пятнадцати лет этот проект претерпел значительные изменения.

Самое важное изменение произошло после распада Советского Союза. Президент Джордж Буш (на тот момент ему был 41 год) поручил своему вице-президенту Дэну Куэйлу провести переговоры с российской стороной, чтобы убедить Советский Союз в качестве партнера принять участие в создании космической станции. Были опасения, что развал Советского Союза приведет к массовым потрясениям в их авиационно-космическом секторе, а сотрудничество по крупномасштабному космическому проекту обеспечит продуктивный выход из этой ситуации для тысяч ставших безработными российских ученых, инженеров и техников. Конечно же, для нашей страны было бы предпочтительнее, чтобы они вместе с нами занимались строительством новой космической станции, а не созданием ядерного оружия для некоторых недостойных образом ведущих себя игроков на международной арене. В результате в строительстве Международной космической станции приняли участие шестнадцать стран, в числе которых были Канада, одиннадцать европейских стран, Япония, Россия, США и Бразилия, которая в итоге прекратила участие в создании МКС по финансовым причинам.

Строительство МКС началось в ноябре 1998 года, когда россияне отправили на орбиту функционально-грузовой блок «Заря». Запуск был произведен при помощи ракеты «Протон» с космодрома Байконур в Казахстане. Спустя две недели космический шаттл «Индевор» добавил к первому узлу модуль «Юнити», и началась последовательная сборка МКС. На протяжении последующих двенадцати лет строительство станции производилась по частям, модуль за модулем, были совершены несколько российских полетов и около тридцати запусков американских космических шаттлов.

Для успешного завершения строительства МКС требовалось выполнить две задачи. Первая была технической. Модули станции должны были быть построены в соответствии с общими спецификациями на заводах по всему миру и затем собраны на орбите. Я всегда удивлялся, как модульный отсек, который на протяжении нескольких лет собирался на заводе во Флориде, затем пылился в ожидании своего запуска, а после доставки на орбиту пристыковывался к МКС и отлично работал. И это осуществлялось на протяжении более десяти лет. Техническое мастерство специалистов, которые участвовали в сборе космической станции, было чрезвычайно впечатляющим.

Второй проблемой, даже более насущной, чем технические вопросы, были политические и финансовые проблемы. Сохранение участия шестнадцати стран в создании МКС на протяжении нескольких десятилетий – одно из основных направлений внешней политики США в период после Второй мировой войны, после плана Маршалла. У каждой из шестнадцати стран был свой электорат, внутренние приоритеты, конкурирующие и стратегические партнеры, бюджетные реалии, меняющаяся политическая обстановка. Одним словом, это чудо, что партнерство стольких стран смогло существовать в течение столь длительного периода времени. Как известно, в июне 1993 года в Конгрессе США обсуждалось предложение об отказе от строительства МКС, оно не было принято с перевесом всего лишь в один голос: 215 голосов – против, 216 голосов – за строительство станции. Программа по созданию МКС также пережила несколько президентских выборов, когда власть переходила от республиканцев к демократам, а затем снова к республиканцам на протяжении почти тридцати лет. Россия пережила драматическую ситуацию после развала Советского Союза и бурные 1990-е годы правления Бориса Ельцина, а затем Владимира Путина. Европа, Канада и Япония пережили изменения в своей внутренней политике. Несмотря на все это, проект создания МКС продолжал успешно реализовываться.

Технические аспекты построения космического летательного аппарата на орбите довольно просты. Полезные нагрузки космического шаттла ограничены определенными размером и весом, поэтому все модули МКС должны были быть построены в пределах этого ограничения – 18,288 метра в длину, 4,5 метра в диаметре и вес не более 18,144 тонны. Если бы у нас был носитель с большей грузоподъемностью, МКС могла бы быть построена гораздо быстрее и с меньшими затратами. В 1990-х годах было предложено создать шаттл-C, или грузовую версию шаттла, который заменил бы орбитальный аппарат гигантским грузовым модулем и крепился бы со стороны оранжевого топливного бака и белых стартовых двигателей. Предполагая, что, если была бы разработана беспилотная ракета, подобная этой, с грузоподъемностью 80 тонн, потребовалось бы всего пять или шесть запусков, чтобы построить станцию с примерно с такими же возможностями, как и у существующей МКС. И по завершении этой гипотетической сборки у нас была бы ракета с большой грузоподъемностью для последующего полета на Луну или Марс или же за пределы Солнечной системы. Черт побери, мы могли бы просто перезапустить программу Сатурн-5. Увы, мы не придерживались такой стратегии и, в конце концов, построили всю МКС с помощью нескольких русских грузовых космических кораблей «Протон» и огромного числа космических миссий – по одному 15-тонному модулю за раз, у каждого их которых есть собственные резервные и порой неэффективные шлюзовые люки, системы стыковки и дополнительное электрическое оборудование, что позволяет им функционировать автономно. Создание меньшего количества более массивных модулей позволило бы уменьшить число дублирующих систем. Но космический шаттл продолжал летать и, хотя с моей стороны это эгоистично, мне нравилось пилотировать его.

Все сборочные полеты были похожи. Экипаж каждого шаттла хорошо обучен всем особенностям доставляемого модуля – как управлять им изнутри, а также как выходить в открытый космос. Обычно шаттл запускают на более низкую орбиту и позади частично построенной МКС, он постепенно догоняет станцию, на что уходит два дня. Затем командир пристыковывает шаттл, и команда сразу же начинает работать, как экипаж механиков в видеоигре NASCAR, когда водитель привлекает их для замены колеса и заправки. Модуль будет извлечен из шаттла при помощи специального робота-манипулятора, который поставит его на более крупный робот-манипулятор станции, затем модуль будет присоединен или установлен на МКС и закреплен при помощи механических крюков и болтов. Выходы в космос будут осуществлены для подключения силовых и охлаждающих кабелей, а также для того, чтобы астронавты могли сделать несколько крутых селфи. Затем экипаж шаттла обменяется рукопожатиями с командой станции и попрощается с ней. Экипаж станции был счастлив встретиться с экипажем шаттла, когда тот прибыл неделю назад, но он неизбежно будет еще более счастлив попрощаться с ним – это как визит свекрови. Затем астронавты шаттла закроют шлюзовой люк, шаттл отстыкуется, совершит облет станции (360 градусов, радиус 121 метр вокруг станции) и улетит, чтобы вернуться на Землю через два дня, после осмотра теплозащитного экрана перед входом в плотные слои атмосферы.

Эта последовательность действий повторялась несколько раз в год, в течение более десяти лет, пока станцию собирали по частям, как набор «Лего», пока, наконец, во время последней миссии «STS-130» мы установили два последних два модуля в официально определенной последовательности – модуль 3 («Транквилити»)» и «Купол». После их установки станция приобрела свои окончательные размеры – масса в несколько сотен тонн, длина более ста метров, что превышает размеры футбольного поля. С того времени было еще несколько дополнений, в частности BEAM, экспериментальный надувной невоспламеняемый жилой модуль, созданный Робертом Бигелоу, и PMM, модуль хранения, оставленный после «STS-133» в качестве постоянного шкафа для станции. У россиян также есть несколько новых модулей, но трудно сказать, когда они установят их на МКС.

Такая последовательная, пошаговая методика сборки космического летательного аппарата может использоваться для создания летательных аппаратов будущего. НАСА планирует построить мини-МКС под названием Gateway на орбите вокруг Луны. Мы, вероятно, в конечном итоге будем использовать аналогичную технику для создания больших космических кораблей, которые доставят нас на Марс и дальше. Хотя всегда эффективнее использовать меньшее количество больших модулей, доставляя их несколькими ракетами с большой грузоподъемностью; я сторонник стратегии, которая использовалась при сборке МКС. Это эгоистично. Но это потому, что мне посчастливилось участвовать в одном из самых невероятных приключений в космосе – полетах на шаттле для завершения строительства МКС. В космосе никогда не было построено чего-либо более замечательного, и я сомневаюсь, что мы когда-нибудь создадим нечто более грандиозное.