Более сложным образом проявляется так называемый нервно-глазной синдром, обусловленный космическим полетом (spaceflight associated neuro-ocular syndrome, сокращенно SANS). Это заболевание пока невозможно предупредить, для этого мы не располагаем подходящими средствами. SANS преимущественно наблюдают при длительных космических полетах. В чем же он заключается? Картина заболевания до сих пор до конца не ясна. У этой болезни следующие симптомы: повышение внутричерепного давления, нарушение циркуляции ликвора в головном и спинном мозге, накопление в центральной нервной системе прозрачной водянистой жидкости, бедной клетками и белком, а также возможное сдавление зрительных нервов, у некоторых астронавтов, вернувшихся после длительного пребывания на МКС, оно проявилось снижением остроты зрения. Гипотеза, объясняющая этот синдром, основана на смещении жидкости в верхнюю половину тела в условиях невесомости. Причины ухудшения зрения или формирования отека мозга должны быть, однако, выяснены, прежде чем будет можно отправлять астронавтов в еще более длительные космические путешествия. Многие ученые – в том числе и мы – занимаются сейчас исследованием этой проблемы.
Когда немецкий астронавт Матиас Маурер поднимется на борт космического корабля, в его ранце будет не только рагу из оленины и саарландские картофельные клецки, но и лента с тепловым жидкостным сенсором, которую он наложит себе на лоб. Эта лента была разработана в берлинской клинике Шарите и названа «Термо-мини». На материале предыдущих космических миссий мы, к своему удивлению, обнаружили, что в течение первых двух месяцев пребывания в космосе внутренняя температура тела постепенно повышается более чем на 1 °C и держится на этом уровне до конца путешествия, которое в среднем длится полгода. Есть первые указания на то, что параллельно этому повышению температуры тела у астронавтов происходит повышение содержания в крови биохимических маркеров, типичных для хронического воспаления. Это воспаление может приводить к поражению клеточных мембран в центральной нервной системе, что делает их более проницаемыми, а следовательно, располагает к развитию отека нервной ткани. Поскольку мозг заключен в жесткий костный футляр – череп, он не может сильно увеличиваться в объеме, а значит, неизбежно станет повышаться внутричерепное давление. Это не может не отразиться на состоянии зрительных нервов. Дело в том, что зрительный нерв, выходя из глазного яблока, проникает в череп через узкое отверстие. Даже небольшое повышение внутричерепного давления, таким образом, может привести к повреждению нерва в этом узком месте. Одновременно наблюдаемые нами признаки хронического воспаления могут говорить о том, что на борту МКС астронавты подвергаются более сильному облучению, чем на Земле. SANS – очень серьезная проблема, и, несмотря на то что опасность развития этого синдрома известна с первых дней космической эры, практическое решение этой проблемы до сих пор не найдено.
К этой важной проблеме избыточного облучения и его эффектов мы сейчас и обратимся. Из практических соображений лучевую нагрузку, испытываемую астронавтами, разделяют на краткосрочную и долговременную. В обоих случаях поражение развивается в результате образования в высшей степени реакционноспособных свободных радикалов, то есть химических элементов, агрессивно вступающих в химические реакции; с такими активными свободными радикалами мы познакомились уже в горах. Но здесь, в космосе, излучение куда в большей степени приводит к образованию свободных радикалов. По этой причине излучение может в клетках повредить ДНК и регулирующие обмен веществ молекулы. К краткосрочным эффектам относят лучевую болезнь. Для нее характерны такие симптомы, как тошнота, рвота, понос, снижение числа клеток крови, смертельно опасные кровотечения. Выраженность симптомов зависит от полученной дозы радиации. К долгосрочным эффектам относят вызванные излучением повреждения ДНК, которые могут привести к неконтролируемому росту клеток и в конечном счете к раку.
В земных условиях среднестатистический житель Германии ежегодно получает дозу фонового излучения, равную в среднем двум миллизивертам (мЗв). К этой естественной лучевой нагрузке следует добавить лучевую нагрузку, обусловленную влиянием цивилизационных факторов и равную в среднем ежегодной дозе 1,8 мЗв. Согласно медицинским исследованиям, эта дополнительная лучевая нагрузка складывается из радиоактивных осадков после ядерных взрывов в пятидесятые и шестидесятые годы и последствий катастроф на атомных электростанциях в Чернобыле (1986 год) и в Фукусиме, в Японии (2011 год). Таким образом, в Германии средняя экспозиция к радиоактивности природных и цивилизационных источников составляет около 4 мЗв в год. «Зиверт» – единица измерения, принятая в радиационной биологии. Она представляет собой меру биологического воздействия радиоактивного излучения на человека, животных и растения. Так как доза излучения, равная одному зиверту, очень высока, то полученные дозы обычно выражают в тысячных долях зиверта, в миллизивертах (мЗв). Согласно предписаниям ведомства по защите от излучения, предельно допустимой дозой дополнительного излучения от их производственных источников в Германии остается доза 1 мЗв. Для людей, в силу профессии имеющих дело с радиоактивным излучением, например рентгенологов, предельно допустимой дозой становится 20 мЗв в год. Для сравнения, работники атомной электростанции в Фукусиме получили дозы почти в десять раз большие – 175 мЗв. Воздействие 1–6 Зв вызывает тошноту, рвоту, лихорадку и выпадение волос. Доза 5–20 Зв приводит к шоку и массивным кровотечениям, при облучении дозами свыше 20 Зв смерть наступает в течение двух дней. Если рассчитывать лучевую нагрузку посуточно, то каждый житель Земли получает в среднем от 0,0025 до 0,005 мЗв. На МКС, расположенной на орбите, удаленной от поверхности Земли на 400 км, защита от космического излучения, обеспечиваемая атмосферой и магнитным полем Земли, отсутствует. Поэтому астронавты получают значительно большую дозу излучения, чем жители Земли: в среднем 0,8 мЗв в сутки. Риск облучения сильно возрастает, если астронавт покидает околоземную орбиту и находится, например, на Луне. Согласно данным, полученным с помощью китайского лунного зонда «Чан-4», доза излучения там в десять раз выше, чем на МКС.
Эти данные получены при измерениях, сделанных на фоне спокойного Солнца, вне вспышек, которые, хоть и случаются редко, но вызывают многократное усиление излучения. Что же намерены делать специалисты, чтобы ему противостоять? Фармакологи создали для защиты от радиации препараты, связывающие свободные радикалы; создаются и новые защитные средства такого рода. Кроме того, существуют лекарства, которые могут препятствовать озлокачествлению уже поврежденных излучением клеток. Эту проблему можно решить, создав защитные оболочки вокруг космических кораблей и станций, обеспечивающих радиационную безопасность астронавтов. Так как главная опасность в этом случае исходит от высокоэнергетических частиц солнечного вещества, движущихся с субсветовыми скоростями, то для защиты от радиации можно использовать спутниковую систему предупреждения и оповещения. В случае, например, вспышки на Солнце, ее опасность можно будет оценить уже вблизи от Солнца и передать сообщение об этом на борт космического корабля со скоростью света. Это позволит экипажу выиграть время и вовремя перейти в защищенный от радиации отсек корабля.
Технически возможно создать материалы, эффективно отражающие излучение, или использовать отклоняющие потоки излучения магнитных полей; последнее решение, разумеется, требует больших энергетических затрат. В лабораториях уже были испытаны сверхпроводящие магнитные катушки, не требующие для работы глубокого охлаждения. В условиях Луны и Марса надежным способом защиты от излучения станет строительство подземных станций, выход из которых наружу будет осуществляться только при крайней необходимости.
Но до того, как такие станции станут реальностью, придется собрать данные, полученные в ходе длительных экспедиций, которые будут работать на окололунной орбите. Эта орбитальная станция получит название Gateway («Ворота»). Если измерения внутренней температуры тела, порученные Маттиасу Мауреру, будут успешно завершены на борту МКС, то, скорее всего, лет через пять-десять прибор «Термо-мини» отправится в путешествие на Луну. Его разработка уже началась. Тогда я смогу снова вернуться на обратную сторону Луны.
Первый контакт с обратной стороной Луны лично для меня обернулся вынужденной посадкой, но, оказывается, такие ошибки более поучительны, чем успехи. Для того чтобы становиться «умнее» после неудач, необходима тщательная, всесторонняя подготовка. Памятуя о том факте, что выполнение сложных задач в экстремальных условиях внешней среды всегда чревато высоким риском, в британской армии следуют – для предупреждения катастроф – правилу пяти П: Правильное планирование и подготовка предупреждают провалы (правило семи P: Proper Planning and Preparation Prevents Piss Poor Performance).
Все дело в том, что уже давно стало ясно: в экстремальных условиях – на жаре, на холоде, на высоте – любая неудача может очень быстро привести к гибели. И здесь возникают решающе важные вопросы: как можно уменьшить риск неудачи или вовсе ее избежать? И что делать, если неудача все же произошла? Именно эти вопросы побуждают специалистов (в том числе и меня) исследовать экстремальные условия, с которыми нам приходится сталкиваться как обществу, и эти вопросы становятся со временем лишь все более настоятельными и неотложными. На первом месте здесь стоит проблема изменения климата и его воздействие. От нашего ответа зависит, будет ли у нас будущее и насколько светло или мрачно будет оно выглядеть. Для того чтобы пробудить интерес к этим вопросам, и была написана эта книга.
Благодарности
Сперва я должен поблагодарить семью. Моя жена Луиза критично, но с большой любовью следила за этим моим книжным проектом, а мои сыновья Леонард, Максим и Артур постоянно снабжали меня интересными новыми данными из современных медиа. Благодарен я и брату Мартину, и сестре Ульрике, которые с пониманием отнеслись к тому, что я подолгу не давал о себе знать; время от времени они звонили узнать, все ли у меня в порядке, и это очень трогательно с их стороны. Моему агенту, доктору Фрауке Линдеман, я благодарен за ее верное чутье; часто она подсказывала мне, что ту или иную тему можно подать в несколько иной форме. Я искренне и глубоко благодарен моему редактору из издательства Fischer доктору Рюдигеру Дамману за отличную совместную работу и освежающие обсуждения формата, содержания и построения книги. Естественно, я благодарю всех тех, кто в последние годы своими замечаниями и советами поспособствовал созданию этой книги. Прежде всего это профессор Карл Кирш и профессор Лотар Рекер, профессор Александр Шукер, профессор Эгон Хумпелер, профессор Вольфганг Шоберсбергер и профессор Клаус Бен из Чили, а также моя команда из Института физиологии берлинской клиники Шарите. Благодарю я и мою невидимую, но вездесущую секретаршу Фелицитас Керн, а также моих многолетних сотрудников и коллег Катарину Браунс, Доротею Греверс, Камиллу Кинаст, доктора Мартину Маджони, доктора Оливера Опатца, Штефана Мендта, Алена Ривероса, доктора Матиаса Штайнаха, доктора Александра Штана, доктора Андреаса Вернера, Аннику Вернер и Мандалену Выпукол, а за техническое содействие Бригитту Бюнш, Бербель Химмельсбах, Бьерна Хоффмана и Сильвию Плог. Особой благодарности достойны сотрудники Центра космической и экстремальной медицины в лице профессора Блоттнера, професс