Книга Extremes. На пределе. Границы возможностей человеческого организма - Кевин Фонг

***

Если даже это не отвратило вас от мысли о полете, предлагаю подумать еще и о радиационной опасности. Все сходятся во мнении, что фоновая радиация, которой вы подвергнетесь во время полета с Земли на Марс, должна находиться в пределах допустимого — если не случится вспышки на Солнце.

Эти гигантские выбросы плазмы с поверхности Солнца сопровождаются мощными потоками заряженных частиц, которые несутся сквозь космос. Для орбитальных экипажей это не опасно, ведь они находятся под защитой магнитного поля Земли. Заряженные частицы попадают в ловушку его силовых линий и распределяют вдоль них свою энергию, далеко не достигнув орбиты.

Но у корабля, вылетающего за пределы Земли, такой защиты не будет. Солнечная вспышка подобна нейтронной бомбе, разорвавшейся рядом с вами. Энергетические частицы — заряженные ядра атомов гелия, нейтроны, протоны и т.п. — проносятся сквозь человеческое тело, причиняя разрушения и необратимо поражая клетки. При таком облучении от ДНК мало что остается: что произойдет с генетической информацией после массированного обстрела каждой вашей клетки? Да и получившиеся в результате подобной «реставрации» структуры будут опасно нестабильными и едва ли смогут функционировать без сбоев.

Наибольший ущерб понесут популяции интенсивно делящихся клеток: волосяные луковицы, кожа и слизистая оболочка кишечника. Следующей жертвой могут стать клетки спинного мозга, они тоже быстро делятся. Нарастающим дефицитом всех видов кровяных клеток, в том числе отвечающих за свертываемость крови и поддерживающих иммунную систему, объясняются известные каждому симптомы лучевой болезни: выпадение волос клочьями, диарея, синяки на коже и кровоточивость десен. Без защитного экрана при таком уровне радиации остаться в живых невозможно.

Самое скверное, что вспышки на Солнце происходят спонтанно, и мы не можем прогнозировать их с точностью метеосводки. Действенных способов защититься от них тоже пока не изобрели. Корабль со свинцовыми стенками вопроса не решит, даже если удалось бы вывести такую конструкцию на орбиту. Свинец и другие тяжелые металлы эффективно защищают от рентгеновских лучей и более легких частиц. Но для высокоэнергетичных тяжелых частиц он не преграда, а скорее наоборот. Быстрые частицы, несущиеся со скоростью, близкой к скорости света, врезаются в атомы металлического щита и выбивают их, как шары на бильярде. Вылетевшие атомы становятся источником вторичной радиации, столь же смертельно опасной, что и частицы, от которых этот металл должны был защищать.

Один из вариантов спасения — нечто вроде бомбоубежища в космическом корабле, отсек, более устойчивый к радиационным бурям, вызываемым вспышками на Солнце. Такой отсек можно изолировать, но не листами металла, а водяной стеной. Предполагается, что вода очень эффективно ослабляет радиацию солнечных частиц, — однако это лишь гипотеза. Если вы спросите экспертов о радиационной угрозе во время полета на Марс, вам ответят, что пока мы просто недостаточно об этом знаем.

***

Даже если удастся придумать способ защиты от радиации и сконструировать систему жизнеобеспечения, способную хотя бы частично поддерживать себя и восстанавливаться, мы неизбежно вернемся к важнейшему, основному вопросу — необходимости справляться с отсутствием гравитации. Самое длительное в истории пребывание человека в космосе продолжалось 437 дней 17 часов 58 минут и 16 секунд, осуществил его космонавт Валерий Поляков на борту российской космической станции «Мир» в 1994–1995 годах. Когда он вернулся на Землю, состояние его здоровье было признано вполне удовлетворительным по всем параметрам — но нет никакой уверенности, что это гарантировано и другим космическим путешественникам.

Поляков — член клуба избранных. В космосе побывало около пятисот человек. Из них только десятеро провели там больше двухсот дней, и лишь двое — больше года.

Для большинства космонавтов и астронавтов экспедиция в космос длится менее двух недель. Ухудшение здоровья и нарушение различных функций у тех, кто оставался в космосе от трех до шести недель, значительны и варьируют от человека к человеку.

Разработаны разные меры, позволяющие справиться с нежелательными последствиями более длительного пребывания в космосе. Это лекарственные препараты, специальные диеты, режимы усиленных тренировок. Но хотя все они применяются и в той или иной степени помогают справиться с последствиями полета, ни одно из этих средств не является панацеей.

По этой причине изобретатели то и дело возвращаются к концепции искусственной гравитации. Идея эта не нова. Конструкторы первых ракет понимали, что команды их кораблей будут испытывать невесомость и что это вызовет проблемы, хотя всех возможных последствий они предсказать не могли.

В 1923 году Герман Оберт предложил решение: ракета с прикрепленным к ней противовесом должна вращаться вокруг общего центра тяжести, создавая для экипажа искусственную гравитационную нагрузку. Это та самая нагрузка, которую мы испытываем, катаясь на карусели, — центробежная сила, прижимающая нас к дверце автомобиля на резком повороте.

Что ж, как будто все неплохо. Но проблема тут не в физике, а в инженерном решении. Для подобного аппарата серьезнейшим ограничением является наличие на борту живых людей с их биологическими потребностями.

Сила искусственного тяготения, вызываемая вращением корабля, зависит от радиуса корабля и скорости его вращения. Для того чтобы гравитационная сила оказалась достаточной, корабль должен быть либо маленьким и вращаться очень быстро, либо очень большим — и в этом случае ему позволительно кувыркаться медленнее.

Все люди по-разному переносят катание на каруселях и американских горках: одни готовы снова и снова вращаться с головокружительной скоростью, при этом ничуть не страдая, других укачивает при одном взгляде на этот аттракцион. Здесь опять же все дело в рецепторах внутреннего уха: именно они реагируют на ускорение вращения, пытаясь разобраться, что происходит, и если разобраться не могут, выражают свое несогласие через рвотный центр в мозгу. Однако если скорость вращения остается достаточно медленной, до четырех оборотов в минуту или меньше, со временем к этому движению способен привыкнуть любой.

Определившись с этим требованием, мы можем вычислить радиус вращения, необходимый для создания силы тяжести, равной земной. Диаметр такого корабля должен составлять 125 метров — то есть примерно как лондонское колесо обозрения. Вообразите махину такого размера, да еще вращающуюся со скоростью четыре оборота в минуту, попытайтесь оценить, чего бы стоило построить эту громаду, а потом вывести ее на орбиту.

В НАСА это не просто вообразили. В 1990-е годы в Центре космических исследований имени Джонсона группа инженеров во главе с Кентом Джустеном разработала примерный проект корабля с искусственной гравитацией, который мог бы реально существовать и работать. Они вернулись к оригинальной идее Германа Оберта об общем вращении ракеты с экипажем и соединенном с ней противовесе. В проекте Джустена модуль и его противовес остроумно предложено разделить ультралегкой жидкокристаллической конструкцией. Во время старта с Земли эту конструкцию можно сохранять в сжатом виде, а развернуть только после выхода корабля на орбиту. Далее сооружение будет вращаться до самого Марса. Экипажу в нем отводится жилое помещение величиной с дом на четыре спальни, условия жизни в котором, включая гравитационную нагрузку, приближены к земным.