Новый президент США Дональд Трамп, вопреки ожиданиям, не урезал бюджет НАСА. В целом, он оставил все, как есть, подписав бумагу о выделении средств на запланированные специалистами агентства проекты. Один из таких проектов — полет людей к Марсу и высадка первых марсонавтов. Это должно случиться не позже 2033 года.
В то время, как одни ученые разрабатывают надежные пути доставки человека на Марс, другие изучают возможные опасности, которые подстерегают астронавтов и колонистов на пути к цели. Таких опасностей много как на пути к планете, так и на ее поверхности. Последние исследования, проведенные специалистами Центра регенеративной медицины университета Уэйк-Форест показывают, что в числе прочих проблем астронавтов подстерегает угроза лейкемии и пониженного иммунитета.
Результаты более ранних исследований указывают на то, что марсонавтам станет угрожать еще и слабоумие с потерей памяти от ионизирующего излучения. С какими проблемами могут столкнуться потенциальные путешественники на Марса?
Например, полет может закончиться, толком не начавшись. Для путешествия на Марс нужна мощная ракета-носитель, аналогов которой нет. Ее разрабатывают практически с нуля. Несмотря на то, что ракету и каждый ее элемент подвергают многократным комплексным проверкам, неприятности все же случаются. Из катастроф новейшей истории космонавтики стоит упомянуть взрыв ракеты-носителя Falcon 9 из-за непредвиденного повреждения стенки из композитного материала, отделявшего горючее от окислителя. По словам Илона Маска, главы компании SpaceX, которая и разрабатывала эту ракету, авария была спровоцирована рядом совпадений, серий отказов материалов и оборудования, аналогов которым еще не было. Хорошо, что в этом случае пострадало лишь оборудование, людей на борту не было. Еще более серьезными были аварии лунной ракеты СССР "Н-1", все четыре испытания которой были неуспешными и [некоторые из которых - прим.Nikkuro] сопровождались жертвами.
А что, если бы непредвиденные неполадки возникли на борту ракеты-носителя, отправляющейся в первый в истории человечества полет на Марс? Были бы жертвы, чрезвычайно дорогая ракета была бы уничтожена и, скорее всего, на освоении Марса в ближайшее время был бы поставлен жирный крест.
Полет к Марсу
Радиация
Хорошо, ракета взлетела, никаких проблем нет, люди направляются к Марсу. Путь к планете занимает около 9 месяцев в одну сторону, то есть это самый настоящий долговременный космический полет. А здесь человеку угрожает радиация. Дело в том, что большая часть ионизирующего излучения не доходит до поверхности Земли из-за магнитного поля нашей планеты и ее атмосферы. Чем выше, тем больше плотность излучения. Возможно, именно из-за радиации космонавт Валентин Лебедев, который провел на орбите Земли 211 день, потерял зрение.
Специалисты сравнивают защиту, предоставляемую атмосферой от ионизирующего излучения, со сталью толщиной в 1 метр. То есть через такую защиту могут прорваться лишь частицы самой высокой энергии. Что касается МКС или космического корабля, то здесь защита обусловлена лишь толщиной стенок корпуса, а это, в лучшем случае, несколько сантиметров. По мнению специалистов НАСА, космическая радиация может привести и к развитию болезни Альцгеймера.
Некоторые специалисты считают, что женщинам на Марс лучше не лететь. «Поскольку женщины в общем живут дольше мужчин, согласно прогнозу NASA, у них выше шанс получить рак за свою жизнь, будучи подверженным такому же количеству излучения, что и мужчины. Расчеты показали, что женщинам вообще не стоит лететь на Марс, поскольку кумулятивное воздействие излучения за весь срок полета превысит максимально допустимые 3% риск развития рака» — говорит Дорит Доновьел, замдиректора Национального института космических биомедицинских исследований (NSBRI).
Микрогравитация
На всем пути к Марсу человек будет находиться в условиях почти полного отсутствия гравитации минимум 9 месяцев. А это тоже проблемы для здоровья. У людей на Земле организм приспособлен к обычной гравитации, и разные системы нашего тела борются с ней, стремясь доставить кровь и другие физиологические жидкости наверх. Сразу после попадания на МКС (или ракету) эти системы продолжают действовать, так что даже внешность людей несколько меняется. Например, из-за внутричерепного давления несколько меняется форма глазных яблок.
Изменяется вкус и обоняние, ослабляются мышцы организма, включая мышцы сердца. Сильно усложняется работа вестибулярного аппарата. У некоторых людей без силы притяжения полностью исчезает или значительно ослабляется вкус и обоняние. Без физических упражнений человек теряет около 20% мышечной массы всего за пару недель.
Специалисты отмечают и проявление такого эффекта, как синдром космической адаптации. У некоторых людей при микрогравитации теряется аппетит, появляется мигрень, головокружение. Собственно, речь идет о морской болезни, которую в этом случае лучше называть «космической».
Чем дольше человек пребывает в космосе, тем больше теряется костной ткани. Из-за отсутствия привычных нагрузок кости становятся более легкими и хрупкими. Каждый месяц теряется около 1,5% костной ткани. Пока что неясно, насколько серьезна эта проблема и является ли она обратимой. Конечно, на МКС есть тренажеры, так что космонавты выполняют физические упражнения, стараясь не терять форму. Но поместится ли такое оборудование в космическом корабле, который отправится на Марс?
Позвоночник тоже страдает — увеличивается расстояние между позвонками, и человек чувствует боль. Астронавты решали эту проблему, упираясь руками и ногами в стенки станции, таким образом, позвоночник сжимался и нескольких минут хватало, чтобы ослабить боль.
Психологические проблемы
Если несколько человек запереть в ограниченном пространстве на несколько месяцев, то обязательно возникнут проблемы. Нет, необязательно это будет выражаться в конфликтах, но психика человека в такие моменты страдает. Некоторые люди могут чувствовать постоянную усталость, раздражительность, плохо спать. Из-на нарушения привычного суточного ритма, шума агрегатов и прочих факторов люди чувствуют себя не очень комфортно. Некоторым приходится даже принимать снотворное.
Еще одна психологическая проблема — оторванность от внешнего мира. Связь с Землей будет, но сигнал с удалением от планеты начнет запаздывать. Кроме того, марсианские путешественники будут четко понимать, что в случае возникновения каких-либо проблем никто не придет к ним на помощь. Люди предоставлены самим себе, что, несомненно, сильно давит на психику.
Гигиена
На МКС люди не могут принимать ванны или мыться в душе. То же самое можно сказать и относительно космического корабля, который полетит на Марс. Специальные салфетки и составы — вот, что ожидает космических путешественников на всем протяжении пути. Приходится реже менять нижнее белье, а о стирке вообще придется забыть — грязную одежду, возможно, удастся постирать уже на Марсе. Но, скорее всего, ее просто утилизируют тем либо иным образом.
Прибытие на Марс
Спуск
Итак, марсонавты, которые пробыли в пути 9 месяцев, преодолели все проблемы и прибыли к Марсу. Возникает необходимость высадки на планету. Но здесь тоже не все так просто, как может показаться. Проблема, главным образом, состоит в спуске. Дело в том, что атмосфера Марса примерно в 100 раз менее плотная, чем атмосфера Земли. Соответственно, при спуске понадобится больше сопротивления, чтобы не врезаться в поверхность на всей скорости. Тяжелые объекты набирают очень большую скорость, так что есть ограничения в массе, которую можно единоразово доставить на Марс.
Это, по мнению сотрудника НАСА Брета Дрейка, тонна (именно столько весит Curiosity). «То, как мы будем спускаться через атмосферу, остается важной задачей. С текущими методами посадки мы можем опустить на Марс только метрическую тонну. Этого недостаточно, чтобы основать колонию, для колонии нужно большее», — заявил Дрейк.
Разработчики Low-Density Supersonic Decelerator осматривают нижнюю часть системы
Он же говорит о том, что при условии необходимости основания колонии на Марсе за раз придется опустить от 20 до 30 тонн грузов. Сейчас НАСА и различные частные компании, прорабатывающие посадку на Марс, пытаются создать надежный способ опустить людей на поверхность планеты. Возможно, это будет дискообразный аппарат Low-Density Supersonic Decelerator.
Холод и голод
Если все получилось со спуском, то стоит помнить, что среднегодовая температура на Марсе составляет минус 62 градуса Цельсия. Температура от экватора понемногу снижается к полюсам. Днем на Марсе может быть жарко, а ночью — жутко холодно. На МКС тоже существует проблема значительных перепадов температур. Так, МКС нагревается до 90 градусов Цельсия, будучи обращенной к Солнцу и охлаждается до -90 на противоположной своей стороне. Ученые и инженеры нашли выход из этой сложной ситуации, добившись создания специализированных систем управления температурой.
Но проблема в том, что такие системы рассчитаны на работу в вакууме. Что касается Марса, то ученые еще думают над тем, как обеспечить комфортное существование марсонавтам или колонистам.
«Нам нужно решение, которое обеспечит лучшую изоляцию в холодных условиях и другой способ отвода тепла в горячих условиях. Скафандр в вакууме похож на термос, но скафандр на Марсе будет больше похоже на чашку кофе на кухонном столе — кофе в чашке остывает гораздо быстрее по сравнению с кофе в термосе» — заявил Дрейк.
Продукты питания для людей на Марсе — тоже проблема. Если речь идет о высадке с возвратом, то обойтись можно обычными для астронавтов продуктами питания сухой заморозки. Если же мы говорим о колонистах, то здесь придется еще и выращивать еду. Как? Пока до конца не ясно, специалисты еще работают над этим вопросом. Некоторые ученые считают, что грунт Марса с добавлением некоторых веществ можно сделать пригодным для выращивания сельскохозяйственных культур.
Во втором случае придется следить за концентрацией кислорода, выделяемого растениями, в атмосфере помещения, где живут колонисты. Слишком много кислорода — это вероятность спонтанных взрывов или даже отравления экипажа.
И снова радиация
Специалисты с кафедры радиационной онкологии Калифорнийского университета провели исследования для проверки того, как ионизированное излучение будет действовать на космонавтов на Марсе. Как оказалось, через 12-24 недель после облучения слабыми дозами ионизирующего излучения (5 или 30 доз 48Ti или 16O) у подопытных животных сохраняются признаки когнитивной дисфункции. Проблема связана с изменением дендридной структуры, изменением уровня протеина в синапсах и воспалением нервной ткани. Проблема выявлена у животных; возможно, схожая проблема проявится у человека. Есть риск того, что из-за снижения когнитивных функций у человека под воздействием ионизирующего излучения люди просто могут не справиться с управлением доверенных им систем, не выполнив научные и инженерные задачи или вообще забыв о том, что нужно делать.
Еще одно проявление воздействия радиации — это довольно высокая вероятность появления у людей лейкемии и снижения иммунитета. Причина — все та же радиация. Проблему выявили ученые Центра регенеративной медицины университета Уэйк-Форест. Они трансплантировали человеческие стволовые клетки в организм мышей и подвергли животных воздействию слабого ионизирующего излучения. Речь идет об особом типе клеток, которые называются гемацитобласты. Эти клетки дают начало всем остальным клеткам крови. Гемопоэтические стволовые клетки находятся в красном костном мозгу, который, в свою очередь, располагаются внутри полостей большинства костей.
В этом исследовании изучались гемацитобласты здоровых взрослых людей 30-55 лет. Как оказалось, под воздействием радиации способность этих клеток производить любые виды кровяных клеток снизилась на 60-80%. Кроме того, радиация привела к мутациям в генах, которые принимают участие в кроветворном процессе, что привело к снижению способности гемацитобластов производить зрелые клетки крови.
Следующим шагом была проверка работы клеток, подвергнувшихся воздействию радиации. Как оказалось, при трансплантации их мышам последние начали заболевать лейкемией. Ученые считают, что это может служить доказательством того, что космическая радиация может стать причиной появления лейкемии у людей.
В совокупности с уже упомянутым выше снижением иммунитета при долгосрочном пребывании человека в условиях микрогравитации окажет негативное влияние на успешный исход экспедиции на Марс любого типа — хоть временную высадку космонавтов, хоть прибытие на планету колонистов.
И ведь не следует еще забывать, что в первом случае людям придется еще и возвращаться на Землю, что приведет к повторному влиянию радиации, микрогравитации и других проблем, описанных ранее. Плюс ко всему, специалистам нужно найти надежный способ взлета с поверхности Марса для возвращения на Землю.
Как бы там ни было, специалисты не теряют надежды на разработку надежных мер безопасности, которые смогут защитить людей от одних опасностей и снизить негативное влияние других. В том, что ученые и инженеры верят в успешный исход путешествия может говорить и запланированный НАСА пилотируемый полет на Марс к 2033 году и планы Илона Маска на аналогичный полет и создание на соседней планете колонии.
P.S.: По теме, из недавнего:
Ученые назвали новую угрозу для космонавтов при полете на Марс
Так художник представил посадку космического корабля Dragon на Марсе
МОСКВА, 2 ноя — РИА Новости. Длительное пребывание в невесомости может привести к необратимому повреждению мозга, поэтому полет на Марс потребует создания систем искусственной гравитации, заявляют ученые в статье, опубликованной в журнале NEJM.
"Космонавты с такими нарушениями работы мозга не смогут видеть объекты на небольшом расстоянии от себя, потеряют способность читать или проводить даже самые простые эксперименты. Кроме того, их восприятие исказится, что может привести к еще более серьезным последствиям", — комментирует открытие Дэниел Браун (Daniel Brown) из университета Трента в Ноттингеме (Великобритания), чьи слова приводит газета The Telegraph.
В последние годы медики активно изучают последствия длительного пребывания в космосе для организма человека. Большая часть таких исследований проводилась или на борту американских "шаттлов", или непосредственно на МКС, а также на некоторых российских "биоспутниках". Ученым удалось выявить целый ряд угроз для здоровья будущих марсианских колонистов или исследователей дальнего космоса.
Так, эксперименты на мушках-дрозофилах показали, что длительная жизнь в невесомости приводит к ослаблению врожденного иммунитета, делает насекомых уязвимыми для грибков, а также нарушает считываемость целого ряда генов. Другие исследования показали, что жизнь в космосе ускоряет старение костного мозга, внутри которого формируются новые иммунные клетки, а длительная бомбардировка головного мозга космическими лучами необратимо снижает IQ.
Донна Робертс (Donna Roberts) из Медицинского университета Южной Калифорнии (США) и ее коллеги раскрыли еще одну негативную сторону долговременных полетов в космос. Ученые "просветили" мозг 18 астронавтов и космонавтов, работавших на МКС долгое время, а также проследили за изменениями здоровья добровольцев, которые на протяжении 90 дней лежали в лаборатории на кушетках с опущенной головой.
Эти снимки и наблюдения выявили необычный феномен — у участников эксперимента изменилось расположение отделов мозга по отношению друг к другу и к стенкам черепа. Часть областей, которые находятся рядом с глазами или связаны с восприятием информации из окружающего мира, оказалась деформирована и сжата, а в других отделах, наоборот, возникли или увеличились пустоты.
Причиной всех этих изменений, как считают ученые, было то, что мозг просто "всплыл" вверх, к верхней стенке черепа, что привело к сжатию некоторых его областей и снижению давления в спинномозговой жидкости. Эти аномалии могут крайне негативно повлиять на ясность восприятия и мышления космонавтов и сделать полет к Марсу и другим далеким планетам опасным.
Как решить эту проблему? Как отмечают исследователи, для этого не нужно изобретать футуристические системы искусственной гравитации, подобные тем, которые есть в научной фантастике — достаточно установить на корабль для полетов на Марс центрифугу, которая позволяла бы экипажу временно чувствовать силу тяжести. В таком случае последствия от сдавливания глаз и центров восприятия в мозге можно будет минимизировать.