За пределами Земли. В поисках нового дома в Солнечной системе - Чарльз Уолфорт

Вращение всего космического аппарата позволяет обойти проблему запуска и остановки вращения. Зипэй воображает себе аппарат гантелеобразной формы, вращающийся вокруг поперечной оси. Пассажиры на одном из концов будут испытывать тяготение 1 g. Чтобы уровень тяжести был таким же на другом конце, аппарат должен иметь в длину 120 м. Если же он вращается вокруг одного конца, а искусственное тяготение создается с другой стороны, потребуется вдвое меньшая длина. В обоих случаях длина диктуется скоростью вращения — 4 оборота в минуту, — определенной исследованием 1960-х гг. как наиболее высокая частота вращения, приемлемая для человека.

Но это исследование давнее, и проводилось оно на Земле, где центростремительная сила складывается с никуда не исчезающей силой тяготения. Есть веские причины поинтересоваться тем, с какой быстротой люди могут вращаться в космосе, где искусственная тяжесть будет единственной испытываемой ими силой.

Искусственная тяжесть привлекла серьезное внимание нынешнего поколения ученых в области космонавтики только после того, как несколько лет назад Майк Барратт и его коллеги, находясь на МКС, обнаружили проблемы опухания зрительного нерва и внутричерепного давления. Интерес усилился в 2014 г., когда Майк созвал на симпозиум сотню ведущих исследователей со всего мира для изучения сложностей, связанных с искусственной тяжестью. В итоговом отчете этой встречи особо отмечаются пробелы в наших знаниях.

«Хотя уже более 100 лет известно, что центробежная сила равносильна для людей и животных искусственному тяготению, мы до сих пор относительно мало знаем о ее физиологическом влиянии и особенно о влиянии длительного центрифугирования, — сообщается в докладе. — На самом деле мы больше знаем о влиянии невесомости в космосе, чем о влиянии центрифугирования длительностью более нескольких часов… Мы не знаем, например, о том, вполне ли безопасно марсианское тяготение 0,38 g и какое минимальное ускорение необходимо для нормального функционирования тела при длительной невесомости».

Теперь, после этого симпозиума, NASA разрабатывает семилетнюю программу по выяснению требований к искусственной тяжести; ответы будут получены к 2022 г. В рамках нынешних планов по исследованию космоса до этого времени подобные сведения NASA не понадобятся.

Другую сторону диалога с инженерами вроде Джона Зипэя представляет Питер Норск, главный врач по профилактическим мерам в NASA. Он занимается поиском сведений для инженеров о необходимых человеку условиях. В идеале Зипэй мог бы дать Норску орбитальную центрифугу, чтобы тот покрутил в ней людей и посмотрел, как они на это отреагируют. На самом деле только так можно получить окончательный ответ. Но такой проект был бы очень дорогим, поэтому пока планы ограничиваются экспериментами с людьми на Земле и работой с грызунами на МКС.

Руководство NASA также обсуждало миссию к одной из точек Лагранжа — таких мест в Солнечной системе, где уравновешенное тяготение Земли, Солнца и Луны создают область, в которой могут стабильно находиться малые объекты. Астронавты, отправившись на космическую станцию в точке Лагранжа, приобретут опыт путешествия в дальний космос, в том числе с искусственной тяжестью, прежде чем браться за куда более сложную миссию к Марсу. Перейдет ли NASA от слов к действиям в этом направлении, зависит от политики президента.

Орбитальная космическая станция у нас уже есть, но планам по установке центрифуги для опытов с людьми на МКС не было суждено сбыться. В космосе вращение кресла или целого помещения раскрутит космическую станцию в обратном направлении[66]. Операторы могли бы уравновесить вращение с помощью гироскопов — они есть на станции для управления ее ориентацией и курсом, — но проблемы с вибрацией и противоположно направленные силы делают такое решение на МКС непрактичным.

На МКС должны были установить центрифугу, достаточно крупную для приматов, но этого не случилось из-за гибели шаттла «Колумбия» в 2003 г., после которого значительно ослабло снабжение станции материалами[67]. В 2016 г. астронавты испытают японскую центрифугу для грызунов. Но таким образом мы больше узнаем о мышцах и костях; глаза и мозг грызунов значительно отличаются от человеческих.

Норск говорит, что в наземных исследованиях с центрифугами с длинным плечом будут получены данные для уровня тяжести более 1 g, а очень краткие опыты с малой силой тяжести будут проводиться в самолетах-лабораториях, которые упоминались в главе 1. Но ни одна из частей программы не даст прямых свидетельств о длительном воздействии на человеческое здоровье промежуточных уровней силы тяжести в диапазоне от невесомости до земной. Мы также не узнаем наверняка, каково будет человеку вращаться в космосе и какие практические ограничения повлечет этот опыт.

В то время как медицинские данные по искусственной тяжести отсутствуют, инженерные решения по ее созданию вполне ясны.

Строительство вращающейся гантели в космосе — это скорее интересная задача, чем сложное препятствие. Джон Зипэй говорит, что для такой станции понадобится иной источник питания, нежели солнечные батареи, которые не подойдут из-за их чрезмерной хрупкости. Источник питания должен быть легким, чтобы снизить энергетическую стоимость запуска и разгона к пункту назначения, и прочным, чтобы выдерживать саму силу искусственной тяжести.

Джон снизил бы вес, отправляя компоненты по отдельности для дальнейшей сборки на орбите. Незачем строить весь межпланетный аппарат из прочных алюминиевых сегментов, как МКС. Самой крупной частью станции с искусственной тяжестью должен быть коридор, соединяющий концы гантели. Зипэй спроектировал бы коридор, который можно компактно и плотно сложить перед запуском с Земли и развернуть в невесомости в длинную конструкцию из ферм, достаточно прочную для удержания концов гантели. Отсек экипажа можно сделать надувным. Двигательную установку можно поместить на противоположном от жилого отсека конце в качестве противовеса.

Проблема радиации тоже отчасти решаема. Аппарат требует защиты от двух видов излучения. Протонное излучение солнечных бурь может быть смертельным, но пластиковая обшивка снизит его влияние, а в сильную бурю астронавты могут укрыться в защищенном отсеке. Снабженному запасами пищи, топлива и воды укрытию от радиационной тревоги длительностью в несколько часов не обязательно быть большим. Это несложное решение дешево и эффективно.

Проблема галактических космических лучей куда сложнее. Как мы писали в главе 5, удары энергетических частиц, выбрасываемых взрывающимися по всей Галактике звездами, так сильны, что их невозможно остановить сколько-нибудь практичной физической броней. Есть веские основания полагать, что их воздействие в течение пары лет способно повредить человеческий мозг настолько, чтобы поставить под угрозу миссию и на много лет укоротить жизнь астронавта.