Помещение в стазис — лучший способ доставки людей на Марс

Путь в 55 миллионов километров на Марс — достаточно серьезная проблема. Ведь люди не слишком приспособлены для путешествий на большие расстояния. Defence.ru публикует перевод статьи, опубликованной на сайте нью-йоркского Института инженеров электротехники и электроники о возможном решении проблемы. 23 Сентябрь 2016, 16:01

Поддерживать жизнь сложно даже на околоземной орбите. А теперь подумайте о полете на Марс! В лучшем случае, до него лететь несколько месяцев, и никаких остановок по дороге. Во время полета задача астронавтов достаточно проста: есть, пить и вдыхать минимальное количество того, что нужно для выживания, при этом стараясь не умереть от скуки и не убить никого из своих коллег. Через несколько месяцев ничего приятного в этом путешествии уже не будет.

Аэрокосмическая компания SpaceWorks, которая финансируется по программе Инновационных передовых концепций NASA, изучает возможность того, как помочь отправившимся на Марс воспользоваться методом всех профессиональных путешественников на длинных отрезках пути: при помощи любых средств отгородиться от происходящего вокруг. Однако пары таблеток снотворного для полета на Марс явно не хватит.

Именно поэтому SpaceWorks работает над специальной средой обитания, которая бы могла поддерживать человека в стазисе в течение всего пути.

Говоря о «стазисе», в SpaceWorks имеют в виду «малоактивное состояние оцепенения с пониженным метаболизмом для транзитных фаз миссии». То есть речь не о научно-фантастическом варианте стазиса, в котором людей полностью замораживают и обездвиживают (также известном как «ХанСолоизация»), а скорее о некоем варианте длительной спячки, при котором все системы организма замедляют свою работу. К счастью, благодаря регулярно впадающим в спячку животным мы знаем, что это возможно. И SpaceWorks пытается выяснить, как людям научиться делать то, что медведь делает каждую зиму.

Иллюстрация: SpaceWorks Enterprises

Помещение человека в такое состояние — хорошая идея по многим причинам. Одна из главных — психологическая. Многие месяцы в пределах одного небольшого корабля, с одними и теми же людьми, без каких-либо новых видов деятельности могут стать проблемой даже для самых дисциплинированных астронавтов. А сама мысль о том, что нужно еще и обратно возвращаться…

Однако самый главный аргумент в пользу спячки — это вес. Активный человек потребляет огромное количество кислорода, воды и еды. Еще и выдает результаты своей жизнедеятельности — жидкий и твердый мусор, ядовитые газы и тепло. И со всем этим надо что-то делать. Технологии переработки уже существуют, но занимают место и добавляют много лишних тонн. А лишний вес — главный враг любого космического инженера. Больше веса — значит больше двигателей и больше топлива. А больше двигателей и больше топлива — это очень, очень дорого.

Для сравнения. По расчетам NASA, жилой модуль для доставки шести человек на Марс должен иметь 380 кубических метров полезного пространства и весить более 28000 кг. Плюс 13000 кг еды. А если эту команду поместить в спячку, то пространства нужно будет всего 40 метров: выкидываем кухню, тренажерный зал, все, связанное с развлечениями, и так далее. И продуктов питания нужно будет всего 4000 кг.

Такое снижение необходимой людям нагрузки позволяет сэкономить и в других местах, включая силовые установки и саму структуру корабля. В результате, космический корабль может обойтись без лишних 140000 кг топлива и двигателей. Это немногим больше, чем способна поднять самая тяжелая версия системы космического запуска NASA, каждый запуск которой обошелся бы приблизительно в $5 млрд без учета стоимости несомого оборудования.

Иллюстрация: SpaceWorks Enterprises

На вопрос цены можно посмотреть с другой стороны, о чем и напоминает SpaceWorks: если вы все равно собираетесь потратить все эти деньги и время на доставку людей на Марс, то почему бы не отправить в два раза больше при тех же затратах? В результате, больше стран получат возможность для участия и (самое главное) расширятся возможности по изучению Марса — а в этом весь смысл экспедиции.

Как рассчитывают в SpaceWorks, помещение человека в многомесячный безопасный стазис — уже не совсем научная фантастика. Люди, конечно, не обладают врожденной способностью к спячке, однако имитировать ее на несколько дней можно без проблем. Терапевтическая гипотермия — относительно распространенная лечебная практика. В это состояние помещают людей, перенесших серьезные травмы, чтобы тело смогло спокойно восстановиться в условиях сниженной метаболической активности. Этот эффект достигается путем охлаждения температуры тела (самыми разными методами, включая неинвазивные) всего на пять градусов. В результате, скорость метаболизма падает на 50–70%. Больше ничего не нужно, только снижение температуры.

В отличие от медведей, астронавтам, скорее всего, не хватит запасенных в организме жиров на 8 месяцев. Однако все полезные вещества можно подавать прямо в кровь в жидком виде. Эта техника называется «Полное парентиальное питание (TPN)»; люди с заболеваниями желудочно-кишечного тракта иногда живут так годами.

Человеку в спячке потребуется лишь около 300 г питательных веществ в день. Тогда как астронавты на МКС потребляют около 2000 г. Более того, не надо будет заботиться о каких-либо твердых отходах. Достаточно просто катетера. Вот как может выглядеть астронавт в среде обитания для стазиса.

Иллюстрация: SpaceWorks Enterprises

Так почему этой технологией не пользуются? В основном, потому что еще никто не пробовал. Медицинских причин, по которым нужно было бы держать человека в таком состоянии более пяти дней, нет, а поэтому нет и информации о том, как человеческий организм переживает более длительную спячку.

По словам SpaceWorks, у них уже есть первые экспериментальные данные на срок в 14 дней. Две недели — это критическая цифра. Если людей можно оставлять в стазисе на хотя бы такой срок, то перспектива становится куда более реальной. В принципе, астронавты могут чередовать периоды активности и спячки. Затраты при этом все равно будут минимальны.

В качестве основной SpaceWorks все-таки ставит себе задачу обеспечить стазис на весь срок полета. Однако у компании есть несколько проблем. Например, достаточно много сложностей возникает с длительным внутривенным питанием. Процесс безопасного пробуждения занимает много времени, что может стать проблемой в случае непредвиденной ситуации. Хотя, возможно, удастся взвалить все подобные вопросы на роботов.

Иллюстрация: SpaceWorks Enterprises

В долгосрочной перспективе стазис — весьма привлекательное решение, если задуматься, какое количество экспедиций с сотнями людей на борту потребует колонизация Марса. SpaceWorks сейчас работает над идеей транспортного модуля, который бы мог отправлять на «красную планету» по 100 человек за раз: два отсека стазиса по 48 человек плюс команда из четырех человек.

Иллюстрация: SpaceWorks Enterprises

Ответа на вопрос, как психически и физически на человека повлияют несколько месяцев в спячке, нет ни у кого. SpaceWorks сейчас находится на второй фазе профинансированных NASA исследований. Компания сфокусирована на медицинских исследованиях и оценке, а также изучении нескольких разных подходов к подавлению метаболизма и обеспечению питания. Еще одно исследуемое «неизвестное»: как длительная спячка влияет на незимующих млекопитающих?

Вопросы вызывает и длительное нахождение в стазисе в условиях отсутствия гравитации, однако уже ведутся изыскания по созданию искусственного поля притяжения при помощи вращения всего модуля. Кстати, для астронавтов, находящихся в сознании, такой вариант не сработает. Также прорабатывается вариант прямого электрического стимулирования мышц, чтобы избежать снижения мышечной массы.

Одновременно со всем этим, SpaceWorks уже изучает куда более далекую перспективу: что дальше, после Марса? Ведь возможность бессрочного стазиса откроет для людей пояс астероидов, Юпитер и Сатурн.