НА ПУТИ К МАРСУ
Кандидат психологических наук Сергей КРИКАЛЁВ, летчик-космонавт СССР, начальник Научно-исследовательского испытательного центра подготовки космонавтов (НИИ ЦПК) им. Ю.А. Гагарина, доктор технических наук Борис КРЮЧКОВ, заместитель начальника НИИ ЦПК по научной работе, доктор технических наук Андрей КУРИЦЫН, начальник отдела НИИ ЦПК
В декабре 2012 г. Правительство РФ утвердило Государственную программу «Космическая деятельность России на 2013-2020 гг.». В числе важнейших ее составляющих — положения об использовании Международной космической станции для развития технологий полетов к планетам и телам Солнечной системы. Исследовать проблемы обеспечения эффективной деятельности человека в дальнем космосе призваны необычные эксперименты, проводимые в НИИ ЦПК им. Ю.А.Гагарина с участием экипажей МКС непосредственно после выполнения длительных полетов.
ЭТАП РАЗВИТИЯ ЗЕМНОЙ ЦИВИЛИЗАЦИИ
XXI в. будет, по всей вероятности, веком полета человека к Марсу. Хотя с учетом современного уровня техники и возможностей человека такая экспедиция пока представляется труднореализуемой. Отдельная грань проблемы — финансирование столь дорогостоящего проекта, требующего астрономических сумм. Скорее всего, его воплощение потребует международного сотрудничества, что позволит эффективнее интегрировать научно-технический потенциал
стран—партнеров. К настоящему времени сделаны значительные шаги по изучению Марса беспилотными средствами. Результаты их полетов с выводом на орбиты искусственных спутников, работа аппаратов на поверхности планеты подтверждают предположения о возможности экспедиции и с участием человека. Фактически некоторые страны уже ведут к ней подготовку, правда, пока еще не в рамках конкретного проекта, а в рамках опытно-конструкторских работ, создавая необходимые научно-технические заделы.
Структура и последовательность послеполетных экспериментов.
Снятие дополетных фоновых данных за 2 месяца до полета на МКС
Полет на борту МКС (5-6 мес)
Спуск на Землю Перелет в ЦПК (Т - сутки) г
РУС на планету (эксперимент 1) (Т+1 - сутки) —1Ш
ВКД на планете (эксперимент 2) (Т+4 - сутки)
Предлагаются различные концепции пилотируемого полета. В основном они отличаются структурными и компоновочными схемами межпланетного комплекса, обоснованием их надежности, вариантами энергодвигательных установок, выбором трасс и др. Начальная масса корабля (при старте с орбиты Земли) может достигать 1500 т. Только для его разгона потребуется около 850 т топлива. Изучаются варианты ракет для этих целей, схемы уменьшения стартовой массы за счет использования, например, двукратного аэродинамического торможения в атмосфере Красной планеты для выхода на околомарсианскую орбиту (проект Европейского космического агентства) и др.
Гораздо меньше внимания уделяется медико-биологическим и психологическим проблемам, с которыми человек неизбежно столкнется в таком сверх-
дальнем и сверхдлительном космическом полете. Часть из них изучалась на орбитальных станциях серий «Салют», «Мир», МКС, а также в специальных экспериментах по программе «Марс-500»*. Однако многие вопросы остаются пока без ответа.
Одна из важнейших проблем, подлежащих изучению, — оценка работоспособности и возможности экипажа выполнять сложную операторскую деятельность как в течение длительного перелета к Марсу, так и на его поверхности. Особую остроту она приобретает в связи с высокой автономностью полета. Оперативная радиосвязь с наземным центром управления окажется невозможной, поскольку задержка прохождения сигнала составит от 8 до 40 мин. Необходимо учитывать, что две планеты разделяет расстояние от 50 до 400 млн км, поэтому экспедиция займет 2,5—3 года.
В отечественной пилотируемой космонавтике накоплен большой опыт осуществления долгосрочных миссий на орбитальных станциях. На «Салюте-7» они составили 211 суток (Анатолий Березовой, Валентин Лебедев, 14 мая 1981 г.—12 февраля 1982 г.) и 237 суток (Леонид Кизим, Владимир Соловьев, Олег Атьков, 7 февраля—2 октября 1984 г.). На борту орбитального комплекса «Мир» было выполнено 5 полетов длительностью около года: Юрий Романенко, 326 сут., 5 февраля—29 декабря 1987 г; Владимир Титов, Муса Манаров, 365 сут., 21 декабря 1987 г.—21 декабря 1988 г.; Сергей Крикалёв, 311 сут. ,11мая1991 г. —25 марта 1992 г.; Валерий Поляков, 437 сут., 8 января 1994 г.— 22 марта 1995 г; Сергей Авдеев, 379 сут., 13 августа 1998 г.—28 августа 1999 г. Получен значительный объем данных: они могут быть использованы для подготовки длительных экспедиций в дальний космос.
С КОРАБЛЯ... НА МАРС
В настоящее время продолжительность основных экспедиций на МКС составляет около полугода, что можно сопоставить с полетом к Марсу, а функции экипажей близки к тем, которые будут выполняться на межпланетном корабле. Таким образом, космонавты МКС после завершения полугодового полета по своему физическому, функциональному и психофизиологическому состоянию, можно предположить, близки к экипажу корабля, достигшего Красной планеты. Все это дает основания исследовать возможности экипажа МКС по выполнению сложной операторской деятельности в условиях перегрузок и пониженной весомости непосредственно после возвращения на Землю, а на основании полученных результатов формулировать рекомендации по осуществлению аналогичных работ на Марсе.
Технологии изучения возможностей и работоспособности человека сразу же после выполнения длитель-
*См.: А. Григорьев. Б. Моруков. Марс все ближе. — Наука в России, 2011, № 1; «Марс-500»: предварительные итоги. — Наука в России, 2012, № 3 (прим. ред.).
ных полетов являются новыми и до настоящего времени не использовались. Для реализации предлагаемых подходов разработаны соответствующие концепция и модель экспериментов с участием экипажей МКС.
Важной задачей операторской деятельности членов марсианской экспедиции станет ручной управляемый спуск посадочного модуля и работа на поверхности планеты, в том числе с использованием сложных технических систем. Поэтому в ходе наших экспериментов планировалось, во-первых, оценить возможности и качество выполнения космонавтом после полугодового полета режимов ручного управления космическим аппаратом на этапе спуска на планету с моделированием перегрузок. А во-вторых, смоделировать передвижение в скафандре и некоторые типовые операции внекорабельной деятельности в условиях, близких к марсианским. Конечно, эти опыты вовсе не отменяли послеполетных реабилитационных мероприятий, обязательных для экипажей МКС.
По аналогии с полетами к Луне космических кораблей «Аполлон» обычно предлагается та же последовательность освоения Марса. Как мы помним, сначала корабли «Аполлон-8» (командир Фрэнк Борман, пилот командного модуля Джеймс Ловелл, пилот лунного модуля Уильям Андерс) и «Аполлон-10» (командир Томас Стаффорд, пилот командного модуля Джон Янг, пилот лунного модуля Юджин Сернан) выполнили ее облет. И только после этого «Аполлон-11» (командир Нил Армстронг, пилот командного модуля Майкл Коллинз, пилот лунного модуля Эдвин Олдрин) совершил историческую миссию — человек ступил на поверхность Луны.*
*См.: Ю. Марков. Первое посещение Луны. — Наука в России, 2009, № 6 (прим. ред.).
Однако подобная схема экспедиций к Красной планете не рациональна из-за большой ее удаленности от Земли и огромной стоимости проекта. Миссия будет эффективнее, если в первом же полете космонавты совершат посадку и выход на поверхность Марса.
Отметим важный технический нюанс, хорошо известный специалистам. Любой пилотируемый корабль проектируется с двумя контурами системы посадки — автоматическим и ручным. Космонавт должен быть способен выполнить и ручной спуск на Марс, если откажет автоматика. Однако в этом случае возникает резонный вопрос, сможет ли он после длительного перелета вручную управлять режимом посадки на Марс с необходимой точностью и безопасностью? Различные теоретические модели дают весьма далекое приближение к действительности, поскольку не позволяют учесть множество факторов, воздействующих на экипаж в ходе длительного космического полета.
НАТУРНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
В НИИ ЦПК им. Ю.А.Гагарина был разработан и выполнен натурный эксперимент с использованием центрифуги ЦФ-18, позволивший оценить возможности космонавтов по ручному управляемому спуску на Марс. В кабине ЦФ-18 реализована полунатурная модель такой операции.
Рабочее место космонавта (кресло и оборудование ручного управляемого спуска) располагалось в кабине центрифуги ЦФ-18, имеющей радиус вращения 18 м. Система управления приводами кабины позволяет ориентировать человека по любому заданному направлению суммарного вектора перегрузки.
Центрифуга снабжена комплектом контрольно-измерительной и регистрирующей аппаратуры, обеспечивающим отслеживание технических и физиологических параметров.
В роли ручного контура управления использовали соответствующее оборудование космического корабля типа «Союз». В качестве участников «полета на Марс» были задействованы члены экипажей МКС-33/34 (Олег Новицкий, Евгений Тарелкин) и МКС-34/35 (Роман Романенко) непосредственно после выполнения ими полетов на орбитальной станции продолжительностью 143 и 145 суток соответственно, что
сопоставимо по длительности с перелетом по трассе «Земля—Марс». Эксперимент проводили через 3234 ч после приземления космонавтов, что соизмеримо со временем нахождения корабля на марсианской орбите до спуска на планету. Структура и содержание операций ручного спуска были выбраны близкими к возможным при управлении посадочным модулем (контроль прохождения команд, прогнозирование траектории и др.). Космонавты работали автономно — без корректировки их действий с помощью наземного ЦУПа. Перегрузки, создаваемые центрифугой, не превышали 3 ед., что гарантированно укла-
дывается в требования спуска пилотируемого аппарата на планету. Ручной управляемый спуск каждый из космонавтов выполнял в трех режимах: в статике (без вращения центрифуги), в динамике (с вращением центрифуги) и вновь в статике.
При проведении эксперимента оценивались значения перегрузки (пх) и дальность посадки ^х) модуля с экипажем
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.