Открытый космос — это не только интригующий объект исследования, но и опасное для живых существ место. Вместе с Роскосмосом ПостНаука решила рассказать, чем может навредить космос и что делают ученые и инженеры для борьбы с этими факторами.
В середине XX века ученые не знали наверняка, могут ли живые существа выжить в условиях космоса. Но благодаря полетам первопроходцев — сначала животных, а затем и людей — удалось доказать, что это возможно. Рекорд самого длительного пребывания в космосе принадлежит Валерию Полякову: он провел на станции «Мир» 438 суток.
Сегодня ученые продолжают обнаруживать новые факты о влиянии космоса на организм. К примеру, в 2018 году были опубликованы результаты исследования, согласно которому во время космического полета в организме происходят изменения процесса синтеза белков, которые исчезают после возвращения на Землю.
Тем не менее основные группы факторов, которые влияют на здоровье человека, известны уже давно — это нетипичные условия среды, динамика полета и психологические нагрузки. Но самую серьезную угрозу для космонавтов представляют невесомость и ионизирующее излучение, поскольку они действуют не в какой-то конкретный момент полета, а большую часть его времени.
В космосе на околосветовой скорости перемещаются разные частицы: ядра тяжелых элементов, ядра гелия, протоны, электроны. Потоки таких частиц получили название космического излучения. Оно наделено очень большой энергией, достигающей 3*1020 эВ. Основной источник космических лучей — взрывы сверхновых звезд. Существует также солнечное протонное излучение, которое резко усиливается из-за вспышек на Солнце приблизительно раз в 10 лет.
Невесомость — это состояние, которое возникает при удалении от области действия гравитационного поля Земли. Строго говоря, в межзвездном пространстве нет точки, где бы сила притяжения совсем отсутствовала, но при удалении от планет ее значения крайне малы: поэтому невесомость также называют микрогравитацией. Миллионы лет человеческое тело эволюционировало с учетом гравитации, поэтому без нее в организме запускается каскад процессов, задача которых адаптироваться к новым условиям среды обитания.
В отличие от земных условий в невесомости тело не имеет опоры, а потому выключаются мышцы, которые участвуют в поддержании позы. При этом во время длительных космических полетов часть мышечных волокон позных мышц — мышц спины, брюшного пресса, задней поверхности бедер, ягодичных и икроножных мышцы — без нагрузки начинает атрофироваться. Также микрогравитация начинает влиять на сердечно-сосудистую систему: в невесомости происходит перераспределение крови в направлении к голове, это и меняет параметры работы сердца и сосудов. Длительное пребывание в невесомости приводит к увеличению содержания кальция и фосфора в крови за счет уменьшения количества этих веществ в костных тканях.
Все космические корабли снабжаются пассивными средствами экранирования, однако их недостаточно для полной защиты от космического излучения: оно обладает очень большой энергией и может проходить через обшивку корабля. Именно поэтому экипаж всегда оснащают индивидуальными средствами защиты от радиации, а на космических станциях размещают радиационные убежища, в которых можно скрыться во время вспышек солнечной радиации. Проникающая способность космических лучей также требует постоянного дозиметрического контроля.
Не менее важную роль в защите от ионизирующего излучения играет правильный выбор маршрута и времени полета. Магнитное поле Земли действует не только непосредственно у ее поверхности, но и в прилегающем космическом пространстве. Поэтому движение по правильно рассчитанной траектории защищает космический транспорт от ионизирующего излучения.
Сегодня главный способ предотвращения негативного влияния микрогравитации — физические упражнения, которые направлены на имитацию воздействия гравитации и поддержание работоспособности организма. Так, специальная программа тренировок для космонавтов на МКС (ее еще называют программой профилактики) включает в себя бег на специальной дорожке и выполнение упражнений на велоэргометре, который позволяет также тренировать мышцы рук для внекорабельной деятельности. Космонавты пользуются специальными приспособлениями по уменьшению негативного влияния невесомости и тренировки ортостатической устойчивости. Такие вакуумные комплекты представляют собой герметичные мешки, которые за счет откачки воздуха производят отток крови к ногам. Существуют также и специальные костюмы, которые создают нагрузку на тело с помощью эластичного внешнего каркаса и имитируют воздействие гравитации.
Для полетов к соседним планетам нам потребуются новые технические средства. К примеру, для борьбы с микрогравитацией при длительных полетах можно обратиться к предложенной еще К. Э. Циолковским идее создания искусственной гравитации с помощью центробежной силы: если раскрутить отсек корабля в виде окружности, то предметы внутри начнут прижиматься к его поверхности. А ионизирующее излучение специалисты предлагают останавливать либо с помощью достаточно толстого слоя защищающей оболочки вокруг корабля, либо созданием искусственного электромагнитного поля, которое заменило бы космонавтам магнитное поле Земли.