Разработчикам перспективных космических аппаратов предстоит столкнуться с проблемами, связанными с выходом кораблей за радиационные пояса Земли и медико-биологическими проблемами длительного автономного полета.
Чтобы знать, как готовить будущих исследователей к путешествиям в дальний космос, ученые проводят эксперименты, призванные помочь в решении проблем медико-биологического обеспечения длительной пилотируемой экспедиции. В данный момент эксперты из российского Института медико-биологических проблем (ИМБП) РАН и американского Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) готовятся ко второму из серии эксперименту по длительной изоляции, имитирующему четырехмесячный полет к Луне.
О важности подобных исследований, об эксперименте по длительной изоляции SIRIUS и подготовке к нему ТАСС рассказали главный менеджер проекта, руководитель отдела ИМБП Марк Белаковский и начальник Наземного экспериментального комплекса ИМБП Валерий Есин.
Зачем такие эксперименты
Серия экспериментов по моделированию полетов в дальний космос, проводимая на базе ИМБП, получила название SIRIUS в 2017 году. Было предложено 106 вариантов, но международное жюри остановилось на наименовании, созвучном с названием двойной звездной системы Сириус. В действительности же SIRIUS расшифровывается как Scientific International Research In Unique terrestrial Station (Научное исследование в уникальном наземном комплексе). Тогда в ИМБП пояснили, что название символизирует цель проекта: пролить свет на понимание работоспособности человека в длительных исследовательских полетах.
В космосе на здоровье людей действует множество неблагоприятных факторов. Риск для жизни и здоровья, ограничение общения, изоляция, замкнутое пространство, высокий уровень профессиональных нагрузок — все это сказывается на работоспособности космонавтов, на взаимодействии экипажа с наземными службами.
Многочисленные исследования рисков при длительных экспедициях показали, что кроме важнейшего риска радиационного поражения существует ряд других проблем, требующих развития и разработки медико-психологических технологий диагностики, профилактики и лечения космонавтов. Ученые пришли к выводу, что для выбора кандидатов в дальний космический полет потребуется уточнение критериев отбора и подготовки экипажей, корректировка норм потребления воды и пищи, использования одежды и расходных материалов, санитарно-гигиенических средств, а также повышение надежности и эффективности корабельных средств медицинского контроля и диагностики.
С первых полетов человека в космос была актуальна задача сохранения эффективности деятельности и оптимального психологического состояния людей
Но во время полета отслеживать изменения в организме людей очень трудно. Чаще всего у космонавтов просто не хватает времени на необходимое число биомедицинских исследований. Да и всего необходимого оборудования на борту кораблей и орбитальных станций нет, его невозможно туда доставить из-за ограничений по массе и габаритам. "Кроме того, уникальность программы каждой экспедиции на орбитальную станцию, выполняемых в ее рамках полетных операций вносят в измерения так называемый шум, мешающий вычленить эффект изучаемых переменных", — рассказал Белаковский.
Ученые задумались, как в земных условиях исследовать влияние, которое оказывает длительное пребывание в космосе. Так появились исследования по длительной изоляции в гермокамерах — закрытых наземных экспериментальных комплексах. Более того, обнаружился ряд преимуществ в исследованиях, подобных SIRIUS. Оказалось, что в гермокамерах можно использовать большее количество разнообразного научного оборудования, исследованиям можно уделять больше времени, а в ходе эксперимента можно отрабатывать новые методы и аппаратуру для дальних космических полетов.
Рассказывая о необходимости изоляционных экспериментов, Белаковский привел пример тренировок, через которые прошла первая группа кандидатов на полет в космос в 1960 году. "Все они по несколько суток провели в тишине сурдокамеры. С тех пор программа подготовки космонавтов во многом изменилась, но испытания в сурдокамере остались", — рассказал ученый.
С течением времени наземные изоляционные эксперименты все больше доказывали свою важность. Так, при организации медико-психологического обеспечения первой экспедиции посещения с участием Светланы Савицкой на станцию "Салют-7" в августе 1982 года использовались результаты 25-суточного эксперимента по изоляции, отметил Белаковский. По его словам, эксперименты по длительной изоляции помогли выявить множество проблем.
В феврале — апреле 1983 года был проведен эксперимент продолжительностью 60 суток, в ходе которого проявились проблемы взаимодействия в смешанных по полу экипажах, связанные с гендерными стереотипами
Данные этого исследования легли в основу проведения медико-психологического сопровождения полета Елены Кондаковой в составе основного экипажа станции "Мир" в октябре 1994-го — марте 1995 года.
Эксперименты по длительной изоляции позволяют моделировать полный рабочий день космонавтов на фоне ограниченного пространства, навязанного характера общения и взаимодействия с другими членами экипажа. В исследованиях ученые могут отработать организацию коммуникации космонавтов с внешним миром, центром управления, родными. Также в экспериментах в гермокамерах можно управлять средой обитания, что значительно повышает по сравнению с космическими полетами достоверность получаемых результатов.
"Эксперименты с долговременной изоляцией точно воспроизводят инфраструктуру пребывания экипажа в модулях космической станции и позволяют ученым получать значимую информацию о состоянии здоровья, поведении, деятельности и коммуникации малых групп, отрабатывать и совершенствовать аппаратуру и процедуры медико-психологического и инженерного обеспечения реальных космических полетов", — указал Белаковский.
SIRIUS: цели, программа, сроки
Проект SIRIUS рассчитан на период до пяти лет. Он является продолжением начатых в проекте "Марс-500" (эксперимент по имитации пилотируемого полета на Марс, проводившийся с ноября 2007-го по ноябрь 2011 года, во время которого шесть добровольцев находились в замкнутом комплексе 519 дней) исследований медико-психологических рисков при длительных космических полетах.
"На МКС все чаще работают смешанные экипажи, и одной из фундаментальных задач в эксперименте SIRIUS является исследование влияния гендерного фактора на взаимоотношения и взаимодействия в экипаже. Специалисты будут оценивать, насколько это отразится на поведении каждого члена команды, как изменится состояние и самочувствие людей", — рассказал Белаковский.
Первый из серии совместных российско-американских экспериментов SIRIUS был проведен в ноябре 2017 года, его продолжительность составила 17 дней. Экипаж провел более 60 разных экспериментов.
В ходе программы уточнялась система медицинского наблюдения за экипажем, а также апробировались перспективные системы психологической поддержки и новые принципы распределения пространства в космическом корабле для обеспечения комфорта экипажа будущих межпланетных полетов
Теперь в ИМБП готовят второй из серии эксперимент по длительной изоляции, его продолжительность составит четыре месяца. Начаться он должен 1 марта 2019 года. По замыслу специалистов, экипаж отработает полет на Луну. Основной целью миссии будет выбор области для будущего строительства базы.
На первом этапе экипаж, по сценарию, отправится на орбиту Луны, где состыкуется со станцией (аналог проекта Deep Space Gateway). Затем космонавты два месяца будут проводить наблюдения, чтобы решить, где приземлиться, а также выполнят несколько стыковок с транспортными кораблями. Затем космонавтов ожидает прилунение и несколько условных выходов на поверхность спутника. После этого космонавты вернутся на орбитальный корабль, который в ходе следующего этапа облетит Луну.
На завершающем этапе экипаж вернется на Землю. При этом во время миссии будет пятиминутная задержка связи, а на одном этапе контакта с Центром управления полетами она может и вовсе пропасть на пять дней. В ходе эксперимента у экипажа будет 16 часов бодрствования, включая восемь часов штатного рабочего дня (научные работы и корабельные операции). Во время миссии будет происходить один или несколько периодов длительного отсутствия сна.
Экипаж, который примет участие в эксперименте, будет сформирован к 15 октября. Как рассказал Белаковский, в первую очередь в ИМБП рассчитывают набрать для эксперимента высокопрофессиональных специалистов из организаций космической отрасли. Экипаж будет международным, также ученые рассчитывают, что в него войдут минимум две женщины. Шесть человек, которые отправятся на подготовку, определятся к октябрю. Сейчас заявки на участие в эксперименте подали примерно 70 человек в возрасте 28–55 лет: 50 россиян и 20 иностранцев. Уже есть 12 женских заявок. "В ближайшее время специалисты NASA могут привезти на подготовку двоих кандидатов", — отметил ученый.
Для создания более достоверных условий в ходе эксперимента ИМБП сотрудничает с космонавтами, которые бывали в полетах. Их опыт в институте ценят и всячески используют. Так, космонавты рассказали о нештатных ситуациях, которые происходили при их работе на Международной космической станции. Это учитывалось в научной программе и обязательно найдет отражение в ходе эксперимента. Также с радостью было воспринято известие, что космонавт Евгений Тарелкин согласился принять участие в проекте по четырехмесячной изоляции. Он станет командиром экипажа.
Российским специалистам удалось договориться с представителями NASA о различных вариантах реализации научных программ. "Будут национальные программы, в которых примут участие только российские или американские ученые. Также будут и совместные эксперименты, все зависит от решения постановщика исследования", — отметил Белаковский.
При этом научная программа эксперимента уже утверждена на заседании ученого совета, в нее вошли более 70 исследований от ученых из Великобритании, США, Германии, Франции, Италии, Белоруссии, Канады, Чехии. Теперь все исследования нужно уложить в четырехмесячную программу. Этим вопросом сейчас занимаются российские и американские специалисты. Ожидается, что в сентябре будет сформирован финальный вариант научной программы, который пройдет биотические комиссии как в России, так и в США.
На Земле, как в космосе
Такой большой и важный эксперимент требует соответствующей подготовки. Уже началась усиленная работа, ведется реконструкция Наземного экспериментального комплекса (НЭК), в котором и будет проводиться четырехмесячная изоляция. Он был спроектирован и построен в 1964–1970 годах, введен в эксплуатацию в 1970 году. Это аналоговая платформа с многофункциональными сегментами, способными разместить до десяти человек.
НЭК предназначен для моделирования условий жизни и деятельности экипажа в условиях, максимально приближенных к космическим. Комплекс состоит из пяти модулей, или экспериментальных установок. Их объем составляет от 50 до 1200 кубических метров.
Самый маленький модуль предназначен для имитации посадочного космического аппарата, в нем могут пребывать до трех месяцев четыре члена экипажа. Также в НЭК есть модуль для проведения медицинских и психологических экспериментов, его объем составляет 100 кубических метров. Жилой модуль объемом 150 кубических метров предназначен для размещения и обитания шести членов экипажа. Имеется модуль для хранения вещей и продовольствия, размещения экспериментальной оранжереи, спортивного зала и душевой. Его объем составляет 250 кубических метров. Самая крупная экспериментальная установка в 1200 кубических метров предназначена для имитации поверхности планеты.
Как рассказал начальник этого комплекса Валерий Есин, сейчас в нем ведутся работы по замене систем освещения и видеонаблюдения. Видеонаблюдение предполагается сделать цифровым. Запись изображения будет осуществляться с высоким разрешением и частотой кадров. Также будет записываться звук, что не производилось в эксперименте "Марс-500".
Мы меняем все камеры, программное обеспечение, меняем сервер, будет светодиодное динамическое управляемое освещение, когда каждая лампа будет программироваться и менять силу света и цветовую температуру в зависимости от заданной программы
По его словам, освещение позволит моделировать время суток: утро, день, вечер. "Ученые, в частности из США, считают, что это позволит значительно поднять работоспособность членов экипажа", — отметил специалист.
Работы по свету и видеосистеме должны быть закончены в середине октября. К этому времени предстоит проложить более трех километров кабелей, установить 99 видеокамер и 110 светодиодных ламп.
Он рассказал, что все системы жизнеобеспечения в экспериментальных установках полностью автоматизированы и могут самостоятельно поддерживать заданные параметры среды обитания без вмешательства оператора. А отснятые видеоматериалы могут быть выложены в интернет, правда при соответствующем разрешении организаторов эксперимента. "Вся аудио- и видеоинформация будет в течение двух недель сохраняться на сервере, это около 60 терабайт информации. В течение этого времени ее можно будет перегрузить на внешние хранители информации, или же она будет просто перезаписываться", — рассказал Есин.
"На данный момент приведены в рабочее состояние холодильные установки, отремонтирован и заправлен топливом автономный источник питания (дизель-генератор), заменены все фильтры в системе жизнеобеспечения, проведена очистка системы водоснабжения всех экспериментальных установок", — уточнил ученый. По его словам, была восстановлена система жизнеобеспечения модуля ЭУ-250, вышедшая из строя, заменен сгоревший нагреватель в системе кондиционирования, проведена модернизация душевой кабины.
Также по просьбе NASA в каютах расширены кровати. "Но это оказалось не так просто сделать из-за ограниченного пространства", — отметил Есин. Также был доработан самый маленький из модулей наземного экспериментального комплекса, который имитирует посадочный космический аппарат.
Добавили спальное место, подготовили обеденный и рабочий столы. Теперь возникли вопросы по доработке системы жизнеобеспечения, необходимо провести дополнительную вентиляцию к местам отдыха членов экипажа
Также по просьбе NASA улучшается звукоизоляция, делается дополнительный настил из винилового покрытия, ремонтируются двери в каюты экипажа. "Окончание ремонтных работ запланировано на конец октября, после чего начнутся испытания комплекса, которые продлятся две-три недели. Но уже сейчас можно сказать, что процентов на 50 НЭК готов, все идет штатно", — заключил Есин.
Ожидаемо, что столь масштабные и важные эксперименты требуют серьезных денежных вложений. Так, программа "Марс-500" обошлась примерно в $20 млн. Вся программа SIRIUS также будет стоить дорого, средства потребуются на многое, начиная от реконструкции объекта и заканчивая экипировкой и питанием экипажа. Но хоть у подобных экспериментов есть цена, значение их бесценно. Ведь можно смело сказать, что именно результаты экспериментов в гермокамерах ИМБП заложили принципы построения систем жизнеобеспечения советских и российских кораблей и космических станций, привели к созданию комплекса аппаратуры, по сей день являющейся основой систем Международной космической станции.
Александр Темнов