Журнал "Вокруг Света" №11 за 2002 год
Шрифт:
Конструкция генов светящихся растений состоит из двух частей: чувствительная сторона, обнаруживающая стресс, и сообщающая — вызывающая свечение. Первая из них происходит от гена самого растения Arabidopsis thaliana, члена семейства горчицы (thale cress). Ферл и его коллеги выбрали Arabidopsis потому, что три его характеристики идеально подходят для марсианской миссии (его максимальная высота в 15,2 см позволяет приспособиться к условиям небольшой теплицы, а жизненный цикл — всего 6 недель).
Растения Arabidopsis уже вращаются вокруг Земли на борту МКС как часть независимого эксперимента, призванного установить, как растения реагируют на свободное падение.
Исследователи и конструкторы Европейского космического агентства работают над разработкой еще одной уникальной системы, благодаря которой «отходы» жизнедеятельности человеческого организма смогут превращаться в удобрения. Эта установка, получившая название «Мелисса», предназначена для нужд астронавтов, готовящихся к трехлетнему полету на Марс. Это даст астронавтам возможность выращивать на Марсе привычные для землян овощи. Специалисты Европейского космического агентства утверждают, что строительство прототипа «Мелиссы» будет завершено уже к 2005 году.
Людмила Князева
О влиянии космического окружения на здоровье человека нашему журналу рассказывает ведущий научный сотрудник ГНЦ РФ Института медико-биологических проблем РАН кандидат биологических наук Анатолий Николаевич Потапов:
«Современная космонавтика уже располагает опытом длительного пребывания человека в космосе. Так, врач Валерий Поляков 7 лет назад провел на околоземной орбите почти полтора года. Этого времени вполне достаточно, чтобы долететь до Марса и вернуться обратно. Однако принципиальное отличие марсианской экспедиции от полетов на орбитальной станции заключается в том, что у космонавтов времени на адаптацию не будет, им надо начинать работать на чужой планете сразу же после перелета, а потому к моменту подлета к Марсу они должны быть в очень хорошей физической форме.
К тому же если в предыдущих полетах от Земли их отделяли всего несколько сот километров, то для марсианской экспедиции, которой предстоит преодолеть десятки, а то и сотни миллионов километров, потребуется своеобразный «Ноев ковчег» — космический корабль, существующий полностью в автономном режиме.
Жизнеобеспечение
Для подобного полета необходимо создание системы жизнеобеспечения так называемого замкнутого цикла. И если сейчас на орбиту с помощью грузовых кораблей доставляется необходимый запас воды и продуктов питания, то в длительном полете кораблю, вышедшему за пределы околоземной орбиты, придется рассчитывать только на собственные ресурсы. В первой экспедиции к Марсу возможно использование принципа той системы жизнеобеспечения, которая зарекомендовала себя на станции «Мир» и МКС в течение продолжительного срока эксплуатации, но она несомненно нуждается в усовершенствовании. Эта система основана на принципе физико-химической регенерации воды и получения кислорода методом электролиза.
Излучение
Серьезной опасностью, с которой космонавты столкнутся во время межпланетного перелета и пребывания на Марсе, являются ионизирующие излучения, которые порождают Солнце и Галактика. Землян от губительного воздействия радиации защищают земные атмосфера и магнитное поле, но в открытом космосе человек уже не может использовать эти преимущества. Поэтому учеными проводятся работы по изучению возможной радиационной обстановки в межпланетном пространстве, в том числе исследуются энергии и спектры галактических космических и солнечных лучей, равно как и та опасность, которую они могут представлять для здоровья человека. Входящие в состав лучей тяжелые элементы, например ядра железа, обладают большой проникающей способностью и могут выводить из строя живые клетки. Значительная опасность возникает в том случае, если они «прошьют» зрительный нерв или нервные клетки головного мозга. Отдаленными последствиями радиации могут стать: возникновение катаракты, изменение генетического аппарата клеток организма и возникновение раковых заболеваний. Разработанные на сегодняшний день медицинские препараты — радиопротекторы не способны полностью решить проблему защиты человека от воздействия радиации, поэтому для марсианского корабля необходимо создание надежного радиационного убежища. Эту задачу может выполнять защищенная металлическими стенками большой толщины каюта для отдыха космонавтов, позволяющая снизить дозу космического излучения, в то же время не менее эффективным защитным средством могут служить резервные запасы воды и масса оборудования космического корабля.
Человека, рожденного жить и работать в совершенно определенных земных условиях, в космосе ожидают большие трудности. Вырвавшись за пределы земной атмосферы, он лишается привычной и естественной для него земной тяжести, а потому серьезным препятствием на пути обживания космоса становится невесомость, хотя сейчас это состояние изучено уже достаточно хорошо. За время пребывания в космосе более года человек может потерять до 20% костной ткани и до 25% мышечной.
Невесомость
Другая опасность для здоровья человека связана с тем, что в космосе отсутствует гравитация, на Марсе же она составляет всего 38% от земной. Как только человек попадает в космос, его организм начинает перестраиваться. Сначала из-за перегрузок при преодолении земной гравитации происходит нарушение вестибулярного аппарата, что может привести к возникновению определенных иллюзий, вследствие которых совершаются ошибки в оценке расстояний между предметами, а также в управлении кораблем. Происходит это потому, что механизм кровообращения нарушается, кровь приливает к голове и для адаптации требуется некоторое время. Однако подобные последствия невесомости проходят достаточно быстро.
В условиях нулевой гравитации перестраивается и гормональная система, например изменяется концентрация выработки гормонов, связанных с водно-солевым обменом, так как сердце переполняется кровью и не в состоянии сразу переработать большое ее количество. В организме начинают выделяться гормоны, способствующие удалению из него этой, как бы лишней, крови, и он через почки начинает терять воду, что ведет к частичному обезвоживанию организма. Для того чтобы справиться с этими негативными последствиями, космонавтам необходимо выпивать не менее 3 литров жидкости в день. И все равно целый ряд «эффектов невесомости» не снимается, что крайне настораживает врачей. Из-за потери минералов, в частности кальция и калия, происходит разрушение костной ткани и развивается мышечная атрофия. При этом больше всего кальция теряют кости ног и таза, меньше — ребра и кости рук, а вот в костях черепа его количество даже увеличивается. Иногда процесс потери минералов продолжается и на Земле, восстановление же до нормы после 8 месяцев пребывания в космосе может занимать около двух лет, а иногда и больше. Поэтому при выборе команды важным фактором должен стать генетический отбор, так как организмы разных людей в разной степени подвержены остеопорозу, а это заложено именно на генетическом уровне.
Кстати говоря, на станции «Мир» использовалось искусственное ультрафиолетовое облучение кожных покровов космонавтов для стимуляции выработки витамина Д, способствующего уменьшению деминерализации костей в длительных полетах. Подобная система мер профилактики может функционировать и на борту пилотируемого марсианского корабля.
В отличие от костной мышечная масса в условиях нормальной гравитации способна довольно быстро восстанавливаться, хотя при длительной невесомости ее потери могут доходить до 25%. Для того чтобы предотвратить столь значительные потери, ученые разрабатывают специальное питание и лекарственные препараты. В первую очередь в невесомости страдают так называемые антигравитационные тонические мышцы (мышцы ног и спины), в области рук мышечная масса почти не теряется, так как на них в космосе происходит увеличение нагрузки.
Важным моментом после длительного перелета являются сохранение работоспособности и проблема перехода от нулевой гравитации к марсианской, что также может вызвать в организме космонавтов стресс. И хотя на Марсе гравитация почти вдвое меньше земной, к ней все равно необходимо подготовиться заранее.
Одним из решений может быть создание на корабле в течение последних 2 месяцев полета гравитации, подобной марсианской. Это позволит космонавтам постепенно адаптироваться к новым условиям и тем самым сохранить работоспособность при посадке.
Снизить неблагоприятное воздействие невесомости может также искусственная сила тяжести. Ее создают с помощью короткорадиусной центрифуги. Однако для ученых существует еще много вопросов, касающихся того, сколько времени нужно вращать подобную центрифугу и какая гравитация может считаться оптимальной.
Психология
Многие психологи придерживаются того мнения, что едва ли не самой сложной проблемой в столь длительном полете является психологическое состояние и совместимость членов экипажа. Когда группа людей оказывается в ограниченном пространстве, психологи в ряде случаев отмечают среди них проявление агрессивности, а в результате могут возникать серьезные конфликты, поэтому важным критерием отбора космонавтов должна стать стрессоустойчивость, а также умение принимать в критических ситуациях быстрые, правильные решения. Если экспедиция будет международной, то в ее состав войдут представители разных культур, религий, образа жизни и философии, значит, нужно заранее просчитать возможные конфликтные ситуации, чтобы постараться их избежать. Для того чтобы космонавты не чувствовали себя оторванными от Земли, предполагается, что на космическом корабле необходимо воссоздать иллюзию смены времен года, пения птиц или привычных для землян запахов.