Все возможные операции в космонавтике — например, испытание двигателей, сначала проводятся на Земле. В традиционный набор экспериментов входят изоляционные: группа людей должна жить и работать в замкнутом пространстве с имитацией космических обязанностей. В 2011 году закончился почти 1,5-летний (!) проект «Марс 500». Он показал, как поведет себя малая группа при пилотируемом полете на Красную планету и обратно.
Меня зовут Александр Баулин, я ведущий менеджер МТС Диджитал и фанат космоса. Сегодня будем обсуждать, нужны ли изоляционные эксперименты, какие проблемы межпланетных перелетов вскрываются на Земле и можно ли их преодолеть.
Готовясь к высадке на Луне: эксперимент 1967 года
В 1960-е в разгаре была Лунная гонка между СССР и США — кто первым высадится на спутник Земли? Но взоры инженеров и простых людей были устремлены дальше: к Марсу, Венере и даже звездам. Чтобы проверить, как экипаж поведет себя в долгом полете, стали проводить эксперименты.
«Наземные изоляционные эксперименты всегда на шаг опережали настоящие космические экспедиции. Например, перед полетом Светланы Савицкой (первая женщина, вышедшая в открытый космос) на станцию Салют-7 изоляционные эксперименты позволили определить психологические особенности смешанного по гендерному признаку экипажа», — объясняет к.м.н. участник-исследователь трех международных изоляционных экспериментов Иван Розанов.
В 1967 году Советский Союз провел первый в мире эксперимент по длительному межпланетному перелету — в небольшом замкнутом помещении, с регенерацией воздуха и воды. За организацию этого проекта отвечал Институт медико-биологических проблем. Целью было изучить влияние длительной изоляции и замкнутого пространства на организм человека. В то время научные представления о выживании в условиях многомесячной изоляции были ограничены, ведь условия в космосе суровые даже по сравнению с антарктической экспедицией или походом на подводной лодке.
Участники исследования провели 365 дней в герметичной камере, имитирующей модуль космического корабля. Иногда скептики спрашивают — как можно исследовать космический полет без невесомости и повышенной радиации? Что могло случиться с коллективом специально отобранных советских людей? Но оказалось, что изоляции в небольшом пространстве и манипуляций со стороны ученых достаточно, чтобы вызвать конфликты в команде.
Участников (они на фото выше) выбрали из числа военных врачей и инженеров. Командиром назначили Мановцева. Улыбышев отвечал за научное оборудование, а биолог Божко занимался уходом за оранжереей, которую присоединили к гермокамере через несколько месяцев после старта проекта. Помимо этого, он вел дневник, который позже лег в основу его книги «Год в „звездолете“».
Был нюанс: участников подобрали так, чтобы их характеры и темпераменты были максимально несовместимы. Ученые хотели проверить, как «космонавты» справятся с конфликтами в условиях изоляции. Забегая вперед, скажу, что справились — но с трудом.
Как проходил эксперимент
Камера, в которой находились участники, представляла собой герметичный модуль площадью около 12 квадратных метров, объем — 24 кубометра. Он был разделен на зону для отдыха, рабочую зону для выполнения научных экспериментов и пространство с системами жизнеобеспечения.
Вместо душа люди получали ведро воды на каждые 10 дней. Ее выделяли из переработанной мочи благодаря замкнутой системе жизнеобеспечения, установленной в гермокамере. «Продукт» использовали для питья и приготовления пищи.
Вентиляторы непрерывно прогоняли воздух в отсеке, создавая постоянный шум, напоминающий гул метро. В таких условиях испытатели должны были провести целый год, находясь под круглосуточным наблюдением видеокамер.
Эксперимент состоял из двух ключевых этапов:
Имитация полета. Первые месяцы участники выполняли задачи, связанные с «управлением кораблем», мониторингом систем жизнеобеспечения и ведением научных наблюдений.
Моделирование аварийных ситуаций. Во второй половине эксперимента искусственно создавались проблемы с «жизнеобеспечением», включая временные перебои в подаче кислорода и воды. Это было нужно, чтобы проверить способности экипажа к оперативной реакции.
Сценарий включал имитацию взаимодействия с Центром управления полетами, который передавал инструкции, задания и даже «задержки» связи, характерные для реальных космических условий.
Какие были трудности
Психологическое напряжение стало одной из главных проблем. Участники страдали от скуки, стресса и сложных взаимоотношений, что типично для длительных периодов изоляции.
Уже через два месяца произошел бунт: Улыбышев и Божко начали открыто бойкотировать командира Мановцева. Формально он оставался лидером, но на практике его просто игнорировали. Иногда споры возникали из-за мелочей. Например, Борис Улыбышев стал терять вес и ученые добавили в его рацион рыбий жир. Поверьте, на вкус — неприятная штука, но для затворников это еда, которой не хватало. И вот двое обделенных дополнительными калориями игнорируют уже Улыбышева.
Участники стали часто ссориться на пустом месте. Для обозначения такой ситуации есть даже специальный термин — «экспедиционное бешенство». Со временем экипаж стал взаимодействовать друг с другом только в случае необходимости, сосредоточившись на своих задачах. Тогда руководство эксперимента ужесточило условия: на 10 дней была смоделирована аварийная ситуация. Внутри корабля сработала сирена, температура поднялась до 35 градусов, уровень кислорода снизился, а концентрация углекислого газа превысила норму в 10 раз. Испытателям не давали горячую еду, а суточный запас воды сократили наполовину.
Казалось бы, должна произойти катастрофа. Но нет — команда, наоборот, сплотилась и решила выполнять все необходимые для ликвидации проблем действия сообща.
«Мы договорились при трениях откровенно и спокойно обсуждать предмет ссоры и вникать в ее суть, при этом соблюдать одно правило: каждый должен говорить о своих собственных ошибках, критика другого запрещалась», — вспоминал позже Божко.
Еще один инцидент случился почти на излете эксперимента. У командира появилась гнойная киста за ухом, так что ему даже пришлось ее оперировать самостоятельно. Если бы ничего не получилось, эксперимент бы остановили.
Ситуация чуть разрядилась с подключением нового небольшого модуля — оранжереи. Команда стала получать витамины — раз. Члены экипажа могли хотя бы немного уединяться в этом помещении — два.
Искали выход и сами участники. Так Андрей Божко завел переписку с девушкой из Центра управления полетами, что стало его личным утешением во время изоляции. После «возвращения на Землю» они поженились.
Значение
Чем был полезен эксперимент:
получены первые данные о том, как организм человека адаптируется к длительной изоляции;
разработаны базовые методики поддержания психологического комфорта экипажа;
протестированы прототипы систем жизнеобеспечения, которые позже легли в основу технологий на орбитальных станциях;
подтверждена возможность пребывания человека в замкнутом пространстве на протяжении одного года.
Результаты «полета» 1967 года учитывались при создании первых орбитальных станций и планировании долговременных орбитальных экспедиций.
«Марс-500»: как имитировали полет на Красную планету
Хотя экспедицию 1967 года и считали полетом на Марс, но на тот момент не были ясны ни размеры межпланетных кораблей, ни длительность полета. Например, в начале 60-х главный конструктор Сергей Королев рассчитывал достаточно быстро перейти на мощные электрические ракетные двигатели, которые сократили бы время перелета. Но к началу XX века стало понятно, что к Красной планете придется лететь на жидкостных реактивных двигателях и путешествие займет месяцев девять. Значит, годовая экспедиция 1967 года получилась коротковата. Поэтому в 2010 году была спланирована грандиозная симуляция полета на 520 суток.
В отличии от 60-х эксперимент «Марс-500» не был засекречен и сопровождался публичной активностью. Местом проведения эксперимента стал опять-таки ИМБП теперь уже РАН (Российской академии наук), а соорганизатором было Европейское космическое агентство (ЕКА). Цель — моделирование полного цикла марсианской экспедиции, включая «полет» к Красной планете, работу на ее поверхности и возвращение на Землю.
В отличии от первых советских исследователей, у «марсианского» экипажа был более просторный герметичный комплекс, который имитировал Тяжелый межпланетный корабль. Это был реальный проект Сергея Королева для полета к Марсу и Венере. К сожалению, в космос корабль так и не поднялся, зато его реализовали на Земле в ИБМП и последние полвека там регулярно проводят изоляционные эксперименты.
Для полноценной подготовки сначала были проведены два этапа с более короткими изоляциями: 14- и 105-суточными. После этих «репетиций» начался третий этап: 520-дневный эксперимент стартовал 3 июня 2010 года и завершился 4 ноября 2011 года.
Одно из основных отличий от советского эксперимента — международный экипаж. Полет на Марс, пока Маск не доделает Starship, оценивается в 1 триллион долларов! Потянуть такую сумму реально только объединившись несколькими странами. В итоге в команду вошли шесть добровольцев из четырех стран.
Как проходил эксперимент
Сценарий тщательно продумали, чтобы максимально правдоподобно воссоздать условия марсианской экспедиции.
Этап полета к Марсу. Первые 250 дней экипаж «летел» к Красной планете. В это время «космонавты» занимались научной деятельностью, тренировками и выполняли свои ежедневные рутинные обязанности, которые сейчас выполняют команды реальных орбитальных станций.
«Посадка» на Марс. Ключевой момент эксперимента с «выходом» на поверхность планеты. Планетой стал модуль с песчаным покрытием, имитирующим марсианский грунт. «Марсонавты» вели наружные работы в скафандрах.
Возвращение на Землю. Последние 240 дней экипаж «летел» на Землю, продолжая научные эксперименты и следя за своим здоровьем и параметрами жизнедеятельности организма.
Длительная изоляция стала главным вызовом для участников. Еще в ходе реализации проекта возникали смоделированные «аварийные ситуации», требовавшие оперативной реакции. Например, на этапе «полета» были зафиксированы неполадки систем жизнеобеспечения, которые участники устраняли самостоятельно. Но экипаж успешно справился с трудностями.
«В задачи этого эксперимента не входили ни невесомость, ни радиация, ни магнитные поля. Здесь решались психофизиологические, медико-биологические, санитарно-гигиенические задачи, вопросы логистики, контроля количества необходимых материалов, питания, воды», — рассказал заместитель директора проекта Марк Белаковский, который работает в ИМБП с 1975 года и по сей день.
Интересной особенностью эксперимента стало изучение циркадных ритмов. В изоляции из-за отсутствия естественного освещения у участников постепенно изменился график сна и бодрствования.
Значение
Главные достижения:
подтверждена возможность длительного пребывания экипажа в замкнутом пространстве;
проведены десятки научных экспериментов, связанных с медициной, биологией и психологией;
разработаны методики предотвращения конфликтов и поддержания работоспособности в условиях изоляции;
протестированы технологии, которые могут быть использованы в реальных межпланетных миссиях.
«Марс-500» — еще один важный шаг на пути к освоению дальнего космоса. Его результаты использовались для подготовки к проекту SIRIUS.
SIRIUS: изоляционные эксперименты на потоке
Серия изоляционных экспериментов SIRIUS (Scientific International Research In Unique Terrestrial Station, или Международное научное исследование в уникальном наземном комплексе) была запущена совместными усилиями Института медико-биологических проблем РАН, NASA Human Research Program при участии специалистов из России, Германии, Канады, США, Франции, Италии, ОАЭ и других стран. Цель — изучить влияние длительной изоляции на организм человека и отработать технологии, которые могут пригодиться в реальных лунных (а возможно, и марсианских) миссиях. Первый эксперимент — 17-дневная изоляция — прошел в ноябре 2017 года. Потом по нарастающей были проведены 120-, 240- и наконец 366-суточные. Эксперимент проводился над разными экипажами, но все они были объединены одной концепцией исследования.
Может показаться, что изоляционные эксперименты проводятся регулярно и ничего не принципиально нового случиться не может. Но, например, в эксперименте SIRIUS-21 был подобран равный гендерный состав: три мужчины, три женщины. Считалось, что это гармонизирует отношения. Но на 33-и сутки «полета» Екатерина Карякина травмировала руку и была выведена из эксперимента. Сохранить гендерный баланс не удалось, зато исследователи убедились, что участники эффективно работают и в таком составе. Но думаю, в удачном завершении испытания сыграл роль и командир экипажа — Олег Блинов. Он четыре года входил в отряд космонавтов, прошел соответствующую подготовку, но так и не слетал в космос. По его признанию, участие в 240-дневном изоляционном эксперименте закрыло для него гештальт после несостоявшегося полета на Луну.
Самый продолжительный на данный момент, 366-дневный эксперимент SIRIUS-23 начался 14 ноября 2023 г. и завершился 14 ноября 2024 г. Имитировал он долговременную экспедицию на лунную орбиту.
Кстати, не знаю, почему остались только участники из Союзного государства. На Летней космической школе лично познакомился с арабским кандидатом, который хотел попасть в эксперимент, несмотря на его длительность. Видимо, это связано со строгим отбором — комиссия проводила оценку состояния здоровья участников, анализировала результаты их подготовки.
Как все прошло
По сценарию миссия включала несколько этапов. Экипаж достиг окрестностей Луны за четыре дня и провел стыковку со станцией. Потом, находясь на орбите почти месяц, команда приняла груз с топливом, провизией и кислородом. В течение этого времени тестировались новые технологии для очистки воды и воздуха, проверялось медицинское оборудование.
Через два месяца состоялась первая из пяти имитаций высадки на поверхность Луны с использованием VR-технологий и симуляторов для отработки движений в условиях лунной гравитации. Помимо этого, к станции «пристыковались» еще четыре грузовых корабля.На 362-е сутки участники эксперимента «пересели» в возвратный модуль, который за четыре дня доставил их обратно на Землю.
«Изоляционные исследования — модель, которая давно и регулярно используется для решения задач пилотируемой космонавтики. Именно благодаря им отрабатывалось пребывание космонавтов на Международной космической станции. Сейчас эпицентр исследований посвящен предстоящим межпланетным полетам», — объяснил директор ИМБП РАН Олег Орлов.
И тут тоже главным испытанием для экипажа стала психологическая нагрузка. Закрытое пространство, ограниченные контакты с внешним миром и монотонность задач — все это непросто переносить. Чтобы снизить стресс, команде можно было смотреть фильмы, читать и отправляться на виртуальные прогулки.
Научный сотрудник ИМБП РАН, участник эксперимента SIRIUS-23 Рустам Зарипов рассказал:
«Один из вопросов в психологическом опроснике был таким: насколько часто вы смотрите на календарь или часы? Я все думал, когда придет это состояние и я начну считать дни до выхода. По сути, на часы я начал смотреть только в самый последний день. Я разделил в голове эту годовую дистанцию на маленькие участки: сначала старт эксперимента, затем первый грузовой корабль в середине декабря, следом Новый год, потом внекорабельная деятельность… Я все разделил и проходил дистанцию поэтапно, поэтому психологически было не так сложно».
Технические проблемы не обошли эксперимент стороной. Например, на одной из стадий имитации произошел сбой систем жизнеобеспечения. Правда, этот инцидент, равно как и другие «неполадки», был смоделирован специально, чтобы проверить реакцию экипажа на аварийные ситуации.
Значение
Главные достижения проекта:
разработка новых методик для поддержания здоровья людей;
тестирование технологий очистки воды и воздуха;
изучение взаимодействия в условиях длительного стресса;
отработка сценариев аварийных ситуаций.
Полученные данные станут основой для подготовки реальных миссий на Луну и, вероятно, даже Марс.
Директор ИМБП РАН, руководитель проекта SIRIUS академик Олег Орлов прокомментировал планы по дальнейшей работе: «Необходимо формировать новую научную программу, которая в первую очередь должна быть ориентирована на задачи межпланетных полетов. Существует определенная преемственность: прежде чем рекомендовать что-то для космоса, это надо отработать на Земле. Поэтому, надеюсь, часть материалов, полученных в наших экспериментах, будет представлена в виде программ полетных исследований на борту РОС».
И да, о Российской орбитальной станции я уже писал здесь.
А подытожу этот пост так. Проекты, описанные в посте, прошли на Земле, но подсказали ученым, какие трудности могут происходить в космосе. Надеюсь, все это приблизит межпланетные пилотируемые экспедиции.