Как не потеряться в космосе: технологии для космонавтов

В 2033 году первые колонизаторы отправятся на Марс – такое заявление сделали в Китайском исследовательском институте ракетной техники. Ученые запланировали сразу пять пилотируемых полетов к Красной планете. Они собираются построить там обитаемую базу, извлечь воду из недр и выработать электричество. Но сначала на космическую разведку запустят роботов.

"Роботы к 2030 году должны исследовать потенциальные места для создания базы и построить системы для добычи ресурсов. Также китайские исследователи хотят оборудовать несколько космических станций для остановок по пути к Марсу. В идеале они планируют, что полет до планеты и обратно займет несколько сотен дней", – рассказал обозреватель космических технологий Джон Девилль.

Однако первых марсианских колонизаторов по пути поджидает много опасностей. По словам ученых, можно потеряться, ослепнуть, сойти с ума и даже изжариться живьем. Какие способы защиты от космических угроз уже придумали? И как они работают? Об этом рассказывает программа "Наука и техника" с Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.

Спальный мешок от слепоты

Вот только на пути к Марсу колонизаторов всюду поджидают опасности, одна из которых – слепота. Дело в том, что в условиях невесомости жидкость в организме человека, что называется, бьет в голову и давит на глаза. Такое напряжение может сплющить глазное яблоко, человек заработает отек зрительного нерва и ослепнет.

Ученые Техасского университета придумали, как будущим марсонавтам увидеть Красную планету собственными глазами. В этом им поможет спальный мешок – но не тот, что берут с собой в походы. Эта конструкция выглядит, как рожок мороженого. В полете, во время сна мешок будет сдавливать нижнюю часть тела, и баланс жидкости в организме восстановится, как при земном притяжении.

"На Земле, пока вы стоите или сидите, гравитация распределяет жидкость из головы в тело. Но в космосе такой процесс не происходит. Наш мешок с помощью вакуумной технологии вытянет жидкость, которая скапливалась бы в голове. Изобретение уже протестировали на 10 добровольцах. Они в течение трех суток лежали в постели. У тех, кто спал в мешке, зрение не ухудшилось", – отметил кардиолог Юго-Западного медицинского центра Техасского университета, создатель спального мешка для космонавтов Бенджамин Левин.

Вибробраслеты для ориентации в пространстве

Будущих космических колонистов могут подвести не только глаза, но еще инстинкты и рефлексы. Передвигаясь по Земле, мы не отдаем себе отчета, что делаем это благодаря гравитации, которая помогает ориентироваться в пространстве, определять, где верх, а где низ.

Однако невесомость сбивает организм с толку. Инстинкты говорят одно, глаза – другое, мозг – третье, и астронавт теряется в пространстве. Чтобы этого не произошло инженеры американского Брандейского университета предлагают космонавтам носить вибробраслеты. Эти эластичные повязки крепятся на запястья, плечи и предплечья. Специальный алгоритм отслеживает положение человека в пространстве. С помощью вибрации устройство через кожу передает сигналы вестибулярной системе. В этот момент мозг понимает, где верх, а где низ.

"Вестибулярная система принимает сигнал от вибробраслетов в нашем внутреннем ухе, именно там располагаются так называемые отолиты. Это клетки с крошечными структурами. Когда мы двигаемся, гравитация притягивает эти структуры, передавая в мозг сигналы о том, насколько наше равновесие нарушено. Вибробраслеты уже испытали на добровольцах, и они показали неплохие результаты", – пояснила инженер НАСА Венди.

Космический психотерапевт

Вибробраслеты, как навигаторы, помогут сориентироваться в невесомости, но не устранят саму причину дезориентации. Российские ученые поняли, что проблема не только в физиологии.

"В космосе ты находишься в постоянной дезориентации, и почти сходишь с ума от того, что не можешь чувствовать твердую землю под ногами", – говорит космонавт НАСА Скотт Келли.

Он пробыл на МКС целый год. По мнению медиков, подобные миссии не проходят бесследно. Ученые из Южной Каролины проанализировали результаты МРТ космонавтов до и после полетов. Как они утверждают, изменения появляются уже через три месяца невесомости. А что говорить о длительном полете на тот же Марс.

Чтобы будущие марсонавты не поймали безумие среди звезд, российские ученые создали космического психотерапевта. В белой центрифуге человек укладывается на ложемент, то есть кровать, и пристегивается. Кабина приходит в движение и вращается будто карусель. Кровь перераспределяется в сторону ног, и космонавт испытывает знакомое с рождения "земное притяжение". Так голова приходит, как говорится, в норму, и давление в черепе снижается.

"Ложемент многофункционален. Он может менять свое положение от горизонтального до полусидячего, полулежачего. На конце консоли, куда испытуемые упираются ногами, мы можем устанавливать сменные тренажеры. Это может быть велоэргометр или стейпер. То есть для создания динамической статической нагрузки на нижние конечности", – объяснила заведующая лабораторией физиологии ускорения и искусственной силы тяжести Института медико-биологических проблем РАН Милена Колотева.

Что важно – после аттракциона гигиенические пакеты не потребуются. В отличии от мировых аналогов, в которых испытуемых тошнит. В российской центрифуге этого не происходит благодаря системе дополненной реальности.

"Разработка этой кабины такова, что мы можем создавать виртуальную реальность во время вращения. Это может быть марсианская поверхность, хождение по подмосковному лесу и так далее. В данный момент в наших исследованиях мы в качестве отвлекающего гаджета и психологической поддержки используем фильмы Чарли Чаплина. Эффект потрясающий, ребятам очень нравится", – отметила Колотева.

Защита от космической радиации

Как сохранить марсонавтам разум, ученые придумали, но что делать с вездесущей космической радиацией? 

Ученые Висконсинского университета в Мэдисоне предлагают при полете на Красную планету укрыться от излучения щитом. Причем не только астронавтам, но и всему космическому кораблю. Физики хотят создать искусственное магнитное поле, подобное земному, вокруг жилых помещений аппарата.

"Мы разработали конструкцию легких развертываемых магнитных катушек с механической опорой. Эта система усиливает внешнее магнитное поле, которое сможет отклонять до 50% заряженных частиц ионов и протонов. В основе разработки – расположение магнитов, которые создают с одной стороны сильное поле, а с другой – уменьшенное практически до нуля. Если разместить металлы по кругу, получится магнитный пузырь", – поделился подробностями физик исследовательского центра НАСА Тони Слаба.

Этот пузырь оттолкнет излучение снаружи, а внутри сохранит поле, подобное земному. Вот только постоянно прятаться в пузыре не получится. Космонавтам периодически придется выходить за борт для проведения различных работ, и там их будет ждать новая опасность.

Спасательный круг для космонавта

Во время любого выхода наружу человека с кораблем соединяет страховочный трос. А если он оборвется? Чтобы избежать подобных трагедий ученые Самарского национального исследовательского университета создали спасательный круг, а точнее – концепт наноспутника. Он как гарпун догонит астронавта, состыкуется со скафандром и возьмет его на буксир.

"Это устройство обладает способностью идентифицировать нештатную ситуацию, то есть определить, что космонавт перешел в свободное движение, определить условно параметры этого относительного движения, рассчитать требуемый угол или требуемое направление", – говорит доктор технических наук, профессор, заведующий межвузовской кафедрой космических исследований Самарского университета им. Королева Игорь Белоконов.

Для чего нужны тепловые экраны

Представим, что до Марса астронавты добрались и даже высадились, а возможно и базу построили. Но рано или поздно человеку придется возвращаться на Землю, и тут важно безопасно долететь домой. Ведь самое сложное при космическом путешествии, как и в земной авиации, это не только взлет, но и посадка. Когда корабль входит в атмосферу планеты, он разогревается до невероятных температур. Чтобы космонавты внутри не изжарились, корпус аппарата покрывают так называемой абляционной защитой – слоем асбеста и смол фенолформальдегида. Они принимают на себя главный тепловой удар и защищают внутренние отсеки.

Одна беда – часть обшивки во время посадки полностью сгорает. Поэтому после каждой миссии защитный тепловой экран приходится обновлять. Теперь представьте, что на Марс придется везти запасы этих экранов – это дорого и неудобно. Британские ученые придумали, как сделать тепловые экраны многоразовыми.

"Когда корабль входит в атмосферу, экран из жаропрочного материала раскладывается, распределяет тепловой поток и тем самым защищает ракету. Когда корабль окажется в открытом космосе, щит автоматически сложится в отсек. Механизм точно так же срабатывает при возвращении на Землю. А чтобы посадка была мягкой, ракету будет встречать автономная спасательная лодка, на которую она и приземлится", – подчеркнул соучредитель компании – разработчика теплового экрана Эндрю Бэкон.

Благодаря таким тепловым экранам космические миссии станут доступнее, уверены разработчики. А значит и покорение Марса будет уже не такой невыполнимой задачей.

О самых невероятных достижениях прогресса, открытиях ученых, инновациях, способных изменить будущее человечества, смотрите в программе "Наука и техника" с ведущим Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.