Есть два типа источников радиации, которые могут повлиять на астронавтов в марсианской миссии: солнечные вспышки и космические лучи.
Солнечные вспышки состоят из потоков протонов, вырывающихся из Солнца нерегулярно в непредсказуемые интервалы времени порядка раза в год. За несколько часов совершенно незащищенный астронавт может получить от одной солнечной вспышки дозу в сотни бэр, а этого, как мы уже знаем, достаточно, чтобы вызвать лучевую болезнь или даже смерть. Тем не менее частицы, составляющие солнечную вспышку, по отдельности могут нести энергию около одного миллиона электрон-вольт, и их нетрудно остановить умеренным слоем защиты. Например, если мы рассмотрим три крупнейшие в истории зарегистрированные солнечные вспышки, произошедшие в феврале 1956 года, ноябре 1960 года и августе 1972 года, мы обнаружим, что дозы, которые мог получить астронавт, защищенный только корпусом межпланетного космического корабля, как наш хаб (который вместе с обшивкой, мебелью, различными инженерными системами, оборудованием и другими объектами действует как защитный слой с поверхностной плотностью около 5 граммов на квадратный сантиметр массы, распределенной по его периферии, чтобы оградить обитателей), усреднились бы примерно до 38 бэр. А если бы астронавт ушел в кладовую хаба, которая одновременно является убежищем (поверхностная плотность экранирующей обшивки хаба «Марс Директ» составляет около 35 граммов на квадратный сантиметр, рис. 5.1), слой запасов уменьшил бы дозу приблизительно до 8 бэр [18, 19, 20]. Если бы астронавт сидел в хабе на Марсе во время вспышки, мощность которой была бы усредненной по сравнению с названными историческими случаями, он бы получил дозу около 10 бэр, если бы находился за пределами склада, или 3 бэр на складе. (Дозы радиации на поверхности Марса намного ниже, потому что атмосфера и поверхность планеты защищают от большей части излучения.)
|
|
|
Космические лучи несут различные дозы. Поскольку они состоят из частиц с энергиями до миллиардов электрон-вольт, для их остановки нужна обшивка толщиной в метры, то есть защититься от космических лучей во время межпланетного перелета практически невозможно. На Марсе, однако, сама планета поглощает все космические лучи, идущие снизу, а с помощью мешков с песком можно блокировать, по меньшей мере часть космических лучей, падающих на хаб сверху.
Рис. 5.1. Схема жилого модуля «Марс Директ». В случае солнечной вспышки кладовую можно использовать как убежище для экипажа
Кроме того, в отличие от солнечных вспышек, космические лучи не появляются в виде эпизодических потоков частиц. Скорее, они похожи на мелкий затяжной дождь из частиц. Астронавт, находящийся в хабе во время полета через межпланетное пространство, получит от космических лучей дозу, которая колеблется от 20 до 50 бэр в год, в зависимости от того, в какой части своего одиннадцатилетнего цикла активности находится Солнце. Самые большие дозы радиации от космических лучей поступают во время минимальной солнечной активности, тогда как во время так называемого солнечного максимума магнитное поле Солнца простирается далеко и фактически работает для всей Солнечной системы экраном против космических лучей из межзвездного пространства. Однако в среднем за год межпланетного полета можно получить от космических лучей дозу в 35 бэр. Если бы на Марсе экипаж не был защищен от них, доза составила бы около 9 бэр в год, в то время как под защитным навесом (мешки с песком на крыше хаба) она равнялась бы около 6 бэр в год. Поскольку на Марсе экипаж будет проводить основное, но не все время в хабе, среднее значение дозы от космических лучей в 7 бэр в год можно считать разумным для этого этапа миссии. Если объединить приведенные данные и рассчитать варианты для миссии в соединении и в противостоянии, предположив, что солнечные вспышки мощностью, равной среднему арифметическому мощностей трех сильнейших вспышек в истории, во время миссии происходят один раз в год, мы получим предсказанные дозы облучения, показанные в табл. 5.2.
|
|
|
|
|
|
Таблица 5.2. Дозы облучения, получаемые во время марсианских миссий
Как уже говорилось в предыдущей главе, для миссии «Марс Директ» выбрана траектория в соединении, оценочная доза радиации для всей длительности миссии в этом случае варьируется между 41 и 62 бэр, в зависимости от того, находится ли Солнце в минимуме или максимуме одиннадцатилетнего цикла активности. Таким образом, оценка в 50 бэр для миссии на Марс в оба конца реалистична и отражает среднее значение для условий минимума и максимума солнечной активности. Мы также можем видеть, что в худшем случае ожидаемая доза от солнечных вспышек для миссии «Марс Директ» составляет около 5 бэр, что намного ниже порогового значения разовой дозы в 75 бэр, вызывающего лучевую болезнь.
Глядя на табл. 5.2, обратите внимание, насколько смешны аргументы в пользу миссии в противостоянии с точки зрения уменьшения дозы радиации. При значительно большей массе и стоимости и намного более низкой научной ценности миссии (из-за ограниченного времени пребывания на Марсе) полная доза радиации, которая будет получена при миссии в противостоянии, больше, чем для миссии в соединении, а ожидаемая разовая доза от солнечных вспышек на 75 % выше. Но в принципе хронические дозы, которые можно получить на любой из этих траекторий, предсказуемы, и ими можно пренебречь по сравнению со всеми другими рисками пилотируемых космических полетов. Единственная реальная опасность, связанная с радиацией, – это возможность солнечной вспышки с чудовищной разовой дозой, которая намного превышает все, что было измерено за последние пятьдесят лет. Вероятность этого намного выше для миссии в противостоянии из-за близкого прохода мимо Солнца. То есть аргумент об опасности радиации несостоятелен, и миссия в противостоянии не лучше выбранной для программы «Марс Директ» миссии в соединении или даже использования траектории минимальных энергозатрат. Как раз наоборот, с точки зрения радиационной опасности траектория в противостоянии – худший возможный выбор.
|
|
|
Кстати, вопреки страшным байкам, которые рассказывают люди, желающие получить большие средства на исследования в области радиационной защиты, в дозах облучения от космических лучей нет ничего экстраординарного по сравнению с другими типами радиационных доз. Космические лучи несут около половины дозы радиации, которую люди, живущие примерно на уровне моря на Земле, получают на протяжении всей жизни, а тем, кто живет или работает на большой высоте, достается больше. Например, пилот трансатлантической авиакомпании, выполняющий по одному рейсу пять дней в неделю, будет получать дозу около 1 бэр в год из-за космических лучей. За двадцатипятилетюю летную карьеру он получит более половины от общей дозы радиации из-за космических лучей, которую получили бы члены экипажа миссии на Марс длиной в два с половиной года. На самом деле, из-за того что дозы радиации от космических лучей на НОО Земли ровно в два раза меньше, чем аналогичные дозы в межпланетном пространстве, с десяток астронавтов и космонавтов (Вальц, Фоул, Крикалев, Соловьев, Поляков, Авдеев и несколько других), участвовавших в полетах на «Мир» или МКС, уже получили дозы радиации примерно вдвое больше, чем те, которые угрожают членам экипажа пилотируемой миссии на Марс, и ни один из них не испытал из-за этого проблем со здоровьем.
Итак, еще раз повторюсь, используя только химические двигатели, а не гиперпространственный двигатель, мы можем отправить к Марсу и вернуть домой экипаж, причем полученные им дозы облучения будут ограничены примерно 50 бэрами. Хотя такие дозы не рекомендуются обычным людям, они представляют собой лишь малую долю от общего риска не только для космических путешествий, но и для таких популярных видов отдыха, как альпинизм, скалолазание или виндсерфинг. Радиационные опасности нельзя считать непреодолимым препятствием для пилотируемых миссий на Марс.
Невесомость
Еще один дракон, которого мы встречаем на пути к Марсу, – это угроза невесомости. Говорят, что длительное воздействие невесомости на организм человека грозит ему серьезным истощением мышц и костной ткани и поэтому, прежде чем отправить астронавтов на Марс, мы должны изучить долгосрочное воздействие невесомости на людей на борту Международной космической станции. На эту программу потребуется несколько десятилетий, многие миллиарды долларов на «научные исследования жизни в условиях микрогравитации» и два-три десятка человек, готовых пожертвовать своим здоровьем ради «научных исследований».
Я считаю этот аргумент странным. Безусловно, верно, что длительное пребывание в невесомости вызовет истощение сердечнососудистой системы, вымывание кальция и солей из костей и общее ухудшение мышечного тонуса из-за отсутствия физических упражнений. Невесомость также угнетает некоторые реакции иммунной системы организма. Эти эффекты хорошо задокументированы не только по опыту американских астронавтов станции «Скайлэб», которые проводили на орбите до трех месяцев, и экипажей Международной космической станции, где стандартная вахта длится шесть месяцев, но и советских космонавтов – некоторые из них провели в невесомости на орбитальной станции «Мир» почти восемнадцать месяцев, что почти в три раза больше продолжительности пути по маршруту Земля – Марс или обратно в миссии «Марс Директ». Во всех этих случаях происходит почти полное восстановление мускулатуры и иммунной системы при возвращении на Землю и привыкании к земной силе тяжести. Минеральный баланс костей нормализуется довольно быстро, но восстановление костей до предполетного состояния, по-видимому, очень длительный процесс. В Советском Союзе экспериментировали с различными способами противодействовать невесомости, включая интенсивные упражнения, медицинские препараты и эластичные костюмы «Пингвин», которые заставляют космонавта прилагать значительные физические усилия для обычных движений. Как и следовало ожидать, программы интенсивных (три часа в день) упражнений доказали свою эффективность в поддержании общего мышечного тонуса и в некоторой степени в поддержании хорошего состояния сердечнососудистой системы. Однако все опробованные на данный момент меры показали малую эффективность в замедлении деминерализации костей. Следует понимать, что, хотя все эти последствия ощутимы и, безусловно, нежелательны, они не слишком катастрофичны; они никоим образом не помешали астронавтам или космонавтам удовлетворительно выполнять свои обязанности, находясь на орбите, и даже после самых долгих полетов члены экипажа успевали прийти в себя и в основном вернуться к обычной жизни за 48 часов после посадки. Например, через неделю после посадки члены экипажа 84-дневной миссии на станции «Скайлэб-3» смогли играть в теннис. Время восстановления после шестимесячного полета на Марс должно быть меньше, потому что экипажу придется после прибытия на Марс приспосабливаться к силе тяжести, составляющей только 0,38 g, вместо того чтобы испытывать шок от 1 g после входа в атмосферу Земли. Дело в том, что уже проведено очень много исследований в этой области, и мы знаем, каких последствий ждать. Поэтому мы можем задать резонный вопрос: а так ли необходимо, или даже этично, подвергать следующие экипажи астронавтов таким испытаниям исключительно ради более исчерпывающего исследования? Я думаю, что нет. На самом деле, учитывая то, что нам известно сегодня о воздействии невесомости на организм, я бы классифицировал предложенную программу как неэтичную и бесполезную, и я знаю многих астронавтов, которые согласны со мной. Просто бессмысленно подвергать десятки астронавтов большим «дозам» невесомости, чем в предполагаемом длительном полете на Марс, только чтобы «обеспечить безопасность» совсем небольшого экипажа миссии . Это примерно то же самое, что тренировать пилотов бомбардировщиков, заставляя их лететь под обстрелом зенитных орудий. Привыкнуть к последствиям длительного воздействия невесомости на здоровье астронавты могут непосредственно во время полета на Марс.
Но на самом деле совсем не нужно лететь на Марс в условиях невесомости. В космическом аппарате во время перелета можно создать искусственную гравитацию. Для этого нужно раскрутить корабль с использованием той же центробежной силы, что позволяет маленькому ребенку вращать ведро с водой, не проливая ни капли. Уравнение, описывающее этот эффект, может быть записано как:
F = 0,0011(W2)×R,
где F – центробежная сила в единицах g, W – скорость вращения в оборотах в минуту, a R – длина плеча в метрах. Я записал уравнение в такой форме, чтобы было видно, что для заданной силы с ростом W уменьшается R. Например, для получения нормальной марсианской силы тяжести (F = 0,38) при W = 1 обороту в минуту R = 345 метрам. Но при W = 2 оборотам в минуту R составляет 86 метров, если W = 4 оборотам в минуту, R = 22 метра, и если W = 6 оборотов в минуту, R составляет 10 метров. Таким образом, существуют два способа создания искусственной силы тяжести. Либо вращать корабль быстрее при малой длине плеча, либо медленнее – при большой длине плеча. Под «плечом» я подразумеваю расстояние между местонахождением экипажа и центром тяжести корабля, вокруг которого он вращается. Если космический аппарат будет цельной жесткой конструкцией, его можно будет легко раскрутить с помощью небольших ракетных двигателей, размещенных на каждом из его концов и выпускающих боковые струи в противоположных направлениях. Однако, если искусственная гравитация для такого корабля должна быть значительной, единственным жизнеспособным вариантом является быстрое вращение при коротком плече. В 1960-е годы НАСА провело эксперименты с участием людей на вращающихся конструкциях, и было обнаружено, что после некоторой первоначальной дезориентации люди могли приспособиться и жить и передвигаться по конструкциям, вращающимся со скоростью до 6 оборотов в минуту [21]. Системы искусственной гравитации, организованные по принципу быстрого вращения и короткого плеча, легче всего разработать и реализовать с инженерной точки зрения, но они также имеют некоторые недостатки. Например, если R составляет 10 метров, то у человека ростом в 2 метра, стоящего в таком гравитационном поле, голова будет находиться на R = 8 метров и испытывать только 80 % силы тяжести, которую испытывают ноги. Эта большая разница будет ощутимой и может привести в замешательство, по крайней мере поначалу. С другой стороны, если длина плеча составляет 100 метров, то голова двухметрового человека будет испытывать 98 % той силы тяжести, которую испытывают ноги, и, вероятно, такая разница окажется неощутимой. К тому же, если бы член экипажа попытался быстро пройти по прямой линии, он бы испытал действие силы Кориолиса, поскольку корабль (вместе с полом, по которому идет астронавт) не только двигался бы, но и быстро изменял направление. И еще раз повторю, при 6 оборотах в минуту этот эффект весьма заметен, но при 2 оборотах в минуту он незначителен. Таким образом, если вы хотите чувствовать себя в искусственном поле тяжести так же, как на Земле (это желательно, но не обязательно – моряки достаточно хорошо адаптируются к очень неустойчивым условиям с силой тяжести и силой Кориолиса во время качки на море), лучше всего использовать медленное вращение и длинное плечо. Такое длинное плечо можно получить, разделив корабль на несколько частей, которые соединены друг с другом на большом расстоянии (от сотен до тысяч метров) с использованием кабелей или тросов.
Хотя по сути своей идея отличная, в прошлом к таким системам искусственной гравитации с тросом, как правило, относились с неодобрением, потому что для традиционных космических аппаратов наподобие звездного крейсера «Галактика» единственной достаточно массивной частью, способной служить противовесом для одной из функциональных частей корабля могла стать только другая его функциональная часть. Иначе говоря, если вы хотите обеспечить искусственную силу тяжести в обитаемом модуле экипажа на одном конце троса, вам, вероятно, придется разделить корабль пополам и поместить большую часть топливных баков на другом конце троса. Такая конфигурация хорошо работает на бумаге, но на практике станет для миссии началом конца. Если трос запутается, когда вы будете его сматывать, значительная часть критически важных для миссии средств, таких как запас топлива на обратную дорогу, окажется недоступна, и, как следствие, миссия потерпит неудачу. В плане «Марс Директ» с этим проблем не будет. Поскольку экипаж летит на Марс в относительно легком жилом модуле, а не на межпланетном крейсере, космический корабль несложно уравновесить с помощью отработавшей верхней ступени ракеты, которая отправит экипаж на Марс, расположенной на противоположном конце троса (рис. 5.2). Эта часть корабля не является критически важной для миссии – она уже отслужила свое, и ее не придется возвращать на корабль. Похожую схему с тросом можно задействовать и во время полета домой, используя отработавшую верхнюю ступень ВЗА и кабину ВЗА. Таким образом, за исключением небольших промежутков времени непосредственно перед выходом на траекторию к Марсу и к Земле, непосредственно перед входом в атмосферу Земли и Марса и сразу после проведения маневра аэродинамического торможения в атмосфере Марса экипаж пилотируемой марсианской миссии не будет подвергаться воздействию невесомости.
Рис. 5.2. Система искусственной гравитации с использованием троса требует наличия двух объектов, кружащихся вокруг общего центра тяжести. В миссии «Марс Директ» хаб (справа) уравновешивается отработавшей верхней ступенью (слева)
Используемый трос должен состоять из множества переплетенных крупных волокон, которые обеспечат ему прочность, даже если отдельные будут порваны в нескольких местах микрометеоритами или другим космическим мусором. Такие безотказные тросы были разработаны и продемонстрированы аэрокосмическими инженерами Робертом Форвардом и Бобом Хойтом. Трос также не следует использовать в качестве провода для передачи большого количества электроэнергии. В неудачной спутниковой миссии с тросом, запущенной шаттлом в феврале 1996 года, скачок напряжения в многокиловаттной системе энергоснабжения, совмещенной с тросом, привел к тому, что трос расплавился и оборвался.
Меня спрашивали, как на вращающемся космическом аппарате будут выполняться необходимые маневры, такие как корректировка ΔV примерно на 20 м/с, которые, как правило, приходится проводить в межпланетных полетах. На самом деле это не так уж трудно. Маневры на вращающихся космических аппаратах проводили и раньше. Орбитальный модуль и зонд миссии «Пионер Венера» вращались, и при этом нужно было точно выполнять команды по ориентированию на Венере. Они работали с использованием повторяющихся синхронизированных включений двигателей, что позволяло создать нужную ΔV в любом необходимом направлении.
Связка из корабля, троса и противовеса в миссии «Марс Директ» будет работать сходным образом. Например, если вы хотите создать ΔV в любом направлении, которое находится в плоскости вращения корабля, вы постоянно включаете подруливающий двигатель вдоль линии троса, пока трос не будет указывать в нужную сторону. Поскольку трос тугой, струи двигателей, которые толкают жилой модуль к верхней ступени, работают на уменьшение натяжения. Пока толчок двигателя меньше центробежной силы, трос остается тугим – вот так все просто. Поскольку система трос – корабль вращается в фиксированной плоскости, маневры в ней выполняются за счет длительности включения подруливающих двигателей. И наоборот, маневры для выхода из плоскости вращения осуществляются при непрерывной работе двигателей и очень малой тяге в плоскости, перпендикулярной плоскости вращения корабля.
У пилотируемого корабля, летящего к Марсу, будет достаточно энергии (по крайней мере несколько киловатт) для эффективного голосового общения и обмена данными о телеметрии с Землей с использованием всенаправленной антенны. Хотя высокочувствительная антенна будет активно отслеживать положение Земли, пока корабль вращается, для высокоскоростной передачи видеосигнала, это не критически важно для миссии. Если в плоскости вращения связка всегда обращена к Солнцу, то положение солнечных батарей контролировать не требуется. Также можно прикрепить к жилому модулю современные навигационные сканирующие датчики, которые способны отлично работать на скоростях вращения значительно выше даже шести оборотов в минуту. Иными словами, ни один из этих инструментов не требует для успешной работы на космическом аппарате с тросом существования платформы, компенсирующей вращение аппарата.
Коротко говоря, мы вполне можем создать искусственную гравитацию на космических аппаратах «Марс Директ» и тем самым одолеть дракона-невесомость . Несколько лет назад на конференции я поговорил с чиновником из НАСА, выступавшим за то чтобы до отправки людей на Марс провести многолетние исследования того воздействия, которое оказывает невесомость на здоровье. Я спросил: «Почему бы просто не использовать искусственную силу тяжести?» «Мы не можем этого сделать, – сказал он, – все наши данные собираются для условий невесомости». Улавливаете?
Человеческий фактор
Один из наиболее причудливых драконов, оккупировавших карту Марса, носит имя «Проблемы человеческого фактора». Существует мнение, что психологические проблемы, связанные с пилотируемым полетом на Марс (и возвращением на Землю), уникальны и, вероятно, крайне значимы. Сторонники этого мнения требуют, чтобы для миссии использовали либо очень быстрые корабли, чтобы сократить время в пути туда и обратно до нескольких недель, либо очень большие и роскошные корабли, которые могут обеспечить большому экипажу комфортные условия (в том числе психологические). Активисты заявляют, что экипаж, безусловно, сойдет с ума, если не приблизить быт астронавтов к жизни в американском пригороде. К сожалению, поскольку ни сверхбыстрых космических челноков, ни межпланетных круизных лайнеров не существует, эти заинтересованные граждане рекомендуют отложить все марсианские миссии до тех пор, пока не появятся значительные суммы денег, чтобы потратить их на психологические исследования для решения «проблемы человеческого фактора». (И снова мы слышим знакомую песню: «Ах, вы не можете лететь на Марс, пока не дадите нам денег…»)
Давайте рассмотрим этот аргумент. В варианте пилотируемой миссии на Марс, который мы предлагаем, экипаж из четырех человек проведет шесть месяцев в пути на Марс в стенах двухэтажного хаба, в котором будут отдельные помещения для каждого члена экипажа, а также несколько общественных помещений (ради смены впечатлений предусмотрена возможность выхода в открытый космос, особенно если миссия будет проходить в невесомости, но сейчас мы обойдем этот вопрос). Общая площадь этажа составляет около 101 квадратного метра (1083 квадратных фута), почти как небольшая по американским стандартам квартира на четверых, но довольно просторная по сравнению с жильем, доступным жителю Токио со средним уровнем дохода. После шестимесячного полета экипаж с хабом высадится на Марсе и проживет там полтора года. В течение этого времени у астронавтов появится дополнительное жилье в виде ВЗА, который уже будет ждать их на Марсе, а также герметизированный ровер. Более того, в течение длительного пребывания на поверхности экипаж будет сильно занят за пределами жилого модуля, проводя различные полевые исследования. Наконец, во время последних шести месяцев пути экипаж будет находиться в кабине ВЗА, которая примерно вдвое меньше хаба. В течение всей миссии обычные телефонные разговоры с людьми на Земле будут невозможны из-за задержки передачи радиосигнала. Поэтому их предлагается заменить голосовыми, видео– и текстовыми сообщения с задержкой ответа в диапазоне от нескольких секунд до сорока минут.
Действительно, все это – тяжелые психологические испытания, с которыми большинство обывателей в повседневной жизни не сталкивается. Но давайте сравним это с теми стрессами, которые многие обычные люди пережили в прошлом.
Космические психологи много говорят о возможной травме, вызванной тем, что участники экипажа миссии на Марс «будут вдали от дома в течение трех лет». Мой отец и мои дяди, как и несколько миллионов других солдат, были «вдали от дома в течение трех лет» во время Второй мировой войны в значительно более жестких условиях, чем те, с которыми столкнутся астронавты первой марсианской миссии (в окопах прибрежного плацдарма Анцио людям приходилось несравнимо тяжелее, чем в обитаемом модуле на поверхности Марса). В дополнение к постоянной угрозе смерти от рук противника солдаты на линии фронта должны были переносить тяжелый труд, нехватку средств, холод, жару, укусы насекомых, болезни, педикулез, плохое питание и сон на холодной влажной земле под снегом или дождем, иногда в течение нескольких месяцев подряд. Кроме того, солдатам срочной службы приходилось терпеть постоянные жестокие издевательства со стороны офицеров, зачастую уверенных, что звание делает их высшими существами. Астронавтам первой экспедиции на Марс придется нелегко, но их жизни не будут угрожать военные машины и целые армии вооруженных людей.
Марсианский экипаж никто не станет изнурять тяжелым физическим трудом. Забот с насекомыми и болезнями не предвидится. Астронавты будут полноценно питаться и спать в сухой одежде и теплых постелях. В течение межпланетных перелетов они могут поскучать некоторые время, что и у солдат бывает, но эти часы им скрасят имеющиеся на борту огромные запасы книг, игр, письменных принадлежностей и материалов для различных хобби и развлечений. Кроме того, все члены экипажа будут знать, что по возвращении на Землю их счастливая судьба предрешена. По сравнению с постоянно угнетенными солдатами астронавты, возвращающиеся с Марса на Землю, будут испытывать эмоциональный подъем, зная, что они избранные, что миллионы людей на Земле будут чествовать их как героев, а это сложно переоценить. Во время Второй мировой войны стандартным способом общения с близкими для солдат была полевая почта гибридного типа,[21] ждать ответа приходилось до нескольких недель. Вряд ли с этим сравнится задержка до 40 минут, которую придется вытерпеть астронавтам, чтобы получить от близких ответную реплику.
Я хочу донести до вас вот что: если отстраниться от современного американского стиля жизни и взглянуть на историю человечества, везде можно увидеть случайных людей – солдат на линии фронта, скитающихся беженцев, заключенных, подводников, путешественников, охотников, моряков торгового флота прошлых веков – всех, кому пришлось столкнуться с длительной изоляцией, лишениями и психологическим стрессом, значительно превышающим то, что предстоит вынести астронавтам, отобранным в экипаж пилотируемой миссии на Марс. Люди выносливы. Нам приходится быть такими. Мы выжили после соседства с саблезубыми тиграми и ледниками, пережили тиранические империи и нашествия варваров, ужасный голод и опустошительные эпидемии. Всего не перечислить, но у вас есть предки, которые столкнулись с чем-то подобным и преодолели это. Нельзя отказывать в подобной стойкости отобранным и высококвалифицированным астронавтам первых пилотируемых миссий на Марс.
Человеческая психика не станет слабым звеном для пилотируемого полета на Марс. Наоборот, она, вероятно, окажется самым крепким.
Пылевые бури
Четвертый дракон, марсианская пылевая буря, самый старый из всех и уже потерял несколько зубов, особенно после того как выяснилось, что у ученых, изучающих атмосферу Марса, главных потенциальных приобретателей выгоды, нет коммерческой жилки, в отличие у других критиков миссий. Но некоторые по-прежнему его боятся. Более того, поскольку именно этот дракон является скорее преувеличением, чем иллюзией, стоит о нем поговорить.
О мощных пылевых бурях на Марсе впервые заподозрили благодаря телескопическим наблюдениям XIX века, и автоматизированные исследовательские космические программы, проводимые в Соединенных Штатах и Советском Союзе с 1960-х годов, подтвердили эту гипотезу. Орбита Марса вытянута. Во время лета в южном полушарии планета на 9 % ближе к Солнцу, чем в среднем за год, а во время зимы в южном полушарии, соответственно, на 9 % дальше от Солнца, чем в среднем за год. Такое сочетание ожидаемого летнего нагрева с дополнительным теплом, получаемым из-за сезонной близости к Солнцу, приводит к тому, что южное полушарие Марса подвержено экстремальным сезонным колебаниям температуры (а в северном полушарии, где все в противофазе, сезоны более умеренные). Во время сверххолодной южной зимы диоксид углерода из атмосферы в больших количествах осаждается на южной полярной шапке (которая состоит из водяного льда, покрытого слоем сухого льда) и поглощается антарктическим реголитом. Этот дополнительный слой замороженного и адсорбированного диоксида углерода затем вырывается обратно в атмосферу, когда в начале южного лета происходит сильный нагрев южных полярных областей. Это внезапное увеличение количества углекислого газа в атмосфере планеты настолько значительно, что атмосферное давление поднимается примерно на 12 % за несколько месяцев (годичное сезонное изменение давления почти в два раза больше), вызывая сильные ветра, которые подхватывают и переносят значительное количество пыли. Поэтому пылевые бури возникают в начале южного лета недалеко от южного полюса, а затем распространяются на север, иногда так далеко, что охватывают всю планету . Скорость ветра во время бурь достигает значения между 50 и 100 километров в час. Бури, которые повторяются периодически все южное лето, постепенно прекращаются с приходом южной осени. Как и в случае с погодой на Земле, тут действует фактор случайности: в некоторые годы бурь практически не бывает, а в другие они охватывают всю планету практически все южное лето. Однако в общем ясная погода в северном полушарии наступает весной, летом и осенью.
Вот и весь рассказ, и он устрашает. Действительно, в ноябре 1971 года, когда орбитальный аппарат США «Маринер-9» и советские зонды «Марс-2» и «Марс-3» достигли Марса, на нем бушевала глобальная пылевая буря. Четыре месяца поверхность планеты была полностью недоступна из-за пыли, и «Маринер-9» ничего не видел. Миссии «Маринер-9» это почти не повредило – аппарат просто ждал на орбите, когда погода наладится, и затем без затруднений приступил к фотографированию планеты. А вот советские спускаемые аппараты ждала другая судьба. Они были заранее запрограммированы на высадку рядом с 45° южной широты, туда они и направились, спускаясь на парашютах прямо в сердце водоворота. Оба были уничтожены.
Хотя спуск с парашютом в марсианскую пылевую бурю – явно плохая идея, все сильно меняется, если к началу пылевой бури вы уже будете на поверхности Марса. Толщина марсианской атмосферы составляет около 1 % от толщины земной атмосферы,[22] и, следовательно, динамическое давление, создаваемое марсианским ветром при скорости 100 километров в час, эквивалентно скорости ветра 10 километров в час (6 узлов) на Земле. Спускаемые аппараты миссий «Викинг-1» и «Викинг-2», а также роверы «Спирит» и «Оппортьюнити» долгие годы работали на поверхности (расчетный срок их жизни составлял 90 дней), и все они перенесли множество пылевых бурь за время своей работы. Несмотря на это никакого ущерба «Викингам», или роверам, или любому из их инструментов бури не нанесли. Кроме того, хотя пылевая буря ухудшает видимость поверхности с орбиты, локальная видимость на поверхности ухудшается незначительно. Пыль действительно уменьшает уровень освещенности, примерно как облака в пасмурный день на Земле, но для наблюдателя на поверхности Марса окружающая местность остается хорошо видна. Если речь идет о постройках, оснащенных солнечными батареями, снижение уровня освещенности из-за пылевых бурь может вызвать некоторые проблемы. Но, поскольку фотоэлектрические панели способны преобразовывать в электричество даже рассеянный пылью свет (непосредственное попадание солнечного света на панели не обязательно), потери энергии будут не очень значительными. Можно ожидать, что во время типичной сильной пылевой бури солнечные батареи будут вырабатывать примерно на 50 % меньше энергии. Таким образом, при условии что система питания обеспечивает достаточную мощность для минимального функционирования системы жизнеобеспечения на то время, пока длится буря, все должно быть в порядке. Конечно, если основную часть энергии производит либо ядерный реактор, либо радиоизотопный генератор или если большой запас энергии доступен в виде химического топлива, произведенного на Марсе (которое можно сжечь в двигателе внутреннего сгорания, чтобы включить генератор), эта проблема становится неактуальной.
Некоторые специалисты высказывали обеспокоенность тем, что пыль, поднятая во время бури, может осесть на солнечных батареях или других оптических поверхностях, таких как окна или инструменты. С этой проблем не столкнулись ни автоматические роверы, ни миссия «Викинг». Действительно, солнечные батареи «Спирита» и «Оппортьюнити» многократно очищались сильными ветрами. По-видимому, общее количество пыли, поднимаемой бурями, невелико. Для пилотируемой марсианской миссии это, конечно, не будет большой проблемой. Если солнечная панель покрылась пылью, есть простое решение: нужно послать на улицу кого-то с метлой!
Подводя итог, скажу, что пылевые бури представляют опасность только для легких объектов, которые подвержены действию аэродинамических сил (из-за большой парусности): например, воздушных шаров или спускаемых модулей с тормозными парашютами. Если посадочный модуль не использует парашют для посадки (его могут заменить высотные буйки), а спускаемому модулю «Марс Директ» парашют как раз не нужен, он пройдет через пылевую бурю так же легко, как самолет пролетает через облако. Конечно, большинство пилотов предпочло бы высаживаться на Марс в условиях полной видимости, и именно поэтому миссия «Марс Директ» предусматривает тормозной захват космического аппарата для его вывода на орбиту Марса перед посадкой. Если по прибытии хаба погода на месте посадки будет плохой, экипаж просто может дождаться окончания бури на орбите, как сделал «Маринер-9». Однако оказывается, что с 2016 до 2025 года траектории Земля – Марс для каждого года запуска могут быть выбраны так, чтобы корабли прибыли на Марс в течение сезона ясной погоды.
Пылевые бури не помешают нам добраться до Марса.
Обратное загрязнение
Последний из пяти драконов, паразитирующих на картах возможных исследователей Марса, – даже не иллюзия, а скорее, галлюцинация. Это предполагаемая угроза обратного загрязнения.
Суть вот в чем: ни один из земных организмов никогда не взаимодействовал с марсианскими организмами, и поэтому у нас нет иммунитета к заболеваниям, вызываемым марсианскими патогенами. Пока мы не будем уверены, что на Марсе нет вредных болезней, мы не имеем права рисковать здоровьем экипажа. Вдруг он заразится какой-нибудь болезнью, способной его убить, а то и уничтожить после возвращения на Землю не только человечество, но и всю земную биосферу.
Приведенный выше аргумент можно мягко назвать полным бредом. Ведь если на Марсе есть или когда-либо были организмы, то Земля уже взаимодействовала и продолжает взаимодействовать с ними. Причиной тому миллионы тонн вещества марсианской поверхности, которое за последние миллиарды лет откалывалось от поверхности Красной планеты при метеорных ударах, и значительное количество этого вещества побывало в космосе и попало на Землю. Мы знаем это наверняка, потому что ученые собрали почти 100 килограммов метеоритов определенного вида, называемых «SNC-метеориты» [22], и сравнили изотопный состав находок и марсианского грунта, который был проанализирован с помощью спускаемых аппаратов «Викинг». Отношение количества разных изотопов одного и того же элемента (например, азота-15 к азоту-14), а также тот факт, что газ, содержащийся в метеоритах, совпадает по составу с марсианской атмосферой, представляют собой неопровержимые доказательства того, что эти породы возникли на Марсе. Хотя каждый SNC-метеорит должен путешествовать в космическом пространстве миллионы лет до прибытия в Землю, эксперты по исследованию метеоритов считают, что ни длительные странствия в глубоком вакууме, ни повреждения, связанные с начальным выбросом с Марса либо пролетом в атмосфере Земли, не способны стерилизовать эти объекты, если они изначально содержали бактериальные споры [23]. Действительно, химический анализ известного SNC-метеорита ALH84001 (см. Специальное дополнение) показал, что часть его вещества никогда не нагревалась выше 40 °C за все время межпланетного путешествия, и поэтому, если в нем когда-либо были бактерии, они легко бы пережили путешествие. Далее, на основании количества марсианского вещества, найденного на Земле, было подсчитано, что в год его на нашу планету падает около 500 килограммов. Поэтому, если вы боитесь марсианских микробов, лучше всего побыстрее покинуть Землю, потому что, когда начнется бомбардировка метеоритами, содержащими марсианскую жизнь, земным видам несдобровать. Но не паникуйте – метеориты не так опасны. На самом деле к сегодняшнему дню единственным известным существом, пострадавшим от марсианского обстрела, является собака, которая был убита одним из падающих камней в Нахле, Египет, в 1911 году . По статистике, вероятность того, что на голову пешехода выбросят мебель из окна верхнего этажа, гораздо выше.
Но главное, что жизнь на поверхности Марса почти наверняка отсутствует. Там нет (и не может быть) жидкой воды – средняя температура на поверхности и атмосферное давление не позволяют ей существовать. Кроме того, планета покрыта окисленной пылью и в придачу купается в ультрафиолетовом излучении. И пероксиды, и ультрафиолетовое излучение на Земле обычно используются после обеззараживания. Уж если жизнь и есть на Марсе сейчас, то она почти наверняка должна быть укрыта в месте с исключительными условиями, например в нагретом гидротермальном резервуаре под поверхностью.
Но могла бы такая жизнь, если она каким-то образом не была привезена астронавтами с Земли, оказаться вредоносной? Точно нет. Почему? Потому что вредоносные организмы подстраиваются под хозяев. Как и любые другие организмы, они приспособлены для жизни в определенной среде. В случае организмов, болезнетворных для человека, этой средой является внутренняя среда человеческого тела или организм близкородственного вида, например другого млекопитающего. Почти четыре миллиарда лет патогены, которые поражают современных людей, непрерывно состязались в гонке биологических вооружений с защитными механизмами, выработанными нашими предками. У организма, который не эволюционировал, для того чтобы пробить защиту нашей иммунной системы и выжить в зоне свободного огня, которую представляет собой наше тело, не будет шанса одолеть нас. Именно поэтому люди не подхватывают голландскую грибковую болезнь вязов, а деревья не болеют гриппом. С любым марсианским организмом мы будем находиться в куда более дальнем родстве, чем с вязами. На самом деле, нет никаких доказательств наличия макроскопической флоры и фауны на Марсе, и одновременно есть все основания полагать, что ее нет. Иными словами, без существования местных хозяев существование марсианских патогенов невозможно, и если бы даже эти хозяева были, огромные различия между ними и земными видами сделали бы идею эпидемии абсурдной. Столь же абсурдна идея, что независимые марсианские микробы появятся на Земле и начнут конкурировать с земными микроорганизмами в открытой среде. Микроорганизмы приспособлены к конкретным условиям. Думать, что марсианские организмы вытеснят земные виды на их родной территории (или земные виды подавят марсианские микробы на Марсе), так же глупо, как полагать, что акулы, перевезенные на равнины Африки, заменят львов в роли ведущих хищников местной экосистемы.
Может показаться, что я трачу слишком много времени на разъяснение очевидных вещей. Отчасти это результат похода на совещание НАСА по вопросам планирования автоматической миссии по доставке марсианского грунта. Один из присутствовавших всерьез предложил стерилизовать все марсианские образцы интенсивным нагревом перед доставкой на Землю, чтобы развеять предполагаемое общественное беспокойство. Образец марсианской жизни был бы величайшим сокровищем, которое мы могли бы (с ничтожной вероятностью) найти на Марсе. Тем не менее некоторые из участников совещания предусмотрительно уничтожили бы и его, и массу ценной минералогической информации вместе с ним. Предложение было настолько нелепо, что я спросил собравшихся ученых: «Если бы вы нашли жизнеспособное яйцо динозавра, вы бы сварили его?» Вопрос, конечно, не совсем неуместен. Динозавры – наши сравнительно близкие родственники, и у них тоже были заболевания. Но каждый раз, когда вы копаете землю, вы имеете дело с образцом наводненного болезнями прошлого Земли. Тем не менее ни палеонтологи, ни садоводы, как правило, не носят защитные костюмы.
Точно так же, как жизнеспособное яйцо динозавра, образец с живыми марсианскими организмами стал бы бесценной находкой, а не угрозой. Исследуя марсианскую жизнь, мы бы получили возможность изучить ее особенности и понять, что является общим для жизни как таковой. Мы получили бы фундаментальные знания о самой природе жизни. Такие базовые знания могли бы обеспечить основу для удивительных достижений в области генной инженерии, сельского хозяйства и медицины. Никто никогда не умрет от марсианской болезни, но, возможно, образец марсианской жизни помог бы нам найти лекарство от земных недугов, которые убивают тысячи людей.
Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 286; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!