Интелектуалната мъгла на романтичния космизъм
През 1952 г. Айзък Азимов публикува научнофантастичния си разказ „Марсианският път“. По това време авторът, макар и биохимик по образование, не разполага с реални данни за микрогравитацията или космическото лъчение. Неговите притеснения са изцяло психологически – способността на шепа хора да издържат затворени в метална кутия за повече от шест месеца. Азимов определя тази граница на 180 дни. Днес, десетилетия по-късно, психологическият дискомфорт е последното ни безпокойство. Истинските пробойни в теорията за междупланетните полети не са в главите на астронавтите, а в техните кости, мускули и ДНК вериги.
Големите космически агенции отлично знаят това, макар публично да поддържат оптимистичния тон. Реалната картина се крие в медицинските картони на хората, прекарали най-дълго време в орбита. Рекордът на Валери Поляков от 437 денонощия и 18 часа на борда на станцията „Мир“ през 1994-1995 г. често се вее като знаме на човешката издръжливост. Това, което се спестява на широката публика, е състоянието на Поляков след кацането. Лекарите буквално го изнасят на ръце. Той прекарва половин година в специализирани клиники само за да възстанови базови двигателни функции и да се научи да ходи отново, без да колабира от ортостатична непоносимост – състояние, при което сърдечно-съдовата система вече не може да изпомпва кръв към главата срещу земната гравитация.
Тихият убиец на скелетната система
В условия на микрогравитация човешкото тяло бързо стига до извода, че скелетът му е излишен лукс. Механичното натоварване, което поддържа костите плътни на Земята, изчезва. Резултатът е прогресираща деминерализация. Изследванията показват, че астронавтите губят средно между 1% и 1.5% от костната си маса за всеки тридесет дни в космоса. Този процес засяга най-силно носещите кости – бедрената кост и таза.
За да разберем мащаба на бедствието: тригодишна мисия до Марс (двупосочен полет плюс минимален престой по елиптичната траектория на Хоман) би лишила астронавтите от близо една трета от техния скелет. Този калций не изчезва просто така – той се отделя чрез урината, което води до масивна калцификация на бъбреците и постоянна заплаха от болезнени камъни в пикочните пътища в среда, където хирургическата намеса е невъзможна. Настоящите тренировъчни режими на Международната космическа станция, включващи специализирани бягащи пътеки с ластици и силови уреди като ARED (Advanced Resistive Exercise Device), само забавят, но не спират този процес. Скелетът продължава да се топи.
Освен костната деструкция, мускулната атрофия протича със същата безпощадна скорост. Без постоянно съпротивление бързите мускулни влакна се превръщат в бавни, а общият обем на скелетната мускулатура спада с до 20% в рамките на едва две седмици. Пристигайки на Марс след деветмесечен преход при сегашните технологии, екипажът няма да бъде посрещнат от спасителни екипи с колички. Те ще трябва да извършат кацане и веднага да започнат работа в условия на марсианска гравитация (която е 38% от земната) със скелети на осемдесетгодишни старци и атрофирали сърдечни мускули.
Радиационният капан: Слънчев вятър и галактически лъчи
Земната атмосфера и магнитно поле са нашият дебел щит. На ниска околоземна орбита, където лети МКС на височина около 400 километра, магнитосферата все още отклонява голяма част от опасните частици. Въпреки това радиационният фон там е около 200 милисиверта (mSv) годишно – двеста пъти повече от средната доза, която получава човек на морското равнище. Стандартният лимит за професионално облъчване на астронавт за цялата му кариера е закован на 1000 mSv. Преминаването на тази граница драстично увеличава риска от левкемия и други онкологични заболявания.
Когато обаче напуснем пределите на земното магнитно поле, правилата на играта се променят радикално. Космическият кораб се оказва подложен на два основни вида заплахи:
Първо, слънчевият вятър – поток от високоенергийни протони и хелиеви ядра, изхвърляни от Слънцето със скорост до 1200 километра в секунда. При нормални условия неговата интензивност извън земния щит носи около 500 mSv годишно.
Второ, галактическото космическо лъчение – високоенергийни ядра на тежки елементи (желязо, въглерод, кислород), идващи извън Слънчевата система. Те се движат с релативистични скорости и притежават такава пробивна сила, че преминават през конвенционалните алуминиеви корпуси на корабите като нож през масло, създавайки вторична радиация от разпада на атомите на самия корпус.
Ако анализираме траекторията за полет до Марс, базирана на двигатели с течно гориво, времето за транзит в едната посока е около 9 месеца при идеална подредба на планетите. Двупосочното пътуване, ведно с престоя, гарантира доза от над 1500 mSv само от фоновата радиация. Това е далеч над всякакви безопасни норми. Но истинският кошмар са слънчевите изригвания. Едно мощно събитие от типа на слънчева буря, насочено към кораба по време на транзита, може да достави доза от 2000 до 5000 mSv в рамките на няколко часа. Без масивен оловен или воден щит с дебелина десетки сантиметри, това означава остра лъчева болест и смърт на екипажа в рамките на дни.
За да се намали това време, е необходима коренна промяна в задвижването. В [предишния ни анализ за логистиката на междупланетните полети] подробно разгледахме технологичните ограничения на химическите ракети. Единственият физически обоснован изход е преминаването към ядрени термични двигатели (NTP) или ядрено-електрически системи. Те биха позволили скорост на изгорелите газове над 50 километра в секунда, съкращавайки полета до Марс до под четири месеца. Това би намалило радиационната доза до приемливи нива, но технологията за такива реактори в космоса все още е в начален стадий и липсва финансиране за реални тестове.
Логистиката на оцеляването и затворените системи
Дори да решим проблема с радиацията и гравитацията чрез хипотетични тежки кораби с изкуствена гравитация (въртящи се модули) и дебели щитове, остава суровият въпрос за ресурсите. Човек консумира средно около 0.84 килограма кислород, 0.62 килограма суха храна и около 3.54 килограма вода за пиене и хигиена на ден. За екипаж от шест души за тригодишна мисия това прави над 11 тона само чисти консумативи, без да броим опаковките и теглото на системите за регенерация.
Съвременните системи за поддържане на живота на МКС (като руската „Електрон“ и американската Sabatier система) регенерират част от водата и кислорода, но те са механично сложни, изискват постоянни резервни части и имат сериозен процент на амортизация. Пълно затваряне на цикъла, каквото се опитваха да постигнат в [архивния ни материал за съветските експерименти BIOS-3] през 70-те години на миналия век, все още е непостижимо на борда на малък космически апарат. Всяка повреда в помпа или филтър в дълбокия космос е смъртна присъда.
Всичко това показва, че настоящите пилотирани мисии отвъд орбитата на Луната са по-скоро самоубийствени пиар акции, отколкото научен прогрес. Физическите закони и биологичните ограничения на въглеродния живот не подлежат на преговори. Докато не създадем работеща технология за ядрено задвижване и активни електромагнитни щитове, Космосът ще остане територия, в която можем само да надникваме за кратко, плащайки жестока цена в здраве и ресурси.
