Текст книги "186 суток на орбите (спросите у космонавта)"

В: Вы привезли из космоса какие-то сувениры?

О: Мне нравится этот вопрос – после него надо подумать об открытии небольшого магазинчика от МКС: будем продавать открытки, безделушки и сувениры. Проблема заключается в том, что большинство предметов, которые можно было бы прихватить в качестве сувениров, как правило, очень важны, и космические агентства будут не в восторге от этой идеи. В конце концов, доставка этих предметов на МКС стоит больших денег, и раз уж они там оказались, то, вероятно, должны там же и остаться. Однако мне удалось сохранить несколько предметов, и они многое значат для меня.

Я взял на Землю свои космические столовые приборы, что действительно круто, поскольку на них выгравировано «Шаттл». Думаю, космонавты все еще используют старые запасы и просто пока не открыли коробку со столовыми приборами, на которых выгравировано «МКС»!

У меня также есть раздавленная русская монета, которую я держал в кармане. Это может показаться немного странным, но одна из традиций заключается в том, что монета, по которой проехал поезд, доставляющий ракету к стартовой площадке, приносит удачу. Утром, когда нашу ракету должны были выкатывать на стартовую площадку, я попросил одного из своих русских друзей положить монету на железнодорожные пути. Сам я не мог этого сделать: во-первых, в то время мы были ограничены карантином, а во-вторых, считается, что присутствие экипажа при подготовке ракеты принесет неудачу.

Самый главный сувенир, который мне удалось привезти, – флаг Соединенного Королевства, что был на моем скафандре во время выхода в открытый космос. Это первый флаг Великобритании, побывавший в открытом космосе, и для меня он имеет особое значение – он олицетворяет новую главу в долгой и выдающейся истории научных исследований и открытий моей страны. За несколько лет до миссии мне посчастливилось посетить великолепную выставку Королевского архива и Королевской коллекции, где были представлены инструменты научных исследований разных исторических периодов. Я не мог бы придумать лучшего места для этого флага и, вернувшись из космоса, имел честь презентовать «Юнион-Джек» Ее Величеству Королеве Елизавете II.

В: Бывало ли у вас или у других космонавтов, которых вы знаете, такое, что, вернувшись на Землю, вы ожидали, что предмет, если его выпустить из рук, зависнет в невесомости? – Пол и Аида Маккарти

О: Прежде всего скажу, что удерживать мелкие предметы в космосе не у всех получается с первого раза. Французский космонавт Мишель Тонини рассказывал мне, что он в первые дни несколько раз выпускал из рук столовые приборы, и они плавали рядом с ним. Вернувшись на Землю, он держал приборы очень крепко! После приземления мы с Тимом Копра должны были чуть ли не в первую очередь пройти тест на тонкие моторные навыки, который проводится с помощью айпадов. Мы были на самолете НАСА, когда кто-то дал мне айпад. Я взял его в руки и сразу пожалел об этом, так как чуть не уронил его на пол. Бортовой врач, должно быть, подумал, что я перенес тяжелую мышечную атрофию, поскольку даже айпада поднять не мог! Конечно, я работал с таким же айпадом в невесомости каждый день в течение шести месяцев, а на Земле он неожиданно стал для меня очень тяжелым.

В: Каковы долгосрочные последствия космических полетов для здоровья?

О: Это важный вопрос, и каждый космонавт на каком-то этапе своей карьеры должен себе его задать. Если бы космический полет был наркотиком, то список возможных побочных эффектов вполне мог бы отпугнуть вас от дороги к звездам!

Давайте посмотрим, что может случиться от шестимесячной «дозы» на Международной космической станции.

Ухудшение состояния мышц

Симптомы. В отсутствие гравитации скелетным мышцам больше не требуется поддерживать осанку, и они начинают атрофироваться. Кроме того, мышцы нижней части спины, которые помогают нам управлять ногами, без обычной нагрузки также начинают ослабевать и уменьшаться. Космонавты могут потерять до 20 % мышечной массы всего за 5-11 дней в космосе.

Профилактика. Предотвратить ухудшение состояния мышц помогут регулярные физические упражнения и хорошее питание. На космической станции есть тренажер ARED, на котором космонавты могут (и должны) тренироваться каждый день. Это особенно полезно для тренировки основных мышц (четырехглавой, бицепса, трицепса, грудных мышц и т. д.). Но некоторые из более мелких стабилизирующих, постуральных мышц стимулировать труднее, равно как и поддерживать общий тонус. Поддерживать хорошее состояние сердечно-сосудистой системы и предотвратить атрофию сердечной мышцы помогают беговая дорожка и велотренажер.

В моем организме за полгода произошло перераспределение мышечной массы, и хотя после возвращения я чувствовал себя физически сильнее, чем на момент запуска (что неудивительно при ежедневных двухчасовых тренировках), устойчивость корпуса у меня ослабла (это чувствуется, когда, допустим, поднимаешь тяжелый чемодан). Мне потребовалось около двух месяцев, чтобы вернуть былую форму.

Ухудшение состояния костей

Симптомы. В наших костях происходят два противоположных процесса: разрушается старая костная ткань и образуется новая. Масса кости зависит от баланса между разрушением (деградацией) и моделированием. В условиях микрогравитации снижение нагрузки на кость нарушает этот баланс, что приводит к потере примерно 1,5 % костной ткани в месяц. Для сравнения, пожилой человек теряет тот же объем примерно за год. Особо восприимчивыми являются область таза и нижняя часть позвоночника (именно в этих местах у космонавтов после возвращения часто обнаруживают остеопороз). Кроме того, поскольку минеральная плотность костей уменьшается, минеральные соединения попадают в кровь, а повышенный уровень кальция в крови повышает риск кальциноза мягких тканей и образования камней в почках. Важна не только минеральная плотность костной ткани. По мере того как в условиях микрогравитации образуется новая костная ткань, архитектура самой кости может меняться, увеличивая риск перелома при возвращении на Землю.

Профилактика. Еще раз: тренировка – наш союзник. Вызывая механический стресс костей, космонавты стимулируют выработку костной ткани остеобластами. Но как и в случае с мышцами, одна только физическая нагрузка не предотвратит ухудшения состояния костной ткани, поэтому космонавты обычно принимают пищевые добавки с витамином D, а рацион содержит достаточное для поддержания здоровья костей количество кальция. Более низкое потребление соли также может способствовать уменьшению потери костной массы – НАСА изменило технологию приготовление более 80 блюд, чтобы уменьшить содержание натрия. Исследования также показали, что предотвратить потерю костной массы во время космического полета помогает прием бисфосфонатов (терапевтических средств, используемых для лечения пациентов с остеопорозом).

У меня была большая потеря костной массы в области шейки бедра и поясничного отдела позвоночника.

Однако после всего шести месяцев на Земле я восстановил 50 % потерянной костной массы и в течение одного-двух лет планирую полностью восстановить плотность костей (это обычные сроки для большинства космонавтов).

На МКС проводилось много исследований, посвященных потере минеральной плотности костей. Эти исследования помогают не только уменьшить потерю костной ткани у космонавтов при длительных миссиях, но и продвигают разработку препаратов для лечения остеопороза здесь, на Земле.

Нарушение зрения

Симптомы. Недавно было доказано, что полет в космос может негативно влиять на зрение. Нарушения варьируются от отека диска зрительного нерва (отек оптического диска), сплющивания заднего глобуса (раздавливание задней части глазного яблока), образования хориоидальных складок (чередующиеся светлые и темные полосы сетчатки) и «ватных» пятен на сетчатке (белые пятна на сетчатке) до утолщения слоя нервного волокна и развития близорукости. Из трехсот космонавтов, принимавших участие в длительных миссиях, 60 % подтверждали снижение остроты зрения.

Профилактика. Какие факторы вызывают эти изменения зрения, до сих пор не ясно. Но вполне вероятно, что это частично обусловлено вызванным микрогравитацией сдвигом жидкости в организме, отрицательно влияющим на кровеносные сосуды черепа и глаз, спинномозговую жидкость и вызывающим повышенное внутричерепное давление. Также было высказано предположение, что дополнительными факторами могут являться более высокие уровни углекислого газа в атмосфере, тяжелые резистивные нагрузки или диета с высоким содержанием натрия. Кроме того, свою роль может сыграть и индивидуальная восприимчивость – некоторые космонавты генетически предрасположены к развитию нарушений зрения. Исследователи даже рассматривают создание специальной одежды, которую космонавты надевали бы ночью. Эту одежду можно будет подключить к устройству вроде пылесоса, которое заставит кровь приливать к ногам, чтобы облегчить нагрузку на сердце и мозг, пока космонавт спит!

Воздействие радиации

Симптомы. Благодаря магнитному полю Земли мы в значительной степени защищены от космического излучения. Однако на МКС космонавты подвергаются солнечной радиации и радиации галактических космических лучей (высокоэнергетические частицы, поступающие из глубокого космоса). Быстрые и тяжелые ионы, составляющие космические лучи, опасны сами по себе, а при столкновении с алюминиевым корпусом МКС высвобождается множество вторичных частиц, которые проникают внутрь станции. В среднем космонавты на МКС за день подвергаются облучению примерно в 0,7-1 мЗв. В течение полугода вы получите такую дозу облучения, как за 60 лет на Земле. Другими словами, нахождение на низкой околоземной орбите эквивалентно восьми рентгеновским облучениям грудной клетки в день.

Профилактика. Лучшая профилактика радиации – максимально ограничить ее воздействие. С этой целью некоторые части МКС имеют защиту из полиэтилена, что уменьшает воздействие вторичных нейтронов, испускаемых при столкновении космических лучей с поверхностью МКС. Хорошей новостью является то, что радиационная обстановка на станции находится под пристальным наблюдением. В каждом модуле имеется множество радиационных мониторов, каждый космонавт всегда держит при себе персональный дозиметр. Во время выхода в открытый космос дозиметр тем более обязателен, потому что, покинув герметичные модули, мы подвергаемся еще большей опасности. Плохая новость заключается в том, что космонавты действительно получают большую дозу радиации при длительных космических полетах, что повышает риск развития рака. Трудно достичь соглашения относительно допустимых доз облучения, но НАСА требует, чтобы повышенный риск развития рака у космонавтов из-за радиационного облучения не превышал 3 % по сравнению со средними цифрами для остального населения.

Старение сосудов

Симптомы. По мере того как люди становятся старше, сосуды теряют эластичность, что приводит к увеличению артериального давления и повышает риск сердечно-сосудистых заболеваний. Недавно было замечено, что космонавты, возвращающиеся с МКС, имеют гораздо более жесткие стенки сосудов, чем на момент отправления в космос. С точки зрения утраты эластичности сосудов шесть месяцев в космосе эквивалентны 10-20 годам на Земле!

Профилактика. Хорошая новость – при возвращении на Землю активируется обратный процесс, и космонавты могут надеяться, что их сосуды восстановятся до состояния, которое было до запуска. Наблюдая эти изменения, ученые смогут лучше понять механизмы, лежащие в основе сосудистых изменений, с тем чтобы разработать контрмеры для замедления старения сосудов. Я вызвался участвовать в эксперименте Канадского космического агентства под названием «Сосудистое эхо». (Если точнее, находясь на борту МКС, я поучаствовал в первой части эксперимента.) Помимо понимания рисков для космонавтов, цель этого исследования заключается в замедлении старения сосудов и улучшении здоровья и качества жизни для всех на Земле.

Боль в шее/спине

Симптомы. Полет в космос может быть сопряжен с настоящей болью в шее. Воздействие удлиненного позвоночника, ослабленных мышц (особенно поддерживающих позвоночник) и измененной позы тела может причинять дискомфорт не только в течение первых нескольких недель в космосе, но и в течение продолжительного времени после возвращения на Землю. Более половины космонавтов сообщают о болях в спине или шее, связанных с полетом. В течение первого года после возвращения из длительной миссии космонавты в четыре раза чаще, чем люди на Земле, страдают от грыжи межпозвоночного диска.

Профилактика. В дополнение к стандартной программе упражнений космонавты на орбите могут использовать ремни, ленты Theraband, упражнения на растяжку и даже заниматься йогой, чтобы простимулировать основные мышцы и облегчить боль. После возвращения с каждым космонавтом работают физиотерапевты и тренеры, которые оценивают степень мышечной атрофии и разрабатывают индивидуальную программу реабилитации. Но часто после космического полета может потребоваться несколько месяцев, чтобы полностью избавиться от боли в спине или шее.

Истощение иммунной системы

Симптомы. Исследования показали, что на состояние нашей иммунной системы могут негативно влиять множество факторов, например стресс, изоляция, недосып, облучение или плохое питание. Все эти факторы, в дополнение к микрогравитации, присутствуют в космосе, и в совокупности они оказывают влияние на иммунную систему. Полученные данные достоверно подтверждают, что у космонавтов на орбите происходит сбой в работе этой важной системы организма. Активность одних иммунных клеток по сравнению с нормальным состоянием подавляется, а других, наоборот, возрастает. Очевидно, что подавленная иммунная система не сможет правильно реагировать на внешние угрозы, что увеличивает риск заболеваний. Повышенная активность клеток, в свою очередь, может привести к более выраженному иммунному ответу – развивается аллергия и появляется сыпь, о которых сообщают некоторые члены экипажа.

Профилактика. Ученые все еще изучают этот вопрос, чтобы лучше понять, почему работа иммунной системы нарушается и как защитить космонавтов в течение длительной миссии. Контрмеры могут включать улучшенную радиационную защиту, пищевые добавки, фармацевтические препараты и многое другое. Исследования также показали, что дозированное воздействие радиоизлучения может вызвать ответ нашей иммунной системы, обеспечивая повышенную устойчивость к инфекциям. Работа в этом направлении может принести большую пользу медицине на Земле, поскольку мы узнаем, как и почему происходят изменения в нашей иммунной системе.

* * *

Теперь, когда вы знаете ответ на этот вопрос, поднимите руки те, кто хочет полететь на Марс.

А ВЫ ЗНАЛИ?

• Негативные эффекты космического полета можно частично компенсировать с помощью моделирования гравитации с использованием центрифуги в космосе. В романе Энди Вейра «Марсианин», по которому позже был снят одноименный блокбастер, в состав космического корабля «Земля – Марс» входил вращающийся модуль под названием «Гермес», в котором создавалось ускорение свободного падения около 0,4 д – близкое к марсианскому. Это действительно отличная идея, но центрифуга добавляет много сложностей и затрат при проектировании космических кораблей.

Заключение. взгляд в будущее

В: Если ваш следующий полет будет не на МКС, то вам предстоит пройти другую подготовку в зависимости от пункта назначения? – Мэри Бейнбридж

О: Это отличный вопрос, чтобы подвести книгу к завершению, – он позволяет заглянуть в захватывающее будущее, в котором ожидаются космические полеты и исследования. Короткий ответ на ваш вопрос, Мэри, – да, при подготовке к полетам на другие объекты (не на МКС) некоторые тренировки будут отличаться. Фактически даже подготовка к будущим полетам на МКС может измениться. Чтобы дать вам представление о том, как и почему это может происходить, кратко рассмотрим перечень космических кораблей и космических станций, для полета на которых космонавты могут начать тренироваться в самом ближайшем будущем.

Коммерческая перевозка экипажа

Соединенные Штаты снова близки к тому, чтобы доставлять экипажи на МКС на ракетах, запущенных с американской земли. В сентябре 2014 года НАСА выбрало две компании – Boeing и SpaceX, которые будут обеспечивать доставку и возврат с МКС четырех космонавтов. Общий экипаж МКС составит семь человек, а это увеличит время, затрачиваемое на научные исследования, на 40 часов в неделю.

Два космических корабля – CST-100 Starliner компании Boeing и Dragon компании SpaceX – позволят не зависеть от российской ракеты «Союз» как единственного средства доставки экипажей на МКС и обратно. Ожидается, что к 2019 году оба этих корабля будут работать, а экипажи уже тренируются для полетов.

Низкая околоземная орбита

Эксплуатация МКС была продлена до 2024 года. Поскольку преимущества исследований в условиях микрогравитации постоянно увеличиваются и становятся все более распространенными, растет и интерес со стороны частного сектора. Две коммерческие компании, Bigelow Aerospace и Axiom Space, планируют построить и ввести в эксплуатацию коммерческие космические станции на околоземной орбите. Модуль BEAM компании Bigelow Aerospace уже пристыкован к МКС, где будет проходить двухгодичный период тестирования, а Axiom Space планирует пристыковать свой первый модуль-станцию к МКС в начале 2020-х годов. Обсуждается вопрос о продлении срока службы МКС до 2028 года, чтобы обеспечить постепенный переход к частному сектору исследовательских платформ в условиях микрогравитации на околоземной орбите. Несомненно, что миссии на МКС в 2020-х годах будут оставаться чрезвычайно частыми, захватывающими и динамичными, поскольку коммерческий сектор расширяет свои позиции в космосе.

Исследование Луны

Существует веская причина, по которой национальные космические агентства поддерживают переход на коммерческие космические станции на околоземной орбите: это позволяет сосредоточить ценные ресурсы на следующих этапах изучения Солнечной системы человеком. Например, в НАСА идет разработка нового мощного комплекса сверхтяжелой ракеты-носителя (Space Launch System, SLS), которая является более крупной и мощной, чем Saturn V, которая была создана для вывода пилотируемых космических кораблей «Аполлон» на траекторию полета к Луне. Во время первых пяти запусков SLS будет происходить сборка Международной лунной орбитальной станции (маленькой космической станции с силовыми/двигательными установками, жилыми, логистическими и шлюзовыми модулями) на орбите Луны. Начиная с 2019 года эти миссии не только откроют путь для научных исследований в глубоком космосе, но и предоставят возможность вернуться к изучению поверхности Луны и будут шагом в направлении Марса. Сборку Международной лунной орбитальной станции планируется закончить в 2026 году, после чего будет проведен беспилотный испытательный полет SLS. После этого SLS доставит на станцию капсулу «Орион» с четырьмя членами экипажа; миссии будут длиться до шести недель в зависимости от поставленных задач.

Хотя это проект НАСА, в данном случае необходимо плодотворное сотрудничество с другими национальными космическими агентствами, научными кругами и частным сектором. Европейское космическое агентство уже играет жизненно важную роль в этих миссиях, предоставляя европейский сервисный модуль для космических аппаратов «Орион».

Исследование Марса

С тех пор как Нил Армстронг совершил высадку на Луне 20 июля 1969 года, люди смотрели на Марс как на следующую ступень в изучении Солнечной системы. И сейчас наконец начинает развиваться «дорожная карта», которая сделает это стремление возможным. Уже в 2027 году SLS доставит пилотируемый межпланетный космический корабль для стыковки с Международной лунной орбитальной станцией. После запуска логистических модулей и однолетней «пробной миссии» в окрестностях Луны планируется использовать этот 41-тонный корабль для доставки экипажа из четырех человек на Марс и обратно в 2033 году; миссия продлится менее трех лет, но высадка на Марс производиться не будет – корабль останется на орбите Красной планеты, а затем вернется на Международную лунную орбитальную станцию. Данные, полученные в ходе этой миссии, приблизят нас к конечной цели – высадиться на поверхности Марса для первой в истории колонизации другой планеты.

Дальнейшее изучение нашей Солнечной системы и высадку на Марсе планируют не только национальные космические агентства. Илон Маск, генеральный директор SpaceX, не скрывает своих амбиций по колонизации Марса и превращению людей в мультипланетный вид. Это далеко не пустой разговор. В SpaceX уже построили и тестируют двигатель Raptor на метановом топливе для Межпланетной транспортной системы Маска. Этот мощный двигатель будет иметь более чем в три раза больше тяги текущего двигателя Merlin 1D, который используется на ракете-носителе Falcon 9. Многоразовый бустер первой ступени для этой новой ракеты получит ошеломляющие 42 двигателя Raptor – ее мощность будет в четыре раза превосходить мощь ракеты Saturn V.

SpaceX – не единственный пример принадлежащей миллиардеру компании, которая планирует сократить расходы на полеты в космос и расширить границы человеческих знаний. Джефф Безос, основатель Amazon, владеет компанией Blue Origin, которая в настоящее время разрабатывает серию новых ракет с прицелом на Луну и задумывается над проблемой расширения присутствия человека в Солнечной системе.

Кроме того, корпорация Sierra Nevada продолжает разработку космического корабля Dream Chaser, а в 2016 году она заключила контракт с НАСА на предоставление как минимум шести коммерческих миссий по доставке грузов на МКС между 2019 и 2024 годами. И такие компании, как Virgin Galactic, Blue Origin и XCOR, разрабатывают технологии, которые в скором времени обещают волнующую воображение доступность космоса для человека.

Старт этой новой «космической гонке» был дан несколько лет назад. Это гонка предлагает не только конкуренцию, большую устойчивость и низкую стоимость полета в космос, но и захватывающие возможности для сотрудничества, новых партнерских отношений и международного сотрудничества. Гонка только начинается, и приближается новая эра изучения космоса. Вопрос уже заключается не в том, будем ли мы колонизировать Луну и Марс, а в том, когда это произойдет.