Чим ризикує людина у космосі? Лекція співробітника NASA Майкла Гесса у Дніпрі

16 вересня заступник директора космічного центру ім. Ліндона Джонсона (Г’юстон) Національного управління з аеронавтики і дослідження космічного простору NASA Майкл Гесс виступив із лекцією на фестивалі Interpipe TechFest у Дніпрі. Він розповів, які ризики очікують на людей у космосі та як їх долати, як проходять тренування астронавтів та які теми вважають пріоритетними у NASA.

Громадське радіо публікує найважливіші тези, включно з питаннями аудиторії.  

Чим займається «той самий Г’юстон»?

— Чи пам’ятаєте ви відому кіноцитату «Г’юстон, у нас проблеми»? Центр Ліндона Джонсона, у якому я працюю, розташований у місті Г’юстон і саме ми займаємося ситуаціями, коли космонавтам  потрібна допомога.

Цей центр польотів обслуговував більшість американських космічних польотів, включаючи Аполон. Зокрема і місію, під час якої людина вперше потрапила на Місяць. (Місія Аполон-11 висадила на місяць косманавтів Ніла Армстронга і Базза Олдріна 20 липня 1969 — ред.). Ба більше, ми працювали з місіями, що були до нього. У 1965 була місія Gemini — це наша перша робота.

Сьогодні ми надаємо операційну підтримку міжнародним космічним станціям. Оскільки ми постійно маємо слідкувати за ситуацією на МКС, у нас є партнерські центри керування польотами у Німеччині, Росїі (Москві), США (Алабамі) та Японії. Усі центри працюють злагоджено, незважаючи на те, що вони розташовані на великій відстані. Ми повинні завжди бути готові допомагати тим, хто у космосі.

Ще одна з функцій нашого центру — робота з групами астронавтів. Леонід Каденюк (перший космонавт незалежної України, який здійснив політ у космос — ред.) також був частиною цієї поважної групи.

Ми набираємо астронавтів кожні чотири-п’ять років. Перші два роки після відбору всі вони лише кандидати в астронавти, які проходять навчання та оцінювання. Після закінчення програми вони володіють базовими знаннями і навичками, які дозволяють їм потрапити до космічної місії.

Одразу полетіти у космос не можна — до вильоту треба пройти ще близько трьох років навчання. Після нього учні отримують статус резервного (back up) астронавта, а от астронавтами основного складу вони вважаються вже після вильоту.

Медичні ризики для здоров’я космонавтів

— Чим далі ми віддаляємося від нашої планети, тим важливіше контролювати ризики для здоров’я космонавтів. Один із таких ризиків — знижена гравітація. Така, яку ми можемо відчути на Марсі чи Місяці.  У космосі гравітація взагалі може впасти до нуля.

Якщо не зважати на це — в астронавтів знижуватиметься щільність кісток та м’язів. Аби цього не трапилося, наші астронавти щодня займаються фізичною активністю на доріжках та велосипедах. Акцент ми ставимо на вправах із вагою, наприклад, присідання. Це допомагає астронавтам повернутися на Землю майже у тому ж стані (я кажу про щільність кісток, м’язову вагу), у якому вони стартували.

Другий ризик — ізоляція у закритому просторі. Це впливає на психічне здоров’я. Коли ви протягом тривалого часу перебуваєте у маленькій капсулі посеред космосу, важливо залишатися командою ефективних партнерів. У багатьох випадках саме від цього залежить успішність місії. Саме тому із астронавтами працюють психологи і психіатри. Ми маємо бути впевнені, що космічна команда не сваритиметься, а діятиме, як один організм.

Третій ризик — ворожа середа, у якій перебувають астронавти. Я кажу про віруси, мікроби, імунну систему, яка може дати збій та здатність людини існувати у специфічному середовищі у космосі.

Четвертий ризик — радіація. Ми маємо дозиметри та іншу техніку, яка допомагає дослідити радіацію та захиститися від неї. Втім, чим далі у космос просуваються наші астронавти, тим сильніше зменшується сила захисту наших засобів. Ризики пов’язані із радіацією бувають короткочасні: наприклад, астронавт «спіймав забагато сонця». Це означає, що певний час він почуватиметься отруєним. Також бувають довгострокові ризики, зокрема ймовірність розвинення онкологічних захворювань.

П’ятий ризик — дистанція, яка відмежовує астронавтів від Землі.

Якщо хтось з астронавтів серйозно захворіє, ми можемо організувати його повернення протягом кількох годин, але дорога не буде швидкою.

Переліт з Місяця триватиме 2-3 дні, а з Марсу від шести місяців до року, в залежності від розташування планет. 

У цьому ключі варто згадати і про швидкість комунікації. Чим далі астронавти від Землі, тим довше йде сигнал.

Людина не може зателефонувати із космічного корабля сказати «привіт» і почути «привіт» у відповідь. У найкращому випадку відповідь пролунає за 20 хвилин

Як NASA справляється з ризиками для космонавтів? 

— Ми маємо дуже щільну програму навчання та тренінгів для астронавтів. У нашому центрі є лабораторія нейтральної плавучості. Це басейн. Його довжина – 61 метр, ширина 30 метрів, а глибина — 12 метрів. Дайвери знають, що коли пірнаєш на глибину понад сім мертрів, зіштовхуєшся з такою проблемою, як декомпресія (аварійне падіння тиску повітря у закритому об’ємі води — ред.). Ми приділяємо цьому увагу на тренуваннях.  

До речі, космонавти дихають не повітрям, а сумішшю, яка на 46% складається з кисню. Щоб імітувати вихід у відкритий космос астронавти занурюються на дно басейна і проводять там по шість годин. Протягом цього часу вони займаються «хореографією» — імітують рухи, які вони робитимуть у відкритому космосі. На костюмі астронавта у той момент є спеціальні «поплавки», які  збалансовують його вагу. Так ми імітуємо вихід у відкритий космос.

Також ми маємо тренінговий центр, у якому є макет космічної станції, ідентичний справжній.

Аби ви могли уявити скільки місця всередині космічного літака, скажу так: площа МКС приблизно така сама, як в Airbus 380 або Boing 777. Важливо розуміти, що це весь внутрішній простір корабля. Там перебувають усі необхідні космонавтам речі, ресурси, їжа. Зокрема, там передбачений і простір для експериментів.

Нині у космосі перебувають наші астронавти Олег Артемьєв, Дрю Фьюстел, Рікі Арнольд, Сергій Прокоп’єв, Александр Герст та Серіна Марія Ауньйон-Ченселлор.

Які експерименти ставлять у космосі? 

— На станції одночасно можуть проводитися до 80 експериментів. Зокрема, з DSIS 1 —  це загальний спектральний сонячний випромінювач. Він вимірює потрапляння сонячної енергії на Землю та допомагає глибше дослідити  вплив сонця на екосистему Землі: атмосферу, рослини, хмари тощо.

Ще один експеримент називається VEGGIE-3, під час якого астронавти вирощують рослини на МКС. До речі, вони ростуть не з землі, а зі спеціальної подушки. Я сподіваюся, що для довгих подорожей одного дня команда зможе самостійно вирощувати собі їжу.

Ще один експеримент пов’язаний із командою космонавтів. Ми тестуємо, як освітлення впливає на циркадні ритми сну. Раніше ми використовували флюорисцентне освітлення, а зараз хочемо вивчити вплив світлодіодного.

Зручніше працювати зі світлодіодними лампами — ми можемо змінювати яскравість, інтенсивність і колір світла. За рахунок цього ми сподіваємося покращити циркадні ритми сну та когнітивні можливості астронавтів.

Це важливо, адже світло впливає на кожного з нас. Наприклад, лікарі радять не дивитися на «блакитний екран». перед сном, адже блакитний колір стимулює активність мозку і заважає спати. Саме тому ми можемо змінити у наших телефонах «блакитний екран» на жовтий після 22, щоб спати краще. Нині ми прибрали з наших світлодіодних ламп синій колір аби покращити сон астронавтів.

Чи готові у NASA співпрацювати з державними та приватними компаніями? 

— Нині у США відбувається переосмислення моделі співпраці у космічних програмах. Ми плануємо розвивати співпрацю із іншими державами, організаціями та корпораціями. Раніше ми вже зверталися за допомогою до приватних компаній. Зокрема, Orbital Scientist та Space X доставляли наші вантажі на МКС. Ми розраховуємо, що наступного року ми комерційні компанії зможуть відвозити ще й членів екіпажу.

Подібна співпраця, особливо у питанні навколоземного простору, дозволить NASA зосередитися на більш глибокому дослідженні космосу. Ми хочемо відправляти космічні місії все далі у космос.

Плани NASA

Кінцева мета NASA — Марс. До людей ми плануємо відправити туди роботів, які проведуть певні дослідження. Щоб підготуватися до місії на Марс, ми відправляємо місії на Місяць та у простір навколо нього. Зараз ми хочемо поставити станцію на орбіту цього супутника, аби мати доступ до різних частин супутника Землі.

Станція на орбіті Місяця не обов’язково має бути постійно заселена, подібно до наявних МКС. Тим не менш, астронавти зможуть її відвідувати. Розмір цієї станції трохи перевищуватиме розмір шкільного автобуса. Вона буде відносно невеликою. Втім, це важливий крок для людства, яке починає потрохи віддалятися від нашої рідної планети.

Як навчатися у NASA?

— Зараз у NASA триває рік освіти. Акцент ми робимо на STEM (science, technology, engineering, mathematics) — це наука, технології, математика та інженерія. Обличчям цієї ініціативи ми вважаємо Джо Акабу та  Ріккі Арнольда. Один з них вже повернувся на Землю, інший нині перебуває на МКС. Обидва у минулому — шкільні вчителі. Відповідно, такі приклади дуже надихають школярів та усіх зацікавлених у вивченні тем, пов’язаних із космосом.

ПИТАННЯ АУДИТОРІЇ

Як мала гравітація (як на Місяці чи Марсі) впливає на організм людини? Я думаю, це надзвичайно важливо для майбутньої колонізації.

— Нині існує дуже мало інформації про вплив малої гравітації. Вже зараз, коли астронавт тривалий час знаходиться в умовах нульової гравітації, ми отримуємо багато нових даних, але реальну картинку ми отримаємо, коли вони висадяться на Місяць.

Як забезпечити космонавтів, які летять на Марс, повітрям? Це ж довга подорож.

— Нам може у цьому допомогти лід, який ми знайшли у кратерах Місяця. Щоправда, він перемішаний із тамтешнім ґрунтом. Одна з ідей полягає у тому, щоб відокремлювати лід і, як наслідок, мати воду для пиття, кисень для дихання та інші елементи для палива.

Коли ми навчимося робити на це на Місяці, то можна буде говорити про Марс. Там, до речі, теж є поклади льоду та води. Лишається навчитися із цим працювати. Звичайно, я говорю про це доволі теоретично, попереду багато роботи. Тим не менш, у наших лабораторіях вже тривають дослідження.

Напередодні ви зустрілися із представниками конструкторського бюро «Південне» — це флагман космічної галузі України. Чи вас щось вразило? Як ви бачите космічне майбутнє України?

— Я був дуже вражений тим, що побачив на «Південному» та «Південмаші». Я спілкувався з тамтешніми конструкторами. До мого візиту, у конструкторського бюро «Південне» вже були перемовини із керівниками ряду місій у центрі NASA, де я працюю.

Штаб-квартира знає про ті можливості, які є у Дніпрі. Я думаю, коли керівник центру пан Герстенмайер (заступник адміністратора NASA з питань пілотованих космічних операцій — ред.) збиратиме міжнародну спільноту для роботи над станцією на орбіті Місяця, буде багато тем для обговорення. Я вже передбачаю, що взаємодія може бути не тільки на рівні держав, а і на рівні приватних компаній.

Скільки часу у космосі може проводити астронавт і чи важко йому адаптуватися після повернення на Землю?

—Найбільший проміжок часу, який наші астронавти проводили у космосі — трохи більше року. Раніше, коли знань про адаптацію в нас було замало, вони поверталися дуже виснажені — втрачали м’язову та кісткову масу. Нині вони мають щоденну програму фізичної активності: вони обов’язково бігають, займаються на велотренажері та працюють із вагою. Це займає мінімум годину щодня.

Саме тому сьогодні астронавти повертаються на Землю у гарній формі (я кажу про кістки та м’язи), але вестибулярна система досі потребує адаптації. Навіть, коли їх запускають у космос приблизно у 30% астронавтів проходить так звана хвороба адаптації до космічного простору.

Це стосується не тільки нових космонавтів, вона може виникнути навіть у тих, хто літав вже багато разів. Щоб швидше із нею впоратися астронавти можуть приймати ліки.

Коли космонавти повертаються на Землю деякі функції їхнього  організму доводиться відновлювати. Наприклад, люди, які провели рік у космосі, можуть рівно пройти по лінії, але якщо під час цього вони повернуть голову у бік, вони втратять баланс. Ми працюємо над способами, як протистояти цьому. Нині нам потрібно три дні, аби астронавти почувалися набагато краще у земних умовах.

Один із наших космонавтів розповідав, що в нього змінилося відчуття ваги. Коли хтось поклав руку йому на груди – йому здавалося, що на нього поклали, щось дуже важке. Важливо розуміти, після повернення з космосу, тіло відвикає від ваги та навантаження. Тому перші кілька днів важливо знаходитися у колі спеціалістів.

Ми помітили ще одну незвичайну річ, яка відбувається із астронавтами. Уявіть, ви взяли аркуш паперу, зім’яли його у кульку і кинули у смітник. Якщо ви зробите це у космосі — у вас нічого не вийде через гравітацію. Наш мозок натренований протидіяти гравітації, ми навіть не замислюємося над цим. У космосі немає гравітації, відтак втрачається навичка протидіяти їй.

Після повернення космонавтам потрібно два-три дні аби відновити цю навичку. Зазвичай, з космонавтами, які повернулися з місії, ми граємо у цю гру – просимо кинути паперову кульку у смітник. Всі вони кидають цю кульку в сторону смітника, але вона завжди падає їм під ноги.

Втім, варто подумати і над іншим питанням: ціла армія помічників готова допомагати астронавтам, які повернулися з тривалої місії, але ніхто не допомагає їм, коли вони летять на Марс чи Місяць. Астронавти  мають дбати про себе самостійно. Саме тому важливо, щоб у них була можливість діяти у нових умовах після такого тривалого перельоту.

З чого почнеться колонізація Марса? Пілотована місія чи роботи, які почнуть будувати бази для космонавтів?

— Коли ми дістанемося Марсу, ми залишатимемося на орбіті, не будемо спускатися. Ми направимо туди дрони, зберемо проби і повернемо їх на Землю. Тільки на другу або третю місію варто буде розглядати спуск людини на цю планету. Це лише концепція, подивимося.

Як відбувається запліднення у космосі?

— Я не хочу торкатися цього питання. Це поза сферою моїх знань. Ми не обговорювали це у NASA.

Як космос впливає на мозок та розумову діяльність?

— Ми постійно робимо астронавтам тест на когнітивну діяльність, аби бачити, як працює їх мозок. Іноді ми бачимо, їхня когнітивна система працює так само, як на Землі, а іноді вони «випадають». Ми пов’язуємо це з проблемами, які можуть виникати на борту: завантаження, стрес, сон. Тому спеціальна команда, яка зосереджується на психічному здоров’ї космонавтів, постійно на зв’язку с космонавтами. Нині ми можемо зробити такий висновок: космос не впливає на деградацію розумової діяльності. Якщо бути фамільярним, то скажу так — відчуття можуть бути, як від джетлагу. Саме тому на МКС ми завжди маємо гарну каву.

Що буде, якщо космонавт помре на МКС?

Звичайно у нас є розроблені процедури, які передбачають усі варіанти розвитку подій на МКС. Якщо таке відбудеться, ми будемо до цього готові. Досі у нас такого не було, і, я сподіваюся, що не буде, адже наша система догляду за здоров’ям астронавтів надзвичайно гарна.

Часто один з членів екіпажу лікар за фахом. Ба більше, щоденно космонавти проходять медичний огляд із застосуванням спеціального обладнання. Результати отримують фахівці на Землі.

Очільник NASA сказав, що США почнуть більше концентруватися на Місяці. Чи правильно казати, що головна стратегічна увага США на Місяці, а не на Марсі та навколоземному просторі?

— Наша тактична увага прикута до низької орбіти, де перебувають живі люди і ми маємо їх підтримувати. Стратегічно ми прагнемо дістатися Марсу, втім найближча головна мета для нас — це Місяць.