окруженные здоровыми тканями. Новые методы делают возможным меньшее облучение окружающих тканей, чем традиционные методы.
Без пилотируемых космических полетов многие из этих открытий, из которых мы упомянули лишь некоторые, не были бы сделаны или произошли бы значительно позже. При этом надо учесть, что история пилотируемых полетов насчитывает лишь немногим больше полувека. До сих пор в космосе побывали около семисот человек, которые провели на космических кораблях разное время. В основном это были мужчины. Лишь 10 % астронавтов – женщины. Знания об адаптации и нагрузках в условиях космического полета были получены преимущественно на мужчинах; очень желательно, чтобы и в эту область наконец проникло гендерное равенство. К этому следует добавить, что в большинстве случаев длительность пребывания на космическом корабле не превышает двух недель. Число длительных полетов увеличилось только в последние годы благодаря вводу в эксплуатацию Международной космической станции (МКС). Рекорд длительности пребывания в космосе принадлежит русскому врачу, доктору Валерию Полякову, который провел на станции «Мир» 437 дней в 1994–1995 годах. Рекорды общей продолжительности пребывания в невесомости также были установлены во время многочисленных полетов в космос; здесь международная пальма первенства принадлежит российским космонавтам: 769 дней Александра Калери за период с 1992 по 2011 год, 747 дней Сергея Авдеева в полетах с 1992 по 1999 год и 736 дней Олега Кононенко – суммарное время пребывания на МКС в период с 2008 по 2019 год. В частности, длительные полеты в космос с их динамическими исследованиями в течение многих недель и месяцев решительно улучшили наши знания об адаптации человеческого организма к невесомости. Благодаря ряду наземных исследований и исследований в космосе мы кое-что знаем о физиологической адаптации органов и систем, а также о выраженности изменений и времени, в течение которого эти изменения происходят.
Состояние сердечно-сосудистой системы и водно-солевого обмена стабилизируется примерно за шесть недель. Множество данных было получено также в отношении опорно-двигательного аппарата. Так, в течение первых двух месяцев происходит быстрое уменьшение массы опорной и позной мускулатуры в области таза и нижних конечностей. В ходе этих изменений развивается также поражение соответствующих участков скелета; в среднем за один месяц происходит уменьшение костной массы на 1–2 %; однако эти потери происходят неравномерно и в первую очередь касаются тех участков, где сила тяжести в наибольшей степени влияет на план строения тела: нижний, поясничный отдел позвоночника, тазовые кости, кости бедер и голеней. Наибольшие потери костной массы исследователи выявили в пяточной кости в области свода стопы. Убыль костной массы на 1–2 % не выглядит тревожной, но если учесть, что полет на Марс в оба конца занимает около трех лет, то можно ожидать, что плотность костей уменьшится на одну треть. Плотность костей молодого тридцатилетнего астронавта будет по возвращении соответствовать плотности костей глубокого старика в возрасте далеко за восемьдесят. Это не слишком радужная перспектива для возвращения в поле земного тяготения. То же самое касается долгосрочных эффектов воздействия интенсивного космического излучения – этого вопроса мы коснемся отдельно.
Ко всему этому следует добавить психологические проблемы длительного полета, возникающие за счет ограничения сферы личной жизни, оторванности от семьи, а также межличностных конфликтов из-за территориальных и доминантных притязаний отдельных членов группы, структуры группы, группового мышления и групповой динамики – и все это многократно усиливается в результате воздействия таких стрессовых факторов, как изоляция, скученность, отсутствие или, наоборот, избыток внешних стимулов, ограниченность подвижности, чувство полной зависимости от технического обеспечения, недостаток комфорта и не в последнюю очередь шум на борту. Работа двигателей, проведение экспериментов, системы климат-контроля в некоторых модулях МКС производят шум громкостью от 60 до 100 дБ, что соответствует шуму от проезжающего мимо автомобиля. Помимо этого, искусственная среда и навязанный ритм труда и отдыха на МКС приводят к нивелированию эндогенных биоритмов, вследствие чего нарушается ритм сна и бодрствования, а это оказывает, в свою очередь, негативное воздействие на общую работоспособность астронавтов. Для того чтобы этому противостоять, искусственное освещение МКС максимально приближено к естественному, но полностью заменить солнечный свет оно, конечно, не может. Сюда же относится отсутствие социальных контактов, семьи, друзей по работе и для досуга.
Российские ученые, на основании исследований, выделяют начальную фазу продолжительностью около двух недель, в течение которой происходит перестройка организма. Затем следует – до третьего месяца – фаза полной адаптации, после чего наблюдают частые нарушения сна, снижение активности членов экипажа и сужение сферы интересов. Становятся заметными повышенная раздражительность и утомляемость. Согласно результатам моих долгосрочных исследований во время длительного полета на борту МКС, у астронавтов наблюдаются удивительно сильные ритмические колебания температуры тела в течение суток. Надо исходить из того, что за счет смены дня и ночи на космической станции – а за сутки там солнце всходит и заходит 16 раз – сбивается циркадный ритм температуры тела. Однако по данным проводимого в настоящее время исследования, эти колебания не касаются организма в целом. Затрагивает ли данное положение биоритмические процессы на клеточном и молекулярном уровне, еще предстоит выяснить.
Все эти взятые вместе факторы ведут к тому, что длительный полет в космос даже после многолетней тренировки астронавтов остается чрезвычайно необычной, действительно экстремальной нагрузкой, далеко превосходящей все, что мы переживаем в земных условиях. Как, однако, различаются между собой четыре разных сценария космической миссии: в околоземном пространстве (МКС, полет на низкой орбите, сценарий 1), межпланетный космический полет (транзит, сценарий 2) или пребывание на Луне (сценарий 3) и, наконец, пребывание на Марсе (сценарий 4)? Для начала здесь надо учесть три важных параметра: удаленность от Земли, изменение силы тяжести (g) (микрогравитация, мкg или 10–6g на околоземной орбите, 0 g при межпланетном транзите, 0,16 g на Луне и 0,38 g на Марсе), а также продолжительность путешествия. Различные сценарии миссий неизбежно приводят с точки зрения здоровья, безопасности и благополучия экипажа к различным профилям нагрузок. Помимо этого, они решающим образом влияют на операционное планирование и на технологические решения вплоть до конструкции и оборудования соответствующих космических кораблей или космических станций, причем можно обоснованно исходить из того, что опасности и проблемы сохранения здоровья экипажа будут расти от сценария 1 к сценарию 4, причем очень существенно. Не последнюю роль играет также истинное время телекоммуникации при значительном удалении от Земли; общение в такой ситуации становится во все большей мере неэффективным. Для миссии на Марс это означает временную задержку по меньшей мере 40 минут. Сообщение с Земли до Марса дойдет за 20 минут, а для получения ответа, если он последует немедленно, потребуется еще 20 минут. Очевидно, что при такой задержке становится невозможным никакой осмысленный диалог между Марсом и наземным центром.
Кроме того, сценарии миссий значительно отличаются друг от друга в отношении возможности оказания помощи в случае, например, какого-то неотложного медицинского состояния. С МКС, находящейся на околоземной орбите, астронавта можно эвакуировать на Землю в течение 24 часов. Для того чтобы доставить больного с Луны, потребуется двое суток, и это в принципе возможно. При экстренной ситуации такого рода, возникшей во время транзита к Марсу или на самом Марсе, такая эвакуация исключена. Она при современном состоянии космических кораблей может в лучшем случае потребовать несколько месяцев. Соответственно, сценарии 3 и 4, по необходимости, требуют наивысшей автономности миссии. Это означает, что планирование должно предусматривать присутствие на борту врача, который, возможно, одновременно должен исполнять обязанности командира и доверенного лица для членов экипажа.
Риск от воздействия излучения значительно повышается при переходе от сценария 1 (пребывание на околоземной орбите) к сценариям 2, 3 и 4, если не принять соответствующих защитных мер, например строительства укрытий на Луне и Марсе в виде систем подземных туннелей. Но прежде чем думать о строительстве туннелей для нашей защиты от воздействия космического излучения, надо подумать и о другой, не менее важной задаче, о том, какие еще сохраняющие жизнь системы необходимы для гарантированного выживания в условиях космического пространства, – и это весьма длинный список!
Системы жизнеобеспечения космических кораблей получили от создавших их инженеров самые разнообразные наименования: Закрытая эквилибрированная биологическая акватическая система (Closed Equilibrated Biological Aquatic System), Биорегенеративная система жизнеобеспечения (Bioregenerative Life Support System, Atmosphere Revitalization Subsystem), Система экологического контроля и жизнеобеспечения (Environmental Control and Life Support System) или Закрытая экологическая установка для контролируемых экологических систем жизнеобеспечения (Controlled Ecological Life Support Systems Closed Ecology Facility). Общим для всех этих систем становится то, что они, с одной стороны, включают в себя защитные компоненты, например удаляя из атмосферы корабля углекислый газ, который образуется в человеческом организме в ходе обмена веществ, а с другой – за счет физико-химических процессов обогащают эту атмосферу жизненно необходимым нам кислородом. Одновременно в этих системах есть и элементы жизнеобеспечения: они должны создавать энергетические субстраты, пригодные для употребления в пищу. Эти Биорегенеративные системы жизнеобеспечения (Biological Life Support Systems) должны использовать в работе фотосинтез, в ходе которого из углекислого газа и воды под действием световой энергии образуются углеводы и кислород, то есть создается химическая энергия. Для того чтобы быть полностью функциональной и работоспособной, эта система нуждается в достаточной концентрации углекислого газа в атмосфере, как и в поддержании других параметров среды, например соответствующей влажности почвы, температуры, барометрического давления и освещения светом необходимых длин волн. Сельскохозяйственные культуры этих искусственных систем по большей части высаживаются на кораблях в виде монокультур, чтобы растения не были связаны с природными биотопами, что, как известно по земному опыту, чревато определенным риском. Самый большой недостаток и самая большая трудность, связанные с такими системами, – это отсутствие силы тяжести, поскольку в большинстве разработанных до сегодняшнего дня систем используются земные растения. В росте они проявляют гравитропность, то есть качество роста зависит от силы тяжести; в условиях невесомости они в предпринятых до сих пор попытках растут плохо, не растут совсем или не приносят съедобных плодов. Вероятно, причиной выступает отсутствие в невесом