Как мы выживем в космосе: к чему нужно готовиться будущим космическим путешественникам?
Анатолий Шуклецов - 13.10.20 (обновлено 13.10.20) Будущее путешествие на Марс или Луну осложняется не только высокими финансовыми затратами, но и космическими лучами или отсутствием гравитации и связанных с этим проблем со здоровьем. Как нам справляться с подобными ловушками?
Вселенная соблазнительна, но также чрезвычайно опасна. И мы еще не совсем готовы к этому. Просмотр видео на борту Международной космической станции или МКС может создать впечатление, что космическая среда относительно безопасна для человека. Жизнь в невесомости, точнее в микрогравитации, выглядит очень забавно, и, кроме того, в изоляции от остального населения мира нет риска заражения гриппом или Ковидом-19. Однако на самом деле вселенная – очень негостеприимное место. Человек как вид развился на поверхности Земли, и поэтому путешествие за пределы ее досягаемости отрицательно влияет не только на его тело, но и на его психику.
Фото: https://www.stoplusjednicka.cz/
Привлекательная Земля
Если вы несетесь в свободном падении возле своей родной планеты или летите на космическом корабле к Марсу, вы окажетесь в состоянии невесомости. Короче говоря, гравитация Земли больше не будет притягивать ваше тело, что негативно повлияет на него: например, внутреннее ухо перестанет работать, и вы будете сильно дезориентированы. Также изменится активность кровеносной системы, поэтому ваше лицо будет раздуваться, и ваше зрение будет размытым.
Однако долгосрочные последствия низкой гравитации еще хуже: кости без гравитации становятся хрупкими, как при остеопорозе. Мышцы, которые удерживают позвоночник в вертикальном положении и в целом поддерживают скелет, сжимаются и ослабевают. И последнее, но не менее важное: сердце «увядает», так как ему не нужно гнать кровь против влияния притяжения. Конечно, описанные изменения не усложняют жизнь космонавтам, пока они остаются невесомыми. С определенной точки зрения они даже достойны восхищения, потому что с ними организм может адаптироваться к новой среде. Однако, как только экипажи возвращаются на Землю или на любую другую планету после длительного пребывания в условиях микрогравитации, даже рутинные задачи могут стать серьезным осложнением.
Решением может стать искусственная гравитация, создаваемая, например, путем вращения корпуса больших космических кораблей, в недрах которых центробежная сила имитирует условия на Земле. Но подобное вращающееся устройство нужно было бы собрать прямо в космосе, а у нас пока нет ресурсов или технологий для этого. В ближайшее время можно будет создать небольшие центрифуги для нужд бригад. В отличие от вращающихся сегментов кораблей, они будут удерживать только одного человека за раз, с которым они будут вращаться, в то время как этот человек будет укрепляться в искусственной гравитации. Таким образом, притяжение можно было точно дозировать, чтобы тело не страдало от длительного пребывания в космосе.
Фото: https://banco.az/
Платья делают космонавта
Дэвид Грин и его коллеги из Королевского колледжа Лондона работают над альтернативным решением с Массачусетским технологическим институтом и Европейским космическим агентством (ЕКА). Они назвали его «скафандр с защитой от гравитационной нагрузки», что в переводе означает «комбинезон, обеспечивающий действие силы тяжести». Это звучит немного устрашающе, но это умное изобретение. Это своего рода функциональный костюм, аналогичный тому, в котором соревнуются триатлонисты. Основой стал эластичный материал, который создает сбалансированное давление на определенные части тела и, таким образом, имитирует действие силы тяжести на Земле. В космосе это может помочь астронавтам бороться с деформацией позвоночника, мышечной слабостью или истончением костей. Одежда сейчас проходит испытания на Земле и в космосе: например, датский космонавт Андреас Могенсен надел ее во время своего первого полета на МКС в 2015 году.
Но разве нельзя добиться того же эффекта с помощью лекарств? Натаниэль Шевчик из Ноттингемского университета принял участие в таком целенаправленном проекте, но он проводил эксперименты не на людях, а на червях, в частности, Caenorhabditis elegans или нематодах. Нематода получила от природы два типа мышц, похожих на сердечные и двигательные мышцы человека. В то же время ученым уже удалось полностью описать эволюцию этого простого животного и нанести на карту его геном. Таким образом, нематода представляет собой идеального кандидата для проверки эффекта длительного пребывания в космосе, куда она также отправлялась несколько раз. Шевчик и его коллеги, изучавшие нематод, наблюдали изменение выработки около сотни типов белка, многие из которых участвуют в наращивании мышечной массы.
«Эти эксперименты позволили нам увидеть, как изменяется выработка белка в ответ на невесомость. Во время предстоящего полета ЕКА мы протестируем на червях несколько веществ, которые могут замедлить потерю мышечной массы. Так что есть надежда, что в будущем астронавты просто будут принимать порошок, чтобы предотвратить деградацию мышц и сердца», – объясняет исследователь.
Однако родная планета не «помогает» нам только силой тяжести: атмосфера вместе с магнитным полем защищает земную поверхность от космического излучения. Это постоянный поток энергичных частиц, что означает крайнюю опасность для человека. Соответственно экипажи, направляющиеся на Луну или Марс, столкнутся с ними. Агрессивные частицы вызывают мутации ДНК и могут стимулировать рак, а длительное облучение также может влиять на иммунную и нервную систему.
Фото: https://trashbox.ru/
Спать всю дорогу
Излучение может быть экранировано, например, слоем материала в несколько метров, который легко его поглотит. На Луне или Марсе желаемого эффекта можно было бы достичь за счет строительства подземных баз, но обеспечить аналогичную защиту для космического корабля практически невозможно – в этом случае корабль будет огромным и чрезвычайно дорогим. Поэтому исследователи больше сосредотачиваются на смягчении воздействия радиации на человеческий организм.
Например, может быть полезна специальная диета, поддерживаемая препаратами, которые устраняют свободные радикалы, образующиеся в клетках под действием излучения, или помогают восстановить ДНК. Однако, по словам доктора Марка Дюранте, проблема в том, что существующие антиоксидантные добавки не полностью эффективны. И радиационные препараты, такие как этиол, работают, но они также токсичны.
«Министерство обороны США разработало несколько веществ, которые в настоящее время тестируются для использования в борьбе с космическими частицами. Спящий режим может предложить альтернативу, поскольку наша устойчивость к радиации увеличивается с понижением температуры», – говорит радиолог.
Если бы мы могли организовать, чтобы человек выжил в криогенном сне, колонизаторы могли бы провести несколько месяцев в путешествии на Марс «замороженными». Полет пройдет быстрее, они останутся защищенными от радиации и в то же время сэкономят запасы кислорода, воды и еды. Однако генетическая модификация и искусственно созданная устойчивость к опасной радиации – лучший вариант. Такэкадзу Куниэда из Токийского университета работает с микроскопическими черепахами, которые известны своей исключительной устойчивостью и способностью выживать в космическом вакууме. Чтобы выяснить, какие гены обеспечивают «неуничтожимость» маленьких существ, он секвенировал их геном, а затем вставил фрагменты ДНК в клетки млекопитающих. Результатом стало открытие гена Dsup, который предотвращает «разрыв» ДНК черепах радиацией. А когда молекулярный биолог перенес его на клетки человека, их устойчивость к радиации увеличилась на невероятные 40%.
Фото: https://trashbox.ru/
Бесконечное ожидание
Длительное пребывание в космосе также может повлиять на психическое состояние человека. Астронавты, постоянно работающие на МКС, часто сообщают о проблемах со сном или потере аппетита, а также терпят отсутствие уединения. К тому же экипаж возможного длительного полета придется очень тщательно собрать, чтобы сделать его максимально «крутым». Во время миссии есть постоянный риск, что что-то пойдет не так, и если бы участники экспедиции еще спорили друг с другом, это только усугубило бы ситуацию. В космосе нельзя отказаться от конфликтов и отправиться на прогулку на свежем воздухе. В компании других и вдали от своих близких космонавтам приходится терпеть.
По крайней мере, с палубы МКС можно постоянно наблюдать за Землей. Однако по пути на Марс или на Марсе чувство одиночества или экстаза повседневной жизни преобладает с гораздо большей интенсивностью. Кроме того, задержка сигнала уменьшит поток общения, который должен происходить с помощью письменных сообщений или предварительно записанных видео. Хотя физические последствия длительного пребывания в космосе могут быть выявлены с помощью медицинских тестов, в случае стресса и психических проблем это также зависит от участия астронавтов, которые часто не полностью откровенны. Поэтому НАСА уделяет большое внимание проблемам психического здоровья.
В своем отчете за 2016 год он выделил ряд областей для дальнейшего изучения. Это, например, последствия длительного нарушения сна и так называемой десинхронизации циркадного ритма – или внутренних циклов, влияющих на регуляцию тепла, метаболизм и бодрствование. Если этот физический темп «расстроен», возникают сложности, аналогичные тем, которые мы испытываем в краткосрочной перспективе при перелете в другой часовой пояс. Но что, если нам пришлось бы сталкиваться с десинхронизацией в течение нескольких месяцев или даже лет? В отчете НАСА также рекомендовалось провести более подробное исследование того, как диета может повлиять на циркадные ритмы, в частности, на ее время, и сможет ли она вообще решить проблему десинхронизации.
Фото: https://naked-science.ru/
Когда ломается хлеб
Психические проблемы лучше всего изучать в модельных ситуациях. Поэтому для космических полетов было создано изолированное пространство космического корабля, но уже на поверхности Земли. Команда доктора Бет Хили более года провела в Конкордии, Антарктида, изучая последствия длительной разлуки. В одном из экспериментов каждый должен был носить устройства, которые отслеживали не только их движения, но и их социальные взаимодействия.
«В результате мы получили ценную информацию о динамике группы и их изменениях во время миссии. В будущем мы сможем обнаружить периоды кризиса, когда астронавты жаждут уединения или когда конфликты станут более интенсивными», – объясняет Хили.
Исследователи также разработали когнитивный тест, разделенный на десять частей, которые, вероятно, будут интегрированы в рекомендуемые стандартные процедуры на МКС.
«Он учитывает ряд переменных, таких как склонность к риску, время реакции, тесты памяти и тому подобное. Астронавты будут подчиняться ему на регулярной основе, и любое отклонение от нормы приведет к более детальному расследованию», – резюмирует ученый.
Комментарии