Живое (и околосмертное) в космосе

Примерно в 400 километрах над землей находится спутник размером с футбольное поле, вращающийся вокруг Земли со скоростью около 27,360 километров в час - Международная космическая станциия. С момента запуска в 2000 году своей первой миссии в космос на борту МКС находится до шести астронавтов в заданное время, тем самым опережая российскую станцию «Мир» по продолжительности пребывания на космической станциии на низкой околоземной орбите.

В то время как на космической станции проводятся бесчисленные эксперименты, начиная от контроллеров для роботизированного Лего на Земле и до выращивания салата, её наиболее ценным вкладом стало постижение того, как долговременный космический полёт влияет на организм человека, а это ключевой фактор, поскольку наш вид начинает обдумывать детали первого посещения Красной планеты.

Как правило, астронавты, отправляющиеся на МКС, остаются на орбите в течение 4-6 месяцев, что является достаточным временем, чтобы узнать немного о физиологии человека в условиях микрогравитации.

По данным астронавтов, прибывших с МКС, одной из наиболее актуальных проблем для них на орбите является ухудшение состояния их мышц и скелета. Поскольку микрогравитация не требует от астронавтов использования многих мышц, которые они регулярно задействуют на Земле, таких как мышцы спины или мышцы ног, используемые при стоянии, они могут быстро атрофироваться. Действительно, NASA зарегистрировало до 20 процентов потери мышечной массы у астронавтов всего после 11 дней пребывания на МКС. Для борьбы с атрофией мышц и костей в космосе NASA запустило проект Digital Astronaut Project, который использует компьютерное моделирование для усиления и без того интенсивных физических упражнений астронавтов.

Более того, проживание астронавтов в условиях низкой гравитации, также значительно влияет на физиологические жидкости. Человеческое тело состоит на две трети из воды, и поскольку любой, кто видел те видеоролики, в которых астронавты возились с плавающими каплями воды в космосе, будет знать, что вода действительно ведёт себя странно в нулевой гравитации. Хотя игра с поверхностным натяжением и сплоченностью воды создаёт весёлые развлекательные видео, это явление также может иметь серьёзные последствия для способности организма регулировать важнейшие внутренние процессы в космосе. Когда астронавт впервые прибывает на МКС, у него начинаются симптомы, похожие на симптомы простуды (отёк лица и заложенность носа), поскольку жидкости в организме перераспределяются в верхнюю часть тела.

Поскольку тело астронавта приспосабливается к невесомости, жидкость в теле распределяется более равномерно, и организм уже не должен работать так тяжело, чтобы регулировать кровяное давление. Хотя это может звучать как позитив, оказывается, у такого эффекта могут быть некоторые довольно негативные побочные результаты, такие как сокращение на 20 процентов объема крови, что, в свою очередь, может привести к атрофии сердца, поскольку у него меньше крови для прокачки.

Хотя есть ряд других интересных физиологических эффектов, обнаруженных в результате пребывания на МКС (например, неспособность астронавта проливать слёзы, потому что они слипаются в шарик, когда астронавт плачет, или потеря вкуса), возможно наиболее серьёзно пораженным органом в космических полётах является мозг. Хотя некоторые из психологических эффектов выхода в космос положительны (например, так называемый «обзорный эффект» или ощущение покоя и внутреннего спокойствия, возникающие в результате наблюдения за Землёй сверху), вообще говоря, астронавты постоянно находятся в условиях стресса.

Хотя сальто в нулевой гравитации возможно и не кажется сложным, нужно учитывать, что космонавты живут в чрезвычайно враждебной среде с высоким уровнем риска - самая маленькая ошибка может стать вопросом о жизни и смерти. Даже с самыми лучшими приготовлениями возникает ряд смертельных ситуаций на космической станции.

Возьмем, к примеру, случай итальянского астронавта Луки Пармитано, которому в 2013 году пришлось прекратить выход в открытый космос после того, как вода из его скафандра начала просачиваться в его шлем и рисковала утопить его. Позже, когда Пармитано описал этот опыт, он сказал, что чувствовал себя как «золотая рыбка внутри аквариума», когда вода начала течь в его шлем. Так как жидкость не действует в микрогравитации одинаково (она собирается в комок и плавает), удерживать литр воды, который плавал в шлеме, подальше от своих глаз, носа и рта, одновременно пытаясь дышать в космическом шлеме, стало непосильным заданием. Хотя Пармитано благополучно вернулся на МКС, тот же самый костюм, который он использовал, был виновником подобного сбоя в прошлом году, в результате чего выход в открытый космос был прекращен раньше, чтобы спасти астронавта НАСА от возможного утопления.

В первые дни космической станции скафандр астронавта во время выхода в открытый космос покрылся дюймом токсичного замороженного аммиака, поэтому астронавт должен был оставаться за пределами орбитальной станции полный проход орбиты, пока аммиак не испарился из его костюма. Во время того, что должно было бы быть обычным выходом в открытый космос, астронавт NASA Роберт Кербим работал над системой охлаждения новой МКС, в которой используется аммиак из-за низкой точки замерзания. Однако, когда в системе возникла утечка, и хлопья аммиака начали течь из трубопровода, все на борту знали, что возникла проблема. Через три минуты Кербим сумел закрыть протекающий клапан, но в этот момент весь его костюм был покрыт замороженным аммиаком, что сделало его похожим на снеговика, по словам другого астронавта, который был с Кербимом во время выхода в космос.

Чтобы извлечь токсичный химикат из своего костюма, Кербим должен был оставаться вне космической станции полный цикл вращения вокруг Земли (около 90 минут), чтобы солнце могло расплавить кристаллы аммиака. Как только он вернулся в чистовой шлюз, он и остальная часть экипажа должны были носить кислородные маски в течение примерно получаса, пока МКС отфильтровывала токсины с воздуха внутри станции.

Испытание Кербима за пределами космической станции также напоминает случай, когда два советских космонавта в 1990 году оказались в ловушке за пределами орбитальной станции «Мир», когда шлюз сломался, и им пришлось использовать процедуру экстренного входа, поскольку уровень кислорода стал опасно низким. Два космонавта выходили в открытый космос, чтобы восстановить тепловые одеяла на своих транспортных судах, которые сорвались и поставили под угрозу их безопасное возвращение на Землю. После пятичасового выхода в открытый космос и успешного ремонта корабля выяснилось, что дверь шлюза не закрывалась надлежащим образом и что камера не была герметизирована. Достигнув опасно низкого уровня кислорода, космонавты должны были выполнить процедуру аварийного входа, чтобы вернуться в герметичный корабль, хотя советский отчёт о том, как это было сделано, остается загадкой.

У станции «Мир» также было несколько других крайне опасных ситуаций в 1997 году. В феврале того же года канистра перхлората лития, которая использовалась для генерации кислорода на борту, дала течь и вызвала пожар на борту космической станции, хотя экипажу удалось потушить огонь примерно через полторы минуты. Но всего через несколько месяцев российский грузовой корабль «Прогресс» столкнулся с одним из модулей «Мир» и проколол дыру на космической станции, вызвав её разгерметизацию. То, что легко могло превратиться в смертельный инцидент, было решено благодаря сообразительности космонавтов на борту и астронавта из NASA. Им удалось изолировать негерметичный модуль от остальной части космической станции, разрезав ряд кабелей, которые мешали люку, соединяющему модуль с остальной частью космической станции, закрыться.

Это лишь некоторые из многочисленных неудач, произошедших во время пребывания людей в космосе на борту нескольких космических станций, они служат хорошим напоминанием о том, что даже при лучшем планировании человеческая ошибка всегда будет фактором. Учитывая все обстоятельства, трудно обвинить астронавтов в том, что они немного подвержены стрессу, особенно учитывая, что многие из них страдают от хронического недосыпания в космосе (когда вы наблюдаете восход солнца 15 раз в день на МКС, то может быть трудно вздремнуть).

Тем не менее, несмотря на всё, то что мы знаем о расплате человеческого организма за космический полёт, всё это основано на данных, собранных в течение шести месяцев, чего не достаточно для понимания всей цены полёта на Марс (который продлится полтора года), которую заплатит человеческое тело. Чтобы исправить это, NASA начало беспрецедентный эксперимент в прошлом году, получив соответствующее название «The Twin Study». В ходе этого исследования Скотта Келли отправили на МКС на целый год, в то время как его брат-близнец, Марк, остался на Земле, чтобы изучить эффекты действительно длительного космического полета на человеческое тело.

Несмотря на то, что первые результаты исследования, проведённого в этом году, только начинают появляться, NASA уже увидела некоторые интересные результаты. Во-первых, исследование по космическому полёту и старению показало, что теломеры Скотта (область ДНК, которая уменьшается с возрастом) на самом деле увеличились во время космического полёта, что исследователи объясняют повышенной физической нагрузкой и диетой с пониженной калорийностью. Более того, в другом исследовании было обнаружено, что пребывание Скотта в космосе не оказало заметного влияния на его умственные способности после возвращения на Землю.

Другое исследование, которое ещё продолжается, касалось полного секвенирования генома каждого близнеца. В то время как у каждого близнеца было обнаружено сотни уникальных мутаций в их геномах, что и ожидалось, исследование также показало, что около 200 000 молекул РНК по-разному выражаются у близнецов. Является ли это показателем какого-то «космического гена», который был активирован во время Скотта на МКС, ещё предстоит выяснить.

С уже существующими человеческими миссиями на Луну и Марс, впервые за многие десятилетия понимание того, как жить на последнем рубеже стало более актуальным, чем когда-либо. Благодаря новаторской работе десятков астронавтов за многие годы, которые, грубо говоря, превратили себя в подопытных кроликов в орбитальной лаборатории, у нас теперь есть довольно хорошее представление о том, как не умереть в условиях микрогравитации. Полёт на Марс принесёт ряд новых физиологических вызовов (например, угроза облучения), но без этих предварительных экспериментов это было бы невозможно. Оставаться в живых в условиях микрогравитации всегда будет непросто, но усовершенствованные технологии и уроки, извлечённые на Земле и на орбите, сделали перспективы превращения людей в многопланетные виды более реалистичными, чем когда-либо.