РЕПРЕЗЕНТАТИВНЫЙ ПОДХОД К ПРОГНОЗИРОВАНИЮ ДЕЕСПОСОБНОСТИ ЭКИПАЖА ДЕСАНТНОЙ ЭКСПЕДИЦИИ НА ПОВЕРХНОСТИ МАРСА
© О.С.Цыганков
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Симпозиум
2011 г.
С начала третьего тысячелетия Марс становится приоритетным объектом исследований в ближнем космосе. Деятельность в этом направлении не ограничивается приборными исследованиями посредством автоматических ареаорбитальных и посадочных аппаратов, но воплощается в разработках концепций и аванпроектов пилотируемой экспедиции, а также в проведении наземных экспериментальных работ. Крупнейшим мероприятием этого направления в общемировом масштабе является российский эксперимент «Марс-500».
Цели и задачи, содержание и временная программа эксперимента «Марс-500» широко освещены в СМИ. В перечне задач, поставленных в эксперименте, особое место занимает участок программы, на котором проигрываются действия десантной группы экипажа на поверхности планеты.
Успех деятельности десанта на поверхности Марса определят следующие факторы:
– психо-физиологическое состояние космонавтов после перелёта;
– эксплуатационные характеристики скафандра;
– технико-эргономические свойства инструментов, аппаратуры и оборудования.
Как моделировались эти факторы в эксперименте «Марс-500»?
Для некоторого приближения организма испытателей к состоянию как после перелёта в условиях g≈0, члены десантной группы, снаряжённые во фрагменты противоперегрузочного костюма «Кентавр», в течение 3-х суток под наблюдением бортового врача находились во время сна в положении к горизонтали -15°. Скафандр «Орлан-Э», представленный на эксперимент разработчиком (НПП «Звезда»), был почти в 2 раза легче орбитального скафандра «Орлан». В эксперименте был использован комплект селенологических инструментов, созданный в конце 60-х — начале 70-х годов XX века для лунной программы Н1-Л3.
Из экипажа взлётно-посадочного модуля (ВПМ), состоящего из трёх человек, были сформированы следующие пары испытателей и график внекорабельной деятельности (ВКД):
А. Смоленский (РФ) – Д. Урбина (ESA) (14.02.2011; 22.02.2011);
А. Смоленский (РФ) – Ванг Юа (КНР) (18.02.2011).
Таким образом, приближение условий эксперимента к ожидаемым в реальности можно определить как полунатурное физическое моделирование ситуации с допущениями, приемлемыми для разработки гипотетического сценария первого выхода на поверхность Марса. Осуществлено 3 «выхода на поверхность». Испытателями были выполнены операции, соответствующие задаче взятия геологических проб на случай внезапного и срочного старта ВПМ.
Сценарий действий «на поверхности» содержал ещё один эпизод:
– имитация случайного падения испытателя на грунт;
– самостоятельный или с помощью товарища подъём на ноги.
Эпизод был с успехом неоднократно проигран, но, разумеется, при земном состоянии организма испытателей, не перенёсших тягот межпланетного перелёта.
Степень приближения к натурным условиям, осуществленная при ВКД в эксперименте «Марс-500», не является достаточной для прогностической оценки состояния экипажа, десантированного на поверхность планеты. Для подготовки десантной экспедиции на поверхность Марса ключевое значение приобретает проблема работоспособности космонавта после длительного пребывания в условиях невесомости в период межпланетного перелёта, в частности, хорошо известная в космической медицине проблема ортостатической неустойчивости. Сможет ли человек, без достаточного времени на реадаптацию к величине тяготения 0,38g, оставаться «homo erectus» («человек прямоходящий»), сохранять вертикальное положение тела, осуществлять продуктивную двигательную активность?
Реальным шагом в прогнозировании функциональных возможностей человека в заданных условиях может стать исследование на основе когнитивно-эмпирического подхода.
Когнитивным (познавательным) этот подход является в силу того, что новые знания продуцируются в процессе целевой деятельности субъекта, а эмпирическим — потому, что состояние субъекта формируется в условиях естественной микрогравитации. Два этапа исследований носят итеративный характер и проводятся в следующей последовательности:
1. Предварительный этап является отработочно-демонстрационным и оценочным в отношении валидности тестовых заданий испытателям. Моделирование ситуации перехода организма человека от g≈0 к марсианской гравитации осуществляется реализацией метода АНОГ (антиортостатической гипокинезии), после чего испытатель облачается в скафандр, обезвешивается до 0,38g и выполняет действия по программе исследований.
2. Основной этап, второе, более полное приближение к реальности — это участие в эксперименте космонавтов из состава экипажа российского сегмента Международной космической станции (РС МКС), после полугодового геоорбитального полёта. Возвращённые на Землю космонавты доставляются на базу испытаний, облачаются в скафандры, обезвешиваются до 0,38g и выполняют действия по программе исследований.
И на первом этапе, в процессе АНОГ, и, тем более, в полёте на МКС проводятся штатные мероприятия по предупреждению снижения гравитационной устойчивости организма и отрицательного влияния микровесомости на человека. Таким образом, объективные и субъективные оценки состояния испытателей на финише эксперимента являются одновременно и оценками действенности и достаточности средств и методов противостояния микровесомости, имеющихся в арсенале космической медицины.
Следующим шагом в решении проблемы обеспечения работоспособности марсонавтов станет выбор или разработка пути получения положительного результата. Основой решения мог бы стать опыт, наработанный за 50 лет пилотируемой космонавтики с учётом 437-суточного непрерывного геоорбитального полёта врача-космонавта В. Полякова. Если в результате предлагаемых экспериментов выяснится, что существующие методики не обеспечат приемлемого уровня работоспособности марсонавтов, в повестку дня встанут вопросы о создании и использовании дополнительных или новых медико-технических средств и технологий, в том числе искусственной силы тяжести, которая может быть получена вращением всего экспедиционного комплекса или отдельного модуля, а также применением центрифуги короткого радиуса.
В докладе рассмотрены вопросы безопасности марсонатов:
– при падениях с учётом характера поверхности в виде застывшей лавы типа obsidianus lapis («вулканическое стекло»);
– под воздействием ветровых нагрузок при скоростях набегающего потока углекислого газа 30 м/с и более на фоне ортостатической неустойчивости.
Представлен эксперимент по оценке ветровых нагрузок на фронтальную поверхность скафандра. Обсуждается проблема выбора и создания наземных полигонов для отработки действий на поверхности Марса.
Изложенными выше соображениями проблемы обеспечения деятельности человека на поверхности Марса далеко не исчерпываются, более того, они во множестве своём ещё не определены. Проведение исследований и разработок по теме ВКД на поверхности небесных тел, опережающих проектирование конкретного экспедиционного комплекса, не будет преждевременным и может стать вкладом России в международные проекты, в том числе, полёта на Марс.
Продолжение научно-исследовательских работ этого направления в настоящий период может стать, как представляется, продуктом не научно-инженерного, а управленческого и, как следствие, финансового решения. Прекращение или большой перерыв в исследованиях приведут к тому, что:
– интерпретация и использование результатов перекладываются на последующие поколения исследователей с потерей преемственности и информации;
– обязанность отвечать за непринятие решений о продолжении исследований перекладывается на последующие поколения чиновников.
И то и другое — контрпродуктивно.