КАКОЙ КУРСАНТ НЕ ЛЮБИТ МЕЧТАТЬ О МАРСЕ ИЛИ ЧТО ТАКОЕ “ОЛИМПИЙСКИЕ ИГРЫ ВСЕЛЕНСКОГО МАСШТАБА”?
Современное техническое оснащение позволяет доставлять человека в условия, не приспособленные к жизни. Познав себя (конечно, пока далеко не совершенно), человек направил свои усилия на изучение возможности расширения границ своего существования в природе (авиационные полеты, пребывание под водой, космические полеты). Эта новая “колониальная” стратегия начала формировать совершенно иные науки, в том числе и медико-биологические, задачами которых являются уже не борьба с заболеваниями людей, а понимание тех нарушений, которые могут встретить человека в совершенно новых, эволюционно не предусмотренных, условиях внешней среды.
А действительно ли это эволюционно не предусмотрено? Выход человека в космос можно сопоставить в ходе эволюционной истории с периодом, когда человекоподобные приматы овладели прямохождением. Первые люди – австралопитеки – начали ходить на двух ногах при выпрямленном положении тела. Этот факт считают ключевым моментом в эволюции человека. Образно говоря, около 10-12 миллионов лет назад человек (точнее его предок) встал в полный рост и обратил свой взор к небу. И только в прошлом веке человек наконец-то “огляделся” и смог увидеть очертания своего “гнезда”.
А в веке нынешнем мы серьезно задумались над тем, что когда-нибудь человеку нужно будет покинуть свой первый дом, свое “гнездо”. Как написал французский ученый Лабейри: “Мир, вокруг которого можно облететь за 90 минут, уже никогда не будет для людей тем, чем он был для их предков”. Повторяемость и периодичность, заложенные в основе мироздания, как жизнь и смерть, как “плюс” и “минус” одного колебательного процесса, составляют эволюционный ход, заставляя человечество совершенствоваться и бороться за выживание в условиях неизбежных природных катастроф и освоение новых жизненных пространств и сред обитания. Экспансия человечества на другие планеты неизбежна, что требует разрешения многих как медико-биологических, так и инженерно-технических проблем и вопросов.
Занимаясь разработкой программ пилотируемых космических полетов, ученые пришли к выводу, что само понятие “невесомость” является относительным для биологического организма. Так, изучая развитие зародышей куриных яиц, отложенных на центрифуге при вращении с ускорением +2 G и экспонированных в этих условиях перегрузки в течение первых 24 часов, физиолог-экпериментатор A.H. Smith (1982 год) выявил увеличение смертности зародышей при последующей инкубации этих яиц при меньших величинах притяжения +1 G (т.е. в условиях уже нормальной Земной гравитации). Эти работы подтвердили разработанные ранее теории общей адаптации биологических организмов к различным условиям внешней среды с целью выживания. Русский ученый Николай Николаевич Сиротинин (1961 год), проводя фундаментальные работы в области сравнительной эволюционной физиологии, установил, что устойчивость различных животных к действию радиальных ускорений меняется: по мере подъема живых существ по эволюционной лестнице их устойчивость к ускорению падает.
При проводимых исследованиях в условиях гипергравитации, реакции животных разных классов сопоставлялись с учетом различий их массы тела, уровня развития нервной и эндокринной систем. Например, беспозвоночные животные (кишечнополостные, черви, моллюски, членистоногие) переносят в течение нескольких минут ускорение величиной 28000 G, а при действии ускорений величиной 2000 G в течение 1 часа гибнут лишь некоторые из этих не сложно организованных животных. Холоднокровные позвоночные (рыбы, тритоны, лягушки, змеи, ящерицы, черепахи) обладают значительно меньшей устойчивостью (резистентностью) к радиальному ускорению, чем беспозвоночные: они выдерживают ускорение величиной 2000 G в течение нескольких минут и 50 G в течение часа и более. У теплокровных животных резистентность к радиальному ускорению резко снижается. Птицы (воробьи, голуби) погибают при ускорении величиной около 50 G в течение нескольких минут. Представители различных видов млекопитающих по-разному переносят ускорение: одни - так же, как птицы, другие обладают еще меньшей устойчивостью. Как выяснилось, снижение общей резистентности по мере эволюционного усложнения животных является универсальной эволюционной закономерностью.
А каковы же возможности человека? В оценке влияния ускорений и перегрузок на организм пилота или космонавта принято выделять следующие направления вектора перегрузки относительно осей тела человека: +Gz “голова-таз”; -Gz “таз-голова”; +Gx “грудь-спина”; -Gx “спина-грудь”; +Gy “правый бок – левый бок”; -Gy “левый бок – правый бок”. Воздействие перегрузки в направлении “таз-голова” не свойственно условиям Земной гравитации, защитные механизмы организма человека при таком направлении перегрузок почти неэффективны. Поэтому переносимые их уровни в 1,5 раза меньше, чем “голова-таз” и в 2,5-3 раза меньше, чем “грудь-спина” или “спина-грудь”. Наблюдаются серьезные травмы позвоночника при перегрузках 11-12 G направления “голова-таз” (это происходит при катапультировании летчиков при аварийном покидании высокоманевренных самолетов-истребителей различных типов, при этом величина радиального ускорения может достигать 14-21 G).
Современные летчики-истребители за один обычный полет переносят перегрузки, обусловленные ускорением до 7 G со временем воздействия на пике максимальной величины до 2 секунд; а среднее время воздействия предельных перегрузок на организм летчика-истребителя обычно достигает 170 секунд за один полет.
Чем же объясняют столь низкую резистентность человеческого организма к гипергравитации, в сравнении с низшими классами эволюционной лестницы? Считают, что усложнение системы расширяет круг реакций и контактов организма с миром, однако эта, по выражению Клода Бернара, “свободная жизнь”, требует все более четкого поддержания жизненно важных функций. По мере подъема живых существ по эволюционной лестнице, параллельно со снижением резистентности увеличивается реактивность при внешних воздействиях, достигающая своего максимального выражения у млекопитающих, при этом увеличиваются физиологические возможности организма и, прежде всего, объем и разнообразие его контактов с внешней, окружающей нас, средой.
Но, несмотря на такую низкую резистентность к изменениям гравитационных условий, человек смог преодолеть силы ускорений. Незадолго до космической эпохи, в 1949 году, в своем научном труде “Естествознание и мозг” известный русский физиолог И.П. Павлов писал: “…вся жизнь от простейших до сложнейших организмов, включая, конечно, и человека, есть длинный ряд все усложняющихся до высочайшей степени уравновешиваний внешней среды. Придет время – пусть отдаленное, когда математический анализ, опираясь на естественнонаучный, охватит величественными формулами уравнений все эти уравновешивания, включая в них и самого себя”. Медико-биологические, физико-математические и инженерно-технические науки подняли человека в космос. Как отметил в 1983 году советский ученый И.Д. Лаптев: “В тяжелой борьбе с природой, пройдя через пороги немыслимых испытаний, человек выжил, вырос, обрел могущество, сравнимое с силами самой природы, раскрыл ее самые сокровенные тайны. Он не просто сегодня облетает свою планету за 90 минут. Он охватывает ее разумом мгновенно”.
Так будет ли со временем сформировано “поколение марсиан” из числа летчиков-космонавтов? Наверное, стремление человека к Марсу образно можно назвать “олимпийскими играми вселенского масштаба”. Ведь гора Олимп, самая высокая в Солнечной системе, находится именно на планете Марс. Эта планета для нас и близка и далека одновременно. Марс иногда называют “планетой ледяных туманов”. Суровость климата не единственное препятствие для заселения Марса. Однако, общие черты Земной и Марсианской атмосфер имеются, и определяются они близкими значениями силы Кориолиса (ускорений), наличием сезонного и суточного изменений метеорологических параметров, вызванных почти равным у планет наклонением оси к плоскости их обращения вокруг Солнца. Различия заключаются в отсутствии на Марсе океанов, совсем небольшом содержании водяного пара, гораздо меньшей протяженности и большей неустойчивости облачного покрова, преобладанием углекислого газа. Характерная особенность погоды на Марсе – пылевые бури, охватывающие всю атмосферу планеты – глобальные пылевые бури. Сухой Марсианский аэрозоль по весу на 60% состоит из оксида кремния (SiO2), так называемого кремнезема, который, например, в Земных условиях напоминает кусочки оплавленного стекла или белый песок (кварцевый). Считают, что небо над Марсом темно-фиолетовое, а в период пылевых бурь, когда солнечные лучи едва пробиваются, небо становится темно-красным. Сила ветра на Марсе достигает 100 км/ч.
Обнаруженные на Марсе структуры, напоминающие высохшие русла рек, позволили предположить возможность существования на этой планете в прошлом теплого и влажного климата. Обнаруженный слой озона на Марсе характеризуется нестабильностью и пространственной неоднородностью, в отличие от устойчивого Земного слоя озона, который защищает все живое на Земле от воздействия космической радиации. Специфической особенностью Марса являются динамичные полярные шапки, состоящие из твердой углекислоты (правда, предполагают, что в глубинах полярных шапок есть водяной лед). Сезонная изменчивость “углекислотных” полярных шапок вызывает изменения содержания углекислого газа в атмосфере Марса и обусловливает годовую изменчивость атмосферного давления у поверхности на 14%.
Зимой на Марсе температура достигает -120 С, а летом, даже на экваторе, температура поднимается всего только до +5 С. Ночью происходит быстрое охлаждение поверхности Марса. Ночью в летнее время поверхность Марса быстро остывает до -50 С (в экваториальных областях Марса наблюдаются такие же условия, как в нашей Антарктиде). Частицы ледяного тумана имеют радиус 2 мкм, толщина туманного слоя достигает 400 метров в высоту, туман образуется в 3 часа ночи по местному времени. Поверхность Марса подвержена сильному воздействию метеоритов. На Марсе существуют огромные горы и глубокие каньоны. Среднее атмосферное давление у поверхности близко к 6 гПа, т.е. очень близко к давлению в тройной точке воды (состоянию равновесного сосуществования трех фаз вещества, обычно твердой, жидкой и газообразной; точка одновременного сосуществования льда, воды и пара равна 0,01 С (273,16 К) при давлении 6,1 гПа (4,58 мм рт. ст.). Для сравнения - атмосферное давление на уровне моря на Земле составляет 1013, 25 гПа (760 мм рт. ст.). На Земле такое атмосферное давление – 6 гПа (или 4,5 мм рт. ст.) – характерно для высоты 30-40 км от поверхности планеты (зона стратосферы). Водяные облака в атмосфере Марса встречаются в районе вулканических гор у гряды Tharsis. Видны облака на высоте 4-6 км и к югу от экватора, вблизи Labyrinthus Noctis в Северном полушарии Марса. Облака, имеющие форму шлейфов, также появляются ранним утром в районе Ascraeus Mons (10 с.ш.) на высоте 25 км. На этой высоте температура слишком высока, чтобы конденсатом мог быть углекислый газ, поэтому считают, что это облака из ледяных кристаллов воды. В зимний период, когда содержание водяного пара очень мало и температура очень низкая, предполагают также существование на низком уровне облаков из углекислоты.
Вот основные сравнительные характеристики двух планет – Земли и Марса. Звездный период обращения Марса (вокруг своей оси) равен 1,88 Земного года. Среднее расстояние Земли от Солнца равно 150 миллионов км; среднее расстояние Марса от Солнца равно 228 миллионов км. При условии, что масса Земли равна условной 1, масса Марса равна 0,11. Экваториальный диаметр Земли равен 12756 км, экваториальный диаметр Марса равен 6800 км. Звездный период вращения Земли вокруг своей оси – 23 часа 56 минут 4 секунды, звездный период вращения Марса вокруг своей оси – 24 часа 37 минут 23 секунды. Наклон экватора Земли к плоскости своей орбиты: 23 27’; наклон экватора Марса к плоскости своей орбиты: 25. Сила тяжести на Марсе составляет 0,38G, т е. более чем в 2 раза меньше Земной силы притяжения.
В 1926 году великий русский философ В.И. Вернадский, основоположник русского космизма, писал: “Вес, размеры, количество потомства, быстрота его воспроизведения численно обусловлены размерами планеты и ее газовым веществом... Планета и организм неразрывно численно связаны”. В то время еще не было подробных данных о планете Марс, нашей ближайшей цели в Солнечной системе. Тем не менее, как проницательно сформулировал В.И. Вернадский по сути ту глобальную проблему, которую и предстоит решать будущим космонавтам. Что несет будущим поколениям планета Марс и как взаимоотношения с ней отразятся на “поколении марсиан”? Но в наши дни пока мы не задумываемся над такими проблемами как “космическая антропология”, а решаем такие вопросы, как тренировать у молодых людей – летчиков-космонавтов – антигравитационную физиологическую функцию, как повышать их резистентность (устойчивость) к факторам космического полета. Например, влияние климата Земли и ее геофизических условий на здоровье человека изучается учеными уже более 2000 лет, а нерешенных открытых вопросов осталось еще много. Стоит ли требовать от науки быстрых решений в гелиоцентрическом масштабе. Но не стоит и унывать по этому поводу. “Красна птица перьем, а человек ученьем” – говорит одна из известных русских пословиц.
Россия (СССР) является пионером в освоении космоса: первый полет человека в космос – Ю.А. Гагарин, 1961 г.; первый выход в открытый космос – А.А. Леонов, 1965 г.; первая доставка государственного вымпела (с изображением Государственного Герба СССР) на Луну – 1959 г. Лучшей в мире и уникальной считается и система подготовки летчиков-космонавтов в России. Приоритетное направление в подготовке будущих космонавтов – это, конечно, летная и специальная парашютная подготовки. Программа такой подготовки предусматривает полеты на самолетах истребительного типа, транспортных самолетах, вертолетах, самолетах “летающих лабораториях”, а, также, выполнение прыжков с парашютом. Сейчас для подготовки летчиков-космонавтов для работы на Международной Космической Станции тренировочные полеты выполняются на учебных истребительных самолетах Л-39, транспортных воздушных судах Ил-76МДК, Ту-154МЛК, Ту-134ЛК, Ту-134А.
Летчики-космонавты проходят подготовку по космической навигации и астрономии, океанологии, по исследованию природных ресурсов Земли. Специальная Летная Служба Российского Государственного Научно-Исследовательского Центра Подготовки Космонавтов имени Ю.А. Гагарина (“Звездного городка”) разрабатывает программы летной подготовки на различных типах самолетов – “Курсы летной подготовки космонавтов”, которые утверждаются в Военно-Воздушных Силах Министерства Обороны РФ. Существует Отдельный испытательный тренировочный авиационный полк особого назначения, который носит имя своего первого командира – летчика-испытателя Владимира Сергеевича Серегина. Проходили подготовку в этом полку и самые первые наши герои-космонавты. Летная подготовка важна для космонавтов. Так, к моменту окончательного зачисления в отряд космонавтов общий налет Ю.А. Гагарина составлял 230 часов, Г.С. Титова – 240 часов, А.А. Леонова – 250 часов. Молодым курсантам-летчикам, имеющим хорошее здоровье и выносливость, всегда открыта дорога для испытания своих сил при прохождении отбора в отряд космонавтов.
Готовясь к полету на Марс, молодые люди в целом выполняют три различных вида летных тренировок: 1/ поддержание и совершенствование профессиональных навыков в полетах на самолетах-истребителях; 2/ отработку навыков операторской деятельности на летающих лабораториях; 3/ отработку навыков операторской деятельности в условиях реальной невесомости во время выполнения фигуры “параболическая горка”. Тренируясь на учебно-боевых самолетах, молодые люди выполняют следующие программы: “Тренировка операторских навыков и психофизиологической устойчивости летчика-космонавта в обстановке, приближенной к условиям космического полета”; “Тренировка и совершенствование операторской деятельности в визуальном полете в простых метеорологических условиях”; “Тренировка и совершенствование операторской деятельности в полете по приборам в сложных метеорологических условиях”; “Тренировка по обнаружению, сближению и расхождению летательных аппаратов”.
На транспортных самолетах – летающих лабораториях – молодые люди проходят следующие этапы подготовки: поддержание навыков визуальной и приборной ориентации; совершенствование навыков применения оптико-визуальных систем в условиях динамики полета; закрепления навыков дешифрования наблюдаемых в полете наземных, морских и воздушных объектов с больших высот. На тренировках в транспортных самолетах с выполнением визуально-интсрументальных наблюдений используются специальные “астролюки”, предназначенные для наблюдения звезд в ночном полете и проведения астроизмерений. Летающие лаборатории также используются для испытаний объектов космической, ракетно-космической и авиационной техники, для проведения технических и научных экспериментов.
А что такое тренировочно-ознакомительные полеты с имитацией невесомости? Для выполнения фигуры “параболическая горка” в салоне самолета создается режим невесомости. Это кратковременное состояние, длящееся 15-20 секунд. Полеты разделяют на ознакомительные, с отработкой приема пищи и воды и с регистрацией физиологических параметров. Специально дорабатывается топливная и масляная системы транспортных самолетов для обеспечения их работы при отсутствии веса. Интересным представляется, как раньше определялось достижение условий невесомости – в кабине самолета был “индикатор” состояния невесомости, которым служил полый пластмассовый шарик, подвешенный к фонарю кабины. Раньше эксплуатировались такие воздушные суда, как Ту-104А и УТИ МиГ-15. В свое время Ту-104 хорошо послужил в выполнении подготовки молодежи отряда космонавтов – самолет позволял обеспечивать безопасные выполнения многократных знакопеременных перегрузок. В наши дни имитация невесомости осуществляется на отечественном, хорошо себя зарекомендовавшем, воздушном судне ИЛ-76МДК. Многократные параболические полеты входят в структуру трехэтапной подготовки: первоначальное обучение, совершенствование операторской деятельности и подготовка к выполнению программы конкретного космического полета. Летные тренировки в условиях имитации невесомости позволяют: привить первоначальные навыки ориентации тела и передвижения в условиях невесомости с использованием элементов фиксации; отработать навыки применения скафандра и спецснаряжения; отработать и совершенствовать навыки деятельности в условиях безопорного пространства; оценить методики эксплуатации оборудования; отработать взаимодействия в экипаже при выполнении операции по выходу в открытый космос; отработать действия при возникновении нештатных ситуаций.
Первоначальное обучение кандидатов в космонавты предусматривает прежде всего отработку навыков ориентации, передвижения и выполнения координированных действий, применения скафандра и снаряжения. На последующих этапах отрабатываются навыки перемещения, эксплуатации научно-исследовательской аппаратуры, транспортировки грузов внутри пилотируемого космического корабля, выполнения ремонтно-восстановительных работ, монтажных работ и профилактического обслуживания (молодыми людьми выполняется до 400 “параболических горок”). Таким образом, летчики-космонавты, будущие “марсиане”, готовясь в отряде космонавтов, осуществляют совершенно новый вид трудовой деятельности человека, которая предполагает необходимость учета таких факторов, как взаимодействие с окружающей средой, эффективность проявления творческих способностей в необычной среде обитания. И каждый из членов отряда, конечно, мечтает побывать на Марсе!
“Открылась бездна звезд полна; Звездам числа нет, бездне - дна” – великие и простые слова русского поэта и ученого М.В. Ломоносова (1752 год), который, как и многие русские мыслители, вложил огромный вклад в становление как русского космизма, так и формирования великой миссии России в освоении космоса. В чем же великая миссия России в формировании сознания людей в эпоху начала космической экспансии? Основные качества населения Российской территории, сформированные веками, способствуют созидательному объединению разных народов. Великий русский народ прежде всего любит свою землю, терпелив и надежен, защитит своих друзей и до конца будет защищаться от врагов. Недаром на протяжении веков Российское государство имело огромную территорию. Суровый климат (если рассматривать как социобиогеоциноз) воспитал в русском народе нравственные качества, если можно так сказать, “понимание сложности выживания человека на биологическом уровне”. Не случайностью является то, что в истории человечества именно Россия начала путь человечества в космос. Только России можно доверить этот путь. Должно быть некое “сито”, которое сможет “просеять” только здравые и созидательные намерения, предотвращая прорастание убийственных для человечества идей в космическом развитии (например, существующие иностранные теории о демонтаже Земли или стратегические военные инициативы формирования форпостов на орбите). Понимание ответственности за свой Земной дом, созидательное трудолюбие, направленное на выживание на биологическом уровне – это и есть русское понимание жизни. В этом есть и некий эволюционный биологический смысл – выживание биологического вида (человека) возможно только в определенной психологической, нравственной среде. Обеспечение пилотируемых космических полетов в настоящее время является лидирующей областью в стратегии геополитических интересов России.
В 1993 году был принят закон Российской Федерации “О космической деятельности”. 18.01.2001 г. были введены в действие “Основы государственной политики РФ в области космической деятельности” на 2001-2010 гг. Обеспечение Космических Полетов осуществляется при поддержке как Министерства Обороны (Военно-Воздушные Силы), так и Федерального Космического Агенства РФ. Главное Военное Медицинское Управление Министерства Обороны выступает инициатором проведения научно-исследовательских работ в космической медицине. В 1992 году в результате разработки оперативно-тактических основ использования возросших возможностей космоса в интересах обороны страны был образован новый род войск центрального подчинения – Военно-Космические Силы. 24 марта 2001 года в структуре Министерства Обороны были окончательно сформированы Космические Войска. И вскоре, по мере становления этого нового рода Российских Войск, первый военный космонавт этого нового рода Вооруженных Сил – Юрий Шаргин – принял участие в 10-й орбитальной экспедиции на Международной Космической Станции. Несмотря на направленность России на плодотворное партнерское международное сотрудничество в области пилотируемой космонавтики (так, опыт космонавтики России за последние два десятилетия включает совместные работы в космосе с такими стратегически значимыми государствами, как США, Великобритания, Франция, Германия, Италия, Индия и Китай, существует проблема возрастания “термосферных” (выше 90 км) угроз в ближайшем будущем, обеспечения сдерживания этих военных угроз и контроль космического пространства Вооруженными Силами РФ. Это обусловливает повышение необходимости участия военных структур в системе Обеспечения Космических Полетов. Сегодня Космические Войска включают: космодромы (1-й Государственный Испытательный Космодром Плесецк; космодром Байконур и космодром Свободный); Главный Испытательный Центр имени Г.С. Титова; Объединение Ракетно-Космической Обороны; три военных Высших учебных заведения (Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского, Санкт-Петербург; Московский военный институт радиоэлектроники Космических Войск; Пушкинский военный институт радиоэлектроники Космических Войск имени Е.Я. Савицкого).
Прошло много времени с того момента, когда на XVIII Международном Конгрессе по астронавтике в Белграде в 1957 году была утверждена дата запуска (4.10.1957 г.) 1-го в мире искусственного спутника Земли, как начало космической эры человечества. C 3.10.2002 г. “Об установлении Дня Космических Войск” этот день – 4 Октября – объявлен днем Космических Войск России. Мы, россияне, без ложной скромности можем говорить о том, что должны и обязаны занимать лидирующие позиции в освоении космоса. Эта великая миссия уже возложена на Россию. Это историческое продолжение созидательной миссии русского народа.