Курс на Марс. Самый реалистичный проект полета к Красной планете - Роберт Зубрин

Кстати, вопреки страшным байкам, которые рассказывают люди, желающие получить большие средства на исследования в области радиационной защиты, в дозах облучения от космических лучей нет ничего экстраординарного по сравнению с другими типами радиационных доз. Космические лучи несут около половины дозы радиации, которую люди, живущие примерно на уровне моря на Земле, получают на протяжении всей жизни, а тем, кто живет или работает на большой высоте, достается больше. Например, пилот трансатлантической авиакомпании, выполняющий по одному рейсу пять дней в неделю, будет получать дозу около 1 бэр в год из-за космических лучей. За двадцатипятилетюю летную карьеру он получит более половины от общей дозы радиации из-за космических лучей, которую получили бы члены экипажа миссии на Марс длиной в два с половиной года. На самом деле, из-за того что дозы радиации от космических лучей на НОО Земли ровно в два раза меньше, чем аналогичные дозы в межпланетном пространстве, с десяток астронавтов и космонавтов (Вальц, Фоул, Крикалев, Соловьев, Поляков, Авдеев и несколько других), участвовавших в полетах на «Мир» или МКС, уже получили дозы радиации примерно вдвое больше, чем те, которые угрожают членам экипажа пилотируемой миссии на Марс, и ни один из них не испытал из-за этого проблем со здоровьем.

Итак, еще раз повторюсь, используя только химические двигатели, а не гиперпространственный двигатель, мы можем отправить к Марсу и вернуть домой экипаж, причем полученные им дозы облучения будут ограничены примерно 50 бэрами. Хотя такие дозы не рекомендуются обычным людям, они представляют собой лишь малую долю от общего риска не только для космических путешествий, но и для таких популярных видов отдыха, как альпинизм, скалолазание или виндсерфинг. Радиационные опасности нельзя считать непреодолимым препятствием для пилотируемых миссий на Марс.

Еще один дракон, которого мы встречаем на пути к Марсу, – это угроза невесомости. Говорят, что длительное воздействие невесомости на организм человека грозит ему серьезным истощением мышц и костной ткани и поэтому, прежде чем отправить астронавтов на Марс, мы должны изучить долгосрочное воздействие невесомости на людей на борту Международной космической станции. На эту программу потребуется несколько десятилетий, многие миллиарды долларов на «научные исследования жизни в условиях микрогравитации» и два-три десятка человек, готовых пожертвовать своим здоровьем ради «научных исследований».

Я считаю этот аргумент странным. Безусловно, верно, что длительное пребывание в невесомости вызовет истощение сердечнососудистой системы, вымывание кальция и солей из костей и общее ухудшение мышечного тонуса из-за отсутствия физических упражнений. Невесомость также угнетает некоторые реакции иммунной системы организма. Эти эффекты хорошо задокументированы не только по опыту американских астронавтов станции «Скайлэб», которые проводили на орбите до трех месяцев, и экипажей Международной космической станции, где стандартная вахта длится шесть месяцев, но и советских космонавтов – некоторые из них провели в невесомости на орбитальной станции «Мир» почти восемнадцать месяцев, что почти в три раза больше продолжительности пути по маршруту Земля – Марс или обратно в миссии «Марс Директ». Во всех этих случаях происходит почти полное восстановление мускулатуры и иммунной системы при возвращении на Землю и привыкании к земной силе тяжести. Минеральный баланс костей нормализуется довольно быстро, но восстановление костей до предполетного состояния, по-видимому, очень длительный процесс. В Советском Союзе экспериментировали с различными способами противодействовать невесомости, включая интенсивные упражнения, медицинские препараты и эластичные костюмы «Пингвин», которые заставляют космонавта прилагать значительные физические усилия для обычных движений. Как и следовало ожидать, программы интенсивных (три часа в день) упражнений доказали свою эффективность в поддержании общего мышечного тонуса и в некоторой степени в поддержании хорошего состояния сердечнососудистой системы. Однако все опробованные на данный момент меры показали малую эффективность в замедлении деминерализации костей. Следует понимать, что, хотя все эти последствия ощутимы и, безусловно, нежелательны, они не слишком катастрофичны; они никоим образом не помешали астронавтам или космонавтам удовлетворительно выполнять свои обязанности, находясь на орбите, и даже после самых долгих полетов члены экипажа успевали прийти в себя и в основном вернуться к обычной жизни за 48 часов после посадки. Например, через неделю после посадки члены экипажа 84-дневной миссии на станции «Скайлэб-3» смогли играть в теннис. Время восстановления после шестимесячного полета на Марс должно быть меньше, потому что экипажу придется после прибытия на Марс приспосабливаться к силе тяжести, составляющей только 0,38 g, вместо того чтобы испытывать шок от 1 g после входа в атмосферу Земли. Дело в том, что уже проведено очень много исследований в этой области, и мы знаем, каких последствий ждать. Поэтому мы можем задать резонный вопрос: а так ли необходимо, или даже этично, подвергать следующие экипажи астронавтов таким испытаниям исключительно ради более исчерпывающего исследования? Я думаю, что нет. На самом деле, учитывая то, что нам известно сегодня о воздействии невесомости на организм, я бы классифицировал предложенную программу как неэтичную и бесполезную, и я знаю многих астронавтов, которые согласны со мной. Просто бессмысленно подвергать десятки астронавтов большим «дозам» невесомости, чем в предполагаемом длительном полете на Марс, только чтобы «обеспечить безопасность» совсем небольшого экипажа миссии. Это примерно то же самое, что тренировать пилотов бомбардировщиков, заставляя их лететь под обстрелом зенитных орудий. Привыкнуть к последствиям длительного воздействия невесомости на здоровье астронавты могут непосредственно во время полета на Марс.

Но на самом деле совсем не нужно лететь на Марс в условиях невесомости. В космическом аппарате во время перелета можно создать искусственную гравитацию. Для этого нужно раскрутить корабль с использованием той же центробежной силы, что позволяет маленькому ребенку вращать ведро с водой, не проливая ни капли. Уравнение, описывающее этот эффект, может быть записано как:

где F – центробежная сила в единицах g, W – скорость вращения в оборотах в минуту, a R – длина плеча в метрах. Я записал уравнение в такой форме, чтобы было видно, что для заданной силы с ростом W уменьшается R. Например, для получения нормальной марсианской силы тяжести (F = 0,38) при W = 1 обороту в минуту R = 345 метрам. Но при W = 2 оборотам в минуту R составляет 86 метров, если W = 4 оборотам в минуту, R = 22 метра, и если W = 6 оборотов в минуту, R составляет 10 метров. Таким образом, существуют два способа создания искусственной силы тяжести. Либо вращать корабль быстрее при малой длине плеча, либо медленнее – при большой длине плеча. Под «плечом» я подразумеваю расстояние между местонахождением экипажа и центром тяжести корабля, вокруг которого он вращается. Если космический аппарат будет цельной жесткой конструкцией, его можно будет легко раскрутить с помощью небольших ракетных двигателей, размещенных на каждом из его концов и выпускающих боковые струи в противоположных направлениях. Однако, если искусственная гравитация для такого корабля должна быть значительной, единственным жизнеспособным вариантом является быстрое вращение при коротком плече. В 1960-е годы НАСА провело эксперименты с участием людей на вращающихся конструкциях, и было обнаружено, что после некоторой первоначальной дезориентации люди могли приспособиться и жить и передвигаться по конструкциям, вращающимся со скоростью до 6 оборотов в минуту [21]. Системы искусственной гравитации, организованные по принципу быстрого вращения и короткого плеча, легче всего разработать и реализовать с инженерной точки зрения, но они также имеют некоторые недостатки. Например, если R составляет 10 метров, то у человека ростом в 2 метра, стоящего в таком гравитационном поле, голова будет находиться на R = 8 метров и испытывать только 80 % силы тяжести, которую испытывают ноги. Эта большая разница будет ощутимой и может привести в замешательство, по крайней мере поначалу. С другой стороны, если длина плеча составляет 100 метров, то голова двухметрового человека будет испытывать 98 % той силы тяжести, которую испытывают ноги, и, вероятно, такая разница окажется неощутимой. К тому же, если бы член экипажа попытался быстро пройти по прямой линии, он бы испытал действие силы Кориолиса, поскольку корабль (вместе с полом, по которому идет астронавт) не только двигался бы, но и быстро изменял направление. И еще раз повторю, при 6 оборотах в минуту этот эффект весьма заметен, но при 2 оборотах в минуту он незначителен. Таким образом, если вы хотите чувствовать себя в искусственном поле тяжести так же, как на Земле (это желательно, но не обязательно – моряки достаточно хорошо адаптируются к очень неустойчивым условиям с силой тяжести и силой Кориолиса во время качки на море), лучше всего использовать медленное вращение и длинное плечо. Такое длинное плечо можно получить, разделив корабль на несколько частей, которые соединены друг с другом на большом расстоянии (от сотен до тысяч метров) с использованием кабелей или тросов.