Наедине с космосом. История экспериментов, моделирующих длительные космические миссии

В ноябре 2024 г. из годовой изоляции в Институте медико-биологических проблем РАН выйдут шесть испытателей. 14 ноября 2023 г. начался четвертый этап международного эксперимента SIRIUS ― моделирование условий длительного пилотируемого космического полета, в котором ученые исследуют, как долгая изоляция влияет на физиологическое и психологическое состояние организма.

Нынешний эксперимент завершает восьмилетнюю историю проекта SIRIUS в ИМБП. В его рамках прошло четыре изоляции, сроки которых с каждым разом увеличивались. В 2017 г. эксперимент длился 17 дней, в 2019 г. 120 суток, на третьем этапе участников изолировали на 240 дней ― с конца 2021 г. до лета 2022 г. И, наконец, финал ― годовая изоляция, которая завершится совсем скоро. Рассказываем об основных изоляционных космических экспериментах, начавшихся еще в Советском Союзе.

Все начиналось со «звездолета»

В ноябре 1967 г. трое добровольцев рассказали родным легенду о долгой командировке на Северный полюс и отправились в изоляцию. В 12-метровом помещении на территории ИМБП РАН, имитирующем космический корабль, механик Борис Улыбышев, биолог Андрей Божко и врач Герман Мановцев проведут весь следующий год, но с условием: в любой момент помещение можно покинуть без объяснения причин (такая практика применяется и в нынешних экспериментах). Эксперимент «Год в земном звездолете» начался.

После полета Юрия Гагарина космонавтика достаточно быстро нацелилась на более амбициозные, чем достижение околоземной орбиты, задачи ― высадку на другие планеты. Легенда первого изоляционного эксперимента предполагала полет на Марс. Чтобы на протяжении года обеспечивать экипаж едой, водой и кислородом в космосе, требовались колоссальный вес и объем полезной нагрузки — неподъемные 11 т (для сравнения: «Прогрессы» сегодня возят на МКС около 2,5 т полезной нагрузки). Был необходим замкнутый цикл системы жизнеобеспечения: обезвоженная и сублимированная пища, восстановленные из отходов вода и воздух, крошечное помещение, в основном заполненное аппаратурой. Смогут ли люди выжить в таких условиях долгое время и как поведет себя коллектив? На эти вопросы искали ответы почти 60 лет назад.

«Обвожу взглядом помещение — наш жилой отсек. Он не очень просторен. Справа от двери пульт бортового врача. Рядом велоэргометр — прибор с педалями, как у велосипеда, предназначенный для тренировки и изучения физической работоспособности. Дальше дверь в оранжерею, которая откроется лишь через два месяца. Затем крошечный камбуз, где мы будем готовить себе пищу. Рядом холодильник, откидной столик с пультом связи и трехъярусные спальные места. От них до камбуза три шага, столько же до санузла и холодильника, два — до пульта бортового врача, один — до закрытой двери. На полке около столика книги маленькой библиотечки, под ней — вешалка. Стены, увитые проводами, решетчатый потолок», ― из книги «Год в “звездолете”», Андрей Божко.

Через два с половиной месяца участникам эксперимента расширили пространство: открыли дверь в оранжерею, где испытатели выращивали скороспелые культуры, обеспечивающие их свежими витаминами: салат, укроп, листовую капусту. Приятное дополнение к рациону и лишние метры пространства. Весь эксперимент предполагал жесткий график: подъем, зарядка, умывание, завтрак, регулярные записи в журналы, проверка здоровья, эксперименты… Отбой в полночь.

Космическая медицина ― это медицина здоровых людей: исследования и анализ влияния внешних экстремальных факторов на крепкий организм. Участников в эксперимент выбирали строже, чем космонавтов. И все равно достаточно скоро, в течение нескольких месяцев изоляция начала влиять на психически здоровых и устойчивых исследователей. Сначала появились запретные для разговора темы: о себе и родных, затем общение вообще свелось к минимуму. Появились кошмарные сны.

Частью эксперимента стало моделирование внештатной ситуации. На десять дней температуру в «звездолете повысили до 30 ^оC, влажность ― до 90%, убрали из рациона горячее и вдвое уменьшили суточную норму воды. Несмотря на сложности, никто из участников не покинул эксперимент. В результате эксперимента возникло новое направление науки ― космическая психология, а участников длительных миссий начали подбирать, учитывая совместимость.

В 1970 г. в ИМБП РАН запустили Наземный экспериментальный комплекс (НЭК) ― помещения, в которых и сегодня проводятся изоляционные эксперименты. В течение 30 лет ученые в изоляционных экспериментах различной длительности ― от 25 до 120 суток ― исследовали реакции организма на экстремальные условия, поведение экипажа и разрабатывали методики адаптации и системы жизнеобеспечения.

500 дней до Марса

В 2006 г. в три существующие к тому моменту модуля НЭК установили новые системы жизнеобеспечения и поддержания температуры. А в следующие два года подключили четвертый герметичный модуль и начали строительство помещения, имитирующего поверхность другой планеты. Началась подготовка к очередному масштабному эксперименту, который, как и первый опыт, имитировал полет экипажа на Марс ― «Марс-500».

Как и в первый советский проект, «Марс-500» запустили, чтобы понять, возможны ли для человека условия длительного перелета к другой планете, изучить взаимодействие экипажа с замкнутой окружающей средой, оценить работоспособность человека в условиях изоляции. Все это, как и в реальном полете, с ограниченными ресурсами, задержкой связи, жестким графиком и нештатными ситуациями.

К 2007 г., когда начался изоляционный эксперимент, долгое пребывание в космосе на орбитальных станциях «Мир» и МКС редкостью не было. Но условия перелета на другую планету жестче: нет возможности отправить грузовой корабль, чтобы пополнить запасы; не получится экстренно спустить космонавта, если возникнет такая необходимость. Контроль с Земли, в том числе медицинский, технический и социальный, снижен, а значит, важно принимать самостоятельные решения в нештатных ситуациях. А ведь еще надо высадиться на другую планету и провести там исследования…

В каждом этапе эксперимента экипаж состоял из шести человек. На первом этапе ученые провели 14-суточную изоляцию, чтобы проверить работоспособность и безопасность систем в модулях НЭК для долгосрочного эксперимента, оценить возможность их ремонта при необходимости. Во время следующего этапа, продлившегося 105 суток, ученые исследовали особенности физиологической и психологической адаптации, изучали, как экипаж взаимодействует с центром управления, с учетом задержки в связи, проверяли оборудование и системы жизнедеятельности. Все это для подготовки к финальному этапу ― 520-суточной изоляции.

По легенде эксперимента первые десять суток космический корабль покидал поле тяготения Земли, затем более 150 дней перемещался к Марсу, больше месяца двигался по спиральной траектории в поле тяготения Красной планеты. Почти месяц отводился на полет по марсианской орбите и спуск взлетно-посадочного модуля на поверхность. В этот период экипаж разделялся: трое участников переходили в отдельный модуль и закрывали люк, после чего три раза по двое выходили на «поверхность» Марса. Потом опять «стыковка», воссоединение экипажа и долгая дорога домой.

С 3 июня 2010 г. по 4 ноября 2011 г. участники провели множество экспериментов, связанных со здоровьем, физиологией, психологией, питанием, сном, работой наземной служб и разработкой систем жизнеобеспечения. Примерно в середине эксперимента в одной из моделированных нештатных ситуаций экипажу сообщили, что из-за перебоев полностью отключается связь с внешним миром. Для безопасности оставили только камеры наблюдения и системы экстренной связи. В течение недели экипаж самостоятельно и успешно принимал все решения, а ученые в итоге сделали выводы о психоэмоциональном состоянии участников.

SIRIUS ― четыре раза к Луне

Проект SIRIUS (Scientific International Research In Unique terrestrial Station ― Научное исследование в уникальном наземном комплексе), запущенный в 2017 г., стал логическим продолжением исследований. На этот раз в качестве цели экспедиции выбрали Луну. И в отличие от «марсианской» миссии, в которой участвовали только мужчины (за что организаторов позже пытались критиковать), экипаж каждого этапа был смешанным.

Как и прошлый проект, SIRIUS разбили на отдельные изоляции, срок которых увеличивался: 17 суток, 120, 240 и, наконец, год, который завершится совсем скоро. В модуль, имитирующий поверхность Луны, установили VR-систему и подвесы: так участникам, «высаживающимся» на поверхность спутника Земли, добавляют реализма. Кроме того, был установлен имитатор лунохода.

«Фактически в изоляционных экспериментах мы получаем статистический набор научных данных. Все экипажи проекта SIRIUS летят на Луну: экипаж летит на орбиту, проводит там некоторое время, а затем спускается на поверхность. На время внекорабельной деятельности открывается посадочный модуль. Внекорабельная деятельность проводится по особенному регламенту: это особые действия, к которым экипаж заранее готовится. Кроме того, эксперимент ― это большое международное взаимодействие. Фактически действия, которые мы отрабатываем на имитаторе лунной поверхности, будут применяться для того, чтобы обучать космонавтов, которые в результате полетят на Луну», ― рассказывала «Научной России» младший научный сотрудник отдела оперативного управления медицинским обеспечением космических полетов, участница проекта SIRIUS-21 Виктория Кириченко.

Экипаж эксперимента SIRIUS-23 должен выйти из изоляции совсем скоро ― в середине ноября. Если, конечно, не возникнет смоделированных нештатных ситуаций, требующих остаться в экспериментальном комплексе еще на неделю-другую.

О полученных результатах расскажем в наших следующих материалах, следите за новостями!