Понятие космоса ввел в науку: Понятие космоса ввел в науку кто. Космос

Понятие космоса ввел в науку кто. Космос

«ДИВО»
русская книга рекордов и достижений

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ
ЧЕЛОВЕКА:
Освоение космоса:
Космические аппараты

КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ

ИЗОБРЕЛ
РАКЕТУ

Автором
первого в России проекта ракетного аппарата для полета человека был русский
изобретатель Николай Иванович Кибальчич (1853 — 1881). В 1871 году он
поступил в Петербургский институт инженеров путей сообщения. Народоволец
Кибальчич попал в тюрьму за покушение на царя Александра II. В заключении в 1881
году Кибальчич разработал оригинальный проект пилотируемого реактивного
летательного аппарата. В проекте было описано устройство порохового ракетного
двигателя, управление полетом путем изменения угла наклона двигателя,
программный режим горения и многое другое. 3 апреля 1881 года Николай
Кибальчич был повешен в Петербурге «по высочайшему указу».

ПЕРВАЯ
РАКЕТА

Первая
отечественная ракета называлась ГИРД-90 (аббревиатура «Группы изучения
реактивного движения»). Ее начали строить в 1931 году, а испытали 17 августа
1933 года. ГИРДом в то время руководил С.П.Королев (1906/07 — 1966). Ракета
взлетела на 400 метров и находилась в полете 18 секунд. Вес ракеты на старте
был 18 килограммов.

ПЕРВЫЙ
СПУТНИК

Ночью 4
октября 1957 года с Байконура, Северный Тюратам (275 километров восточнее
озера Арал) был запущен первый искусственный спутник Земли (ИСЗ). Его орбита
в перигее — 228 километров, в апогее — 947 километров, а период обращения
составлял 96,17 минуты. Спутник был сферической формы (диаметром 58
сантиметров) и весил 83,6 килограмма. Он просуществовал 92 дня, совершив
около 1400 оборотов вокруг Земли. ИСЗ сгорел 4 января 1958 года.
Ракета-носитель «Спутник» длиной 29,167 метра была сконструирована под
руководством Сергея Павловича Королева.

«ЛУНОХОД-1»

«Луноход-1»
— первый автоматический самоходный аппарат. Он был доставлен на Луну 17
ноября 1970 года в район Моря Дождей. «Луноход-1» весил 756 килограммов. Им
была исследована поверхность Луны на площади 80 тысяч квадратных метров и
получено более 200 панорам. За 301 сутки 6 часов 37 минут «Луноход-1»
преодолел расстояние в 10,54 километра.

ИСКУССТВЕННЫЙ
СПУТНИК СОЛНЦА

Впервые
в мире вторая космическая скорость была достигнута при полете советского
космического аппарата «Луна-1». Он был запущен 2 января 1959 года и стал
первым искусственным спутником Солнца.

ПЕРВАЯ
ОРБИТАЛЬНАЯ СТАНЦИЯ

Первая
орбитальная станция «Салют», предназначенная для длительных полетов по орбите
вокруг Земли, была запущена 19 апреля 1971 года. Масса полностью заправленной
станции составляла 18,9 тонны, длина 16 метров, поперечный размер при
раскрытых солнечных батареях 16,5 метров. Станция выводилась на орбиту без
экипажа с помощью мощной ракеты-носителя «Протон», хотя могла осуществлять
полет в автоматическом режиме и с экипажем на борту.

ПЕРВЫЙ
МАРСИАНСКИЙ

Впервые
в мире космический аппарат был запущен к планете Марс 1 ноября 1962 года. Это
был советский «Марс-1». Сближение с планетой произошло 19 июня 1963 года на
расстоянии 197 тысяч километров.

«БУРАН»
— ОТЕЧЕСТВЕННЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ «ЧЕЛНОК»

15 ноября
1988 года был завершен Первый 205-минутный космический полет «Бурана». Первый
отечественный космический «челнок» совершил свой первый полет без экипажа — в
автоматическом режиме, управляемый с Земли. Возвращаемый космический аппарат
«Буран» был доставлен на орбиту с помощью ракеты «Энергия», способной
выводить на орбиту груз с массой более 100 тонн. Мощность, развиваемая ее
стартовыми двигателями, достигает 170 миллионов лошадиных сил. Это почти в 3
раза больше, чем у самой мощной американской ракеты «Сатурн-5».

Каждый из нас не раз слышал о том, что космос — это что-то за пределами нашей планеты, это Вселенная. В целом космос — пространство, которое простирается бесконечно во все стороны, включая в себя галактики и звезды, и планеты, космическую пыль и другие объекты. Бытует мнение, что существуют и другие планеты или даже целые галактики, которые также заселены разумными людьми.

Немного из истории

Середина 20-го века запомнилась многим космической гонкой, победителем из которой вышел СССР. В 1957-м году впервые был создан и запущен искусственный спутник, а немного позже в космосе побывало и первое живое существо.

Спустя два года на орбиту вышел искусственный спутник Солнца, а станция под названием «Луна-2» смогла оказаться на поверхности Луны. Легендарные Белка и Стрелка побывали в космосе только в 1960-м году, а спустя еще год там побывал и человек.

1962-й год запомнился групповым полетом кораблей, а 1963-й — тем, что впервые женщина оказалась на орбите. Открытого космоса человеку удалось достигнуть спустя два года.

Каждый из последующих годов нашей истории был отмечен событиями, связанными с

Станция международного значения была организована в космосе только в 1998-м году. Это был и запуск спутников, и организация и многочисленные полеты людей из других стран.

Что он собой представляет

Научная точка зрения гласит, что космос — это определенные участки вселенной, которые окружают собой и их атмосферы. Однако полностью пустым назвать нельзя. Было доказано, что оно содержит некоторое количество водорода и имеет межзвездное вещество. Ученые также подтвердили существование электромагнитного излучения в его пределах.

Сейчас науке не известны данные о конечных пределах космоса. Астрофизики и радиоастрономы утверждают, что приборы не в состоянии «увидеть» весь космос. Это несмотря на то, что их рабочее пространство охватывает 15 миллиардов

Научные гипотезы не отрицают возможного существования вселенных подобно нашей, однако подтверждения этому также нет. В целом космос — это вселенная, это мир. Его характеризует упорядоченность и материализация.

Процесс изучения

Первые в космосе оказались животные. Люди боялись, но хотели исследовать неведомые просторы, поэтому в качестве первопроходцев использовали собак, свиней и обезьян. Некоторые из них возвращались, некоторые — нет.

Сейчас люди активно изучают космическое пространство. Было доказано, что невесомость отрицательно сказывается на человеческом здоровье. Она не позволяет жидкостям двигаться в правильных направлениях, что способствует потере кальция в организме. Также в космосе люди становятся несколько пухлыми, наблюдаются проблемы с кишечником и закупоривание носа.

В космическом пространстве практически каждый человек заболевает «космической болезнью». Ее основными симптомами являются тошнота, головокружение, головная боль. Последствием такого заболевания являются проблемы со слухом.

Космос — это то пространство, на орбитах которого можно наблюдать восход Солнца около 16 раз в сутки. Это, в свою очередь, негативно отражается на биоритмах, препятствует нормальному засыпанию.

Интересно, что освоение унитаза в космосе — целая наука. Прежде чем это действие начнет получаться в совершенстве, все космонавты тренируются на макете. Техника отрабатывается на протяжении определенного промежутка времени. Ученые пытались организовать мини-туалет непосредственно в самом скафандре, однако реализовать это не получилось. Вместо этого стали использовать обыкновенные памперсы.

Каждый космонавт после возвращения домой некоторое время недоумевает, почему предметы падают вниз.

Не многие знают, почему первые в космосе продукты питания были представлены в тюбиках или брикетах. На самом деле проглатывать пищу в космическом пространстве — довольно сложная задача. Поэтому продукты питания предварительно обезвоживали, чтобы сделать этот процесс доступнее.

Интересно, что люди, которые храпят, в космосе с этим процессом не сталкиваются. Точное объяснение данному факту пока сложно дать.

Смерть в космосе

Женщины, которые увеличили себе грудь искусственным путем, никогда не смогут познать космические просторы. Объяснение этому простое — имплантаты могут взорваться. Такая же участь, к сожалению, может постигнуть и легкие любого человека, если он окажется в космосе без скафандра. Произойдет это из-за декомпрессии. Слизистые рта, носа и глаза просто вскипят.

Космос в античной философии

Космос — это в философии некое структурное понятие, которые используют для того, чтобы обозначить мир в целом. В качестве «миростроя» определение применил Гераклит более 500 лет назад до нашей эры. Это поддержали и досократики — Парменид, Демокрит, Анаксагор и Эмпедокл.

Платон и Аристотель пытались показать космос в качестве предельно полного бытия, невинного существа, эстетического целого. Восприятие космического пространства строилось во многом на мифологии древних греков.

В своей работе «О небе» Аристотель пытается сравнить два эти понятия, выявить сходства и различия. В диалоге Платона «Тимей» прослеживается тонкая грань между самим космосом и его основателем. Философ утверждал, что космос возник последовательно из материи и идей, а создатель вложил в него душу, разделил на стихии.

Результатом стал космос в качестве живого существа, обладающего умом. Он един и прекрасен, включает в себя душу и тело мира.

Космос в философии 19-20-х веков

Промышленная революция нового времени полностью исказила предыдущие версии восприятия космического пространства. За основу была взята новая «мифология».

На рубеже веков возникло такое философское направление, как кубизм. Он во многом воплотил законы, формулы, логические конструкции и идеализации греко-православных представлений, которые, в свою очередь, заимствовали их у античных философов. Кубизм — хорошая попытка познать человеком себя, мир, свое место в мире, свое призвание, определиться с основными ценностями.

Не далеко ушел от античных представлений, однако изменил их корень. Теперь космос — это в философии нечто с конструкционными особенностями, которые были основаны на принципах православного персонализма. Нечто историческое и эволюционное. Космическое пространство может изменяться к лучшему. За основу были взяты библейские предания.

Космос в представлении философов 19-20 годов объединяет между собой искусство и религию, физику и метафизику, знания об окружающем мире и человеческой природе.

Выводы

Можно сделать логичный вывод, что космос — это то пространство, которое является единым целым. Философские и научные представления о нем имеют одинаковую природу, исключение составляют лишь античные времена. Тема «космос» всегда была востребована и пользовалась здоровым любопытством у людей.

Сейчас вселенная таит в себе еще множество загадок и тайн, которые нам с вами только предстоит разгадать. Каждый человек, который оказывается в космосе, открывает для себя и для всего человечества что-то новое и необычное, знакомит всех со своими ощущениями.

Космическое пространство — совокупность различных материй или объектов. Некоторые из них пристально изучаются учеными, а природа других является вообще непонятной.

Что такое космическая ракета? Чем она отличается от обычной? Космическая ракета – это ракета составная, многоступенчатая, работающая на жидком топливе. Никто в готовом виде такую ракету сразу не придумал!

Первые простые ракеты появились ещё в 13 веке в Китае.

Эскизы и чертёжи первых многоступенчатых ракет появились в трудах военного техника Конрада Хааса (1556 г. ) и учёного Казимира Семеновича (1650 г.). Именно он, по мнению многих специалистов, является первым изобретателем многоступенчатой ракеты. Но это были военно-инженерные проекты. Ни Хаас, ни Семенович не предполагали их использование в космических целях.

Первым идею использования многоступенчатой ракеты для полёта в космос предложил

в 17 веке… Сирано де Бержерак в своей фантастической повести «Путешествие на Луну» (1648 г.).

Но дело в том, что обычная многоступенчатая ракета на твёрдом топливе (в основном предлагался порох) не годилась для космических полётов. Нужен был принципиально иной вид топлива.

И вот, наконец, в начале 20 века, в 1903 году, наш соотечественник К. Э. Циолковский придумал, как научить ракету летать в космосе. Он придумал ЖИДКОЕ двухкомпонентное топливо! – Впервые предложил конструкцию космической ракеты с жидкостным реактивным двигателем! – В этом его великая заслуга. И именно поэтому Циолковский считается одним из основоположников космонавтики (хотя ему и не удалось предложить работоспособную конструкцию ракеты). «Одним из» – потому что всего их трое. Кроме нашего Циолковского это ещё американец Роберт Годдард и немец Герман Оберт.

Годдард в 1914 г. первым, наконец, предложил прототип настоящей космической ракеты – многоступенчатую ракету на жидком топливе. То есть Годдард свёл воедино две основополагающих идеи – идею многоступенчатости и идею жидкого топлива. Многоступенчатость + Жидкое топливо = Космическая ракета. То есть проект настоящей космической ракеты впервые появился именно в трудах Годдарда. Причём в конструкции ракеты Годдарда предусмотрено последовательное отделение ступеней. Именно Годдард в 1914 г. впервые получил патент на изобретение многоступенчатых ракет.

Более того, Годдард занимался не только теоретическими выкладками. Он был ещё и практик! В 1926 году именно сам Годдард и построил первую в мире ракету с жидкостным реактивным двигателем (на жидком топливе). Построил и запустил! (Пусть тогда ещё и не на очень большую высоту, но это же был только первый пробный запуск!)

Так что если к кому в большей степени и относится фраза «придумал космическую ракету» – так это именно к Годдарду.

Стать свидетелем запусков многоступенчатых космических ракет суждено было только одному из трёх «отцов» – Герману Оберту. В 1923 году выходит его книжка, в которой он предложил двухступенчатую ракету для полёта в космос. Выход этой работы имел огромный резонанс в обществе! Даже советская газета «Правда» неоднократно писала об идее «немецкого профессора Оберта, который придумал способ полёта в космос». Оберт тоже был практиком. Он тоже построил свою ракету.

Кроме традиционно называемых трёх «отцов», пожалуй, можно назвать ещё и четвёртого основоположника космонавтики – Юрия Кондратюка, который в своём труде «Тем, кто будет читать, чтобы строить» дал принципиальную схему и описание 4-ступенчатой ракеты, работающей на кислородно-водородном топливе. Работа над рукописью была начата в 1916 г. и закончена в 1919 г. Кондратюк знаменит, прежде всего, тем, что именно он рассчитал оптимальную траекторию полёта к Луне. Эти расчёты были использованы NASA в лунной программе «Аполлон». Предложенная им в 1916 году траектория была впоследствии названа «трассой Кондратюка».

Скафандр — это не просто костюм. Это космический корабль, повторяющий форму тела. И появился он задолго до первых полётов в космос. В начале ХХ века учёные уже знали, что условия в космосе и на других планетах сильно отличаются от земных. Для будущих космических полётов нужно было придумать костюм, который защищал бы человека от воздействия убийственной внешней среды.

Скафандр — это чудо техники, космическая станция в миниатюре… Вам-то кажется, что скафандр переполнен, как дамская сумочка, но на самом деле всё сделано так компактно, что просто красота… В общем, скафандр мой был похож на первоклассный автомобиль, а шлем — на швейцарские часы.
Роберт Хайнлайн «Имею скафандр — готов путешествовать»

Название «скафандр» происходит от французского слова, предложенного в 1775 году аббатом-математиком Жаном-Батистом де Ла Шапелем. Естественно, о полётах в космос в конце XVIII века речи не шло — учёный предложил называть так водолазное снаряжение. Само слово, которое можно перевести с греческого примерно как «лодко-человек», неожиданно вошло в русский язык с приходом космической эры. В английском же языке скафандр так и остался «космическим костюмом» (space suit).

Водолазные скафандры Жана-Батиста де Ла Шапеля.

Чем выше человек взбирался, тем сильнее назревала необходимость в костюме, который поможет ему сделать ещё один шаг в сторону неба. Если на высоте шести-семи километров достаточно кислородной маски и тёплой одежды, то после десятикилометровой отметки давление падает настолько, что лёгкие перестают усваивать кислород. Чтобы выжить в таких условиях, нужны герметичная кабина и компенсирующий костюм, который при разгерметизации сжимает человеческое тело, на какое-то время заменяя ему внешнее давление.

Однако если подняться ещё выше, то не поможет и эта болезненная процедура: пилот погибнет от кислородного голодания и декомпрессионных расстройств. Единственное решение — сделать полностью герметичный скафандр, в котором внутреннее давление поддерживается на достаточном уровне (обычно не менее 40% от атмосферного, что соответствует высоте семи километров). Но и тут хватает проблем: надутый скафандр затрудняет движения, в нём почти невозможно совершать точные манипуляции.

Английский физиолог Джон Холден опубликовал в 1920-е годы серию статей, в которых предложил использовать водолазные костюмы для защиты воздухоплавателей. Он даже построил прототип такого скафандра для американского воздухоплавателя Марка Риджа. Последний испытал костюм в барокамере при давлении, соответствующем высоте 25,6 километра. Однако аэростаты для полётов в стратосфере всегда стоили дорого, и Риджу не удалось собрать средства для установления мирового рекорда с помощью костюма Холдена.

В Советском Союзе скафандрами для высотных полётов занимался инженер Института авиационной медицины Евгений Чертовский. В период с 1931 по 1940 год он разработал семь моделей герметичных костюмов. Все они были далеки от совершенства, но зато Чертовский первым в мире решил проблему, связанную с подвижностью. После наддува скафандра пилоту требовалось большое усилие, чтобы просто согнуть конечность, поэтому в модели Ч-2 инженер применил шарниры. Модель Ч-3, созданная в 1936 году, содержала в себе практически все элементы, которые есть в современном космическом скафандре, включая впитывающее бельё. Ч-3 была испытана на тяжёлом бомбардировщике ТБ-3 19 мая 1937 года.

Первые высотные скафандры СССР: Ч-3 (1936) и СК-ЦАГИ-5 (1940)

В 1936 году на экраны вышел фантастический фильм «Космический рейс», в создании которого участвовал Константин Циолковский. Кино о грядущем покорении Луны так захватило молодых инженеров Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ), что они принялись активно работать над прототипами космических скафандров. Первый образец под индексом СК-ЦАГИ-1 был сконструирован, изготовлен и испытан на удивление быстро — всего лишь за один 1937 год.

Скафандр и впрямь производил впечатление чего-то внеземного: верхняя и нижняя части соединялись с помощью поясного разъёма; для облегчения подвижности появились плечевые шарниры; оболочка состояла из двух слоёв прорезиненной ткани. На второй модели была установлена автономная регенерационная система, рассчитанная на шесть часов непрерывной работы. В 1940 году на основе полученного опыта инженеры ЦАГИ создали последний довоенный советский скафандр СК-ЦАГИ-8. Его испытали на истребителе И-153 «Чайка».

После войны инициатива перешла к Лётноисследовательскому институту (ЛИИ). Его специалистам было поручено создать костюмы для пилотов авиации, которая быстро покоряла новые высоты и скорости. Серийное производство одному институту было не потянуть, и в октябре 1952 года инженер Александр Бойко создал специальный цех на заводе №918 в подмосковном Томилино. Ныне это предприятие известно как НПП «Звезда». Именно там был создан скафандр для Юрия Гагарина.

Скафандры для собак (на фото — Белка) делались попроще: животным не требовалось выполнять сложную работу.

Когда в конце 1950-х годов советские инженеры-конструкторы приступили к проектированию первого космического корабля «Восток», они изначально планировали, что человек полетит в космос без скафандра. Пилота должны были поместить в герметичный контейнер, который выстреливался бы из спускаемого аппарата перед приземлением. Однако такая схема оказалась громоздкой и требовала длительных испытаний, поэтому в августе 1960 года бюро Сергея Королёва переработало внутреннюю компоновку «Востока», заменив контейнер катапультируемым креслом. Соответственно, для защиты будущего космонавта в случае разгерметизации требовалось быстро создать подходящий костюм. Времени на стыковку скафандра с бортовыми системами не оставалось, поэтому решили сделать систему жизнеобеспечения, размещаемую непосредственно в кресле.

Скафандр, получивший обозначение СК-1, был основан на высотном костюме «Воркута», который предназначался для пилотов истребителя-перехватчика Су-9. Только шлем пришлось полностью переделать. Например, в нём был установлен специальный механизм, управляемый датчиком давления: если оно резко падало, механизм мгновенно захлопывал прозрачное забрало.

Первый космонавт в не первом скафандре: Юрий Гагарин в СК-1.

Каждый скафандр изготавливался по индивидуальной мерке. К первому космическому полёту «обшить» весь отряд космонавтов, в то время состоявший из двадцати человек, не получалось. Поэтому сначала выделили шестерых, которые показали наилучший уровень подготовки, а затем — тройку «лидеров»: Юрия Гагарина, Германа Титова и Григория Нелюбова. Для них скафандры изготовили в первую очередь.

Один из скафандров СК-1 побывал на орбите раньше космонавтов. Во время беспилотных испытательных запусков корабля «Восток», проведённых 9 и 25 марта 1961 года, на борту вместе с подопытными дворнягами находился человекоподобный манекен в скафандре, прозванный «Иваном Ивановичем». В его груди была установлена клетка с мышами и морскими свинками. Под прозрачное забрало шлема положили табличку с надписью «Макет», чтобы случайные свидетели приземления не приняли его за инопланетное вторжение.

Скафандр СК-1 использовался в пяти пилотируемых полётах кораблей «Восток». Только для полёта «Востока-6», в кабине которого находилась Валентина Терешкова, был создан скафандр СК-2, учитывающий особенности женской анатомии.

Валентина Терешкова в «дамском» скафандре СК-2 . Первые советские скафандры были ярко-оранжевыми, чтобы приземлившегося лётчика было легче найти. Но скафандрам для открытого космоса лучше подходит отражающий все лучи белый.

Американские конструкторы программы «Меркурий» пошли по пути конкурентов. Однако были и отличия, которые следовало учесть: маленькая капсула их корабля не позволяла долго оставаться на орбите, а в первые запуски должна была всего лишь достичь границы космического пространства. Скафандр Navy Mark IV был создан Расселом Колли для пилотов военно-морской авиации, причём он выгодно отличался от других моделей гибкостью и сравнительно небольшим весом. Чтобы адаптировать скафандр к космическому кораблю, пришлось внести несколько изменений — прежде всего в устройство шлема. У каждого астронавта было три индивидуальных скафандра: для обучения, для полёта и резервный.

Скафандр программы «Меркурий» продемонстрировал свою надёжность. Только однажды, когда капсула «Меркурия-4» начала тонуть после приводнения, скафандр едва не погубил Вирджила Гриссома — астронавт едва успел отсоединиться от системы жизнеобеспечения корабля и выбраться наружу.

Первые скафандры были аварийно-спасательными, присоединялись к системе жизнеобеспечения корабля и не позволяли выйти в открытый космос. Специалисты понимали, что если космическая экспансия продолжится, то одним из обязательных этапов станет создание автономного скафандра, в котором можно будет работать в открытом космосе.

Сначала под свою новую пилотируемую программу «Джемини» американцы хотели доработать «меркурианский» скафандр Mark IV, но к тому моменту был полностью готов высотный герметичный костюм G3C, созданный под проект ракетоплана Х-15, — его и взяли за основу. Всего в ходе полётов «Джемини» использовались три модификации — G3C, G4C и G5C, причём для выхода в открытый космос были пригодны только скафандры G4C. Все скафандры были подключены к системе жизнеобеспечения корабля, однако на случай проблем было предусмотрено автономное устройство ELSS, ресурсов которого хватало на поддержку астронавта в течение получаса. Впрочем, астронавтам не пришлось им воспользоваться.

Именно в скафандре G4C совершил выход в открытый космос Эдвард Уайт, пилот корабля «Джемини-4». Произошло это 3 июня 1965 года. Но к тому времени он не был первым — за два с половиной месяца до Уайта в свободный полёт рядом с кораблём «Восход-2» отправился Алексей Леонов.

Экипаж «Восхода-2» , Павел Беляев и Алексей Леонов, в скафандрах «Беркут».

Корабли «Восход» создавались для достижения космических рекордов. В частности, на «Восходе-1» в космос впервые полетел экипаж из трёх космонавтов — для этого из шарообразного спускаемого аппарата удалили катапультируемое кресло, а сами космонавты отправились в полёт без скафандров. Корабль «Восход-2» готовили для выхода одного из членов экипажа в открытый космос, и тут без герметичного костюма было не обойтись.

Специально для исторического полёта был разработан скафандр «Беркут». В отличие от СК-1, новый костюм имел вторую герметичную оболочку, шлем со светофильтром и заплечный ранец с кислородными баллонами, запаса которых хватало на 45 минут. Кроме того, космонавт был соединён с кораблём семиметровым фалом, в состав которого входили амортизирующее устройство, стальной трос, шланг аварийной подачи кислорода и электрические провода.

Космический корабль «Восход-2» стартовал 18 марта 1965 года, и в начале второго витка Алексей Леонов покинул борт. Тут же командир экипажа Павел Беляев торжественно объявил на весь мир: «Внимание! Человек вышел в космическое пространство!» Изображение парящего на фоне Земли космонавта транслировалось по всем телеканалам. Леонов находился в пустоте 23 минуты 41 секунду.

Хотя американцы уступили первенство, они быстро и заметно обогнали советских конкурентов по количеству выходов в открытый космос. Операции вне корабля осуществлялись во время полётов «Джемини-4, -9, -10, -11, 12». Следующий советский выход состоялся только в январе 1969 года. В том же году американцы высадились на Луну.

Рекорды в вакууме

Сегодня выходами в космос никого не удивишь: на конец августа 2013 года зафиксировано 362 выхода общей продолжительностью 1981 час 51 минута (82,5 суток, почти три месяца). И всё же здесь есть свои рекорды.

Абсолютным рекордсменом по количеству часов, проведённых в открытом космосе
, вот уже много лет остаётся российский космонавт Анатолий Соловьёв — он совершил 16 выходов общей продолжительностью 78 часов 46 минут. На втором месте — американец Майкл Лопес-Алегриа; он совершил 10 выходов общей продолжительностью 67 часов 40 минут.

Самым длительным
стал выход американцев Джеймса Восса и Сьюзан Хелмс 11 марта 2001 года, продолжавшийся 8 часов 56 минут.

Максимальное количество выходов за один полёт
— семь; этот рекорд принадлежит россиянину Сергею Крикалёву.

Дольше всех на поверхности Луны
находились астронавты «Аполлона-17» Юджин Сернан и Харрисон Шмитт: за три выхода в декабре 1972 года они провели там 22 часа 4 минуты.

Если сравнивать не космонавтов, а страны, то здесь безусловно лидируют США: 224 выхода, 1365 часов 53 минуты вне корабля.

На Луне требовались совсем другие скафандры, нежели на земной орбите. Скафандр должен был стать полностью автономным и позволять человеку работать вне корабля несколько часов. Он должен был обеспечить защиту от микрометеоритов и, главное, от перегрева под прямыми солнечными лучами, ведь высадки планировались в лунные дни. Кроме того, в NASA построили специальный наклонный стенд, чтобы выяснить, как пониженная гравитация влияет на движение астронавтов. Оказалось, что характер ходьбы резко меняется.

Скафандр для полёта на Луну совершенствовался в ходе всей программы «Аполлон». Первый вариант A5L не удовлетворил заказчика, и вскоре появился скафандр A6L, куда была добавлена теплоизоляционная оболочка. После пожара 27 января 1967 года на корабле «Аполлон-1», приведшего к гибели трёх астронавтов (в том числе упомянутых выше Эдварда Уайта и Вирджила Гриссома), скафандр доработали до огнестойкой версии A7L.

По своей конструкции A7L был цельным, многослойным костюмом, закрывавшим туловище и конечности, с гибкими сочленениями, сделанными из резины. Металлические кольца на вороте и манжетах рукавов предназначались для установки герметичных перчаток и «шлема-аквариума». Все скафандры имели вертикальную «молнию», которая шла от шеи до паха. A7L обеспечивал четырёхчасовую работу астронавтов на Луне. На всякий случай в ранце находился ещё и резервный блок жизнеобеспечения, рассчитанный на полчаса. Именно в скафандрах A7L астронавты Нил Армстронг и Эдвин Олдрин ступили на Луну 21 июля 1969 года.

В трёх последних полётах лунной программы использовались скафандры A7LB. Они отличались двумя новыми сочленениями на шее и поясе — такая доработка понадобилась для того, чтобы облегчить вождение лунного автомобиля. Позднее этот вариант скафандров использовался на американской орбитальной станции «Скайлэб» и при международном полёте «Союз-Аполлон».

Советские космонавты тоже собирались на Луну. И для них приготовили скафандр «Кречет». Поскольку по задумке высаживаться на поверхность должен был только один член экипажа, для скафандра выбрали полужёсткий вариант — с дверцей на спине. Космонавт должен был не надевать костюм, как в американском варианте, а буквально влезать в него. Специальная система тросиков и боковой рычаг позволяли закрыть за собой крышку. Вся система жизнеобеспечения располагалась в откидной дверце и работала не снаружи, как у американцев, а в нормальной внутренней атмосфере, что упрощало конструкцию. Хотя «Кречет» так и не побывал на Луне, наработки по нему использовались при создании других моделей.

В 1967 году начались полёты новых советских кораблей «Союз». Они должны были стать основным транспортным средством при создании долговременных орбитальных станций, поэтому потенциальное время, которое человек должен был провести вне корабля, неизбежно увеличивалось.

Скафандр «Ястреб» был в основном похож на «Беркут», который использовался на корабле «Восход-2». Различия были в системе жизнеобеспечения: теперь дыхательная смесь циркулировала внутри скафандра по замкнутому контуру, где очищалась от углекислоты и вредных примесей, подпитывалась кислородом и охлаждалась. В «Ястребах» космонавты Алексей Елисеев и Евгений Хрунов переходили из корабля в корабль во время полётов «Союза-4» и «Союза-5» в январе 1969 года.

На орбитальные станции космонавты летали без спасательных скафандров — за счёт этого удавалось увеличить запасы на борту корабля. Но однажды космос не простил такой вольности: в июне 1971 года из-за разгерметизации погибли Георгий Добровольский, Владислав Волков и Виктор Пацаев. Конструкторам пришлось срочно создавать новый спасательный скафандр «Сокол-К». Первый полёт в этих скафандрах был проведён в сентябре 1973 года на «Союзе-12». С тех пор космонавты, отправляясь в полёт на отечественных кораблях «Союз», всегда используют варианты «Сокола».

Примечательно, что скафандры «Сокол-КВ2» были приобретены китайскими торговыми представителями, после чего в Китае появился собственный космический костюм, именуемый, как и пилотируемый корабль, «Шэньчжоу» и очень похожий на российский образец. В таком скафандре отправился на орбиту первый тайконавт Ян Ливэй.

Для выхода в открытый космос скафандры из серии «Сокол» не годились, поэтому, когда Советский Союз начал запускать орбитальные станции, позволяющие сооружать различные модули, понадобился и соответствующий защитный костюм. Им стал «Орлан» — автономный полужёсткий скафандр, созданный на основе лунного «Кречета». В «Орлан» тоже надо было залезать через дверцу в спине. Кроме того, создатели этих скафандров сумели сделать их универсальными: теперь штанины и рукава подгонялись под рост космонавта.

«Орлан-Д» впервые был опробован в открытом космосе в декабре 1977 года на орбитальной станции «Салют-6». С тех пор эти скафандры в разных модификациях использовались на «Салютах», комплексе «Мир» и Международной космической станции (МКС). Космонавты благодаря скафандру могут поддерживать связь друг с другом, с самой станцией и с Землёй.

Скафандры серии «Орлан» оказались настолько хороши, что китайцы сделали по их образцу свой «Фэйтянь» для выхода в открытый космос. 27 сентября 2008 года эту операцию в ходе полёта корабля «Шэньчжоу-7» проделал тайконавт Чжай Чжиган. Характерно, что при выходе его страховал напарник Лю Бомин в купленном у России «Орлане-М».

Опасный космос

Выход в открытый космос опасен по множеству причин: глубокий вакуум, экстремальные температуры, солнечная радиация, космический мусор и микрометеориты. Серьёзную опасность представляет и удаление от космического корабля.

Первый опасный инцидент произошёл ещё с Алексеем Леоновым в марте 1965 года. Выполнив программу, космонавт не смог вернуться на корабль из-за того, что его скафандр раздулся. Совершив несколько попыток войти в шлюз ногами вперёд, Леонов решил развернуться. При этом он снизил уровень избыточного давления в скафандре до критического, что позволило ему втиснуться в шлюзовую камеру.

Инцидент с повреждением скафандра произошёл при полёте шаттла «Атлантис» в апреле 1991 года (миссия STS-37). Маленький прут проколол перчатку астронавта Джерри Росса. По счастливой случайности разгерметизации не произошло — прут застрял и «запечатал» образовавшееся отверстие. Прокол даже не заметили до тех пор, пока астронавты не вернулись на корабль и не начали проверку скафандров.

Ещё один потенциально опасный случай произошёл 10 июля 2006 года во время второго выхода в открытый космос астронавтов шаттла «Дискавери» (полёт STS-121). От скафандра Пирса Селлерса отсоединилась специальная лебёдка, которая не давала астронавту улететь в пространство. Вовремя заметив проблему, Селлерс с напарником сумели прикрепить устройство обратно, и работа завершилась благополучно.

Под программу многоразовых космических кораблей «Спейс Шаттл» американцы разработали несколько скафандров. При испытаниях новой ракетно-космической системы астронавты облачались в SEES — спасательный скафандр, позаимствованный у военной авиации. В дальнейших полётах его сменил вариант LES, а затем — более совершенная модификация ACES.

Для выходов в открытый космос был создан скафандр EMU. Он состоит из верхней жёсткой части и мягких штанов. Как и «Орлан», EMU могут многократно использовать разные космонавты. В нём можно спокойно работать в космосе семь часов, ещё полчаса даёт резервная система жизнеобеспечения. За состоянием скафандра следит специальная микропроцессорная система, которая предупреждает астронавта, если что-то идёт не так. Первый EMU побывал на орбите в апреле 1983 года на корабле «Челленджер». Сегодня скафандры этого типа активно используются на МКС наряду с российскими «Орланами».

Скафандры открытого космоса NASA: лунный скафандр A7LB, скафандр для «шаттлов» EMU и экспериментальный скафандр I-Suit.

Американцы считают, что EMU морально устарел. Перспективная космическая программа NASA включает полёты на астероиды, возвращение на Луну и экспедицию на Марс. Поэтому необходим скафандр, который объединял бы в себе положительные качества спасательных и рабочих костюмов. Скорее всего, он будет с люком за спиной, позволяющим пристыковывать скафандр к станции или жилому модулю на поверхности планеты. Чтобы привести такой скафандр в рабочее состояние (включая герметизацию), требуются считаные минуты.

Прототип скафандра Z-1 уже проходит испытания. За определённое внешнее сходство с костюмом известного мультипликационного персонажа его прозвали «скафандром Базза Лайтера».

Специалисты пока не определились, в каком костюме человек впервые ступит на поверхность Красной планеты. Хотя Марс обладает атмосферой, она настолько разрежена, что легко пропускает солнечную радиацию, поэтому человек внутри скафандра должен быть хорошо защищён. Специалисты NASA рассматривают широкую палитру возможных вариантов: от тяжёлого жёсткого скафандра Mark III до лёгкого обтягивающего костюма Bio-Suit.

Перспективный скафандр Bio-Suit (прототип). Покоряйте Марс, оставаясь стильным!

∗∗∗

Технологии изготовления скафандров будут развиваться. Костюмы для космоса станут умнее, элегантнее, изощрённее. Возможно, когда-нибудь появится универсальная оболочка, способная защитить человека в любой среде. Но и сегодня скафандры — уникальный продукт технологий, которые без преувеличения можно назвать фантастическими.

Пять наивных вопросов о космосе

Мы все любим космос. Ведь он красивый и бесконечный, а еще благодаря Гагарину как будто бы навсегда наш, а это приятно. Сложно найти еще одну такую область науки, которая одинаково интересна всем – взрослым и детям, сантехникам и академикам. А когда россиянину что-то интересно, он первым делом задаёт свой вопрос… конечно, «Яндексу».

Недавно «Яндекс» опубликовал рейтинг самых популярных поисковых запросов, связанных с космической тематикой. Мы попросили ответить на самые интересные из них учёных и популяризаторов космонавтики. Тем более, что вопросы не так просты, как может показаться на первый взгляд. Наших соотечественников интересуют и философские вопросы (например, зачем люди осваивают космос), и сугубо практические.

Что такое космос

Космос – это очень широкое понятие, выходящее за пределы космонавтики. Есть множество интерпретаций слова: и философская, и инженерная, и физиологическая.

С точки зрения философии, в первую очередь, вспоминается, что «космос» на древнегреческом означает «порядок», в противовес «хаосу». Древние философы думали, что над нами всё красиво, математично, что сферы вращаются одна вокруг другой, а все планеты на них «закреплены». Теперь мы знаем, что всё не совсем так, но по сути мы тоже являемся частью космоса: наша планета движется вокруг Солнца со скоростью около 30 км/с, вместе с Солнцем мы движемся вокруг галактики со скоростью около 220 км/с, а она в свою очередь тоже движется в группе галактик и так далее. Всё, что нас окружает, весь вселенский порядок вокруг нас – это космос.

По отношению к Вселенной термин «космос» впервые употребил Пифагор. Скорее всего, он имел в виду гипотетическое пространство над Землёй, которая тогда являлась для его современников центром Вселенной. Уже в современный язык слово ввёл в XIX веке немецкий физик Александр фон Гумбольдт в своём многотомном трактате о природе, который так и назывался «Kosmos» (именно через K, лишь позже в английском стали писать Cosmos).

Говоря об инженерной интерпретации, вспомним Гагарина. Когда он полетел, везде говорили, что это первый человек, который вышел в космическое пространство. Люди воспринимают космос как что-то конкретное: которое начинается в определенном месте, а всё, что ниже – это наша Земля, дом, уже не космическое пространство. Принято считать, что космос начинается со 100 километров над Землёй – это линия Кармана. Дальше уже космос. Кстати, NASA использует в качестве границы атмосферы отметку в 122 километра (400 000 футов), где «шаттлы» переключались с маневрирования с помощью двигателей на аэродинамическое маневрирование.

Часто понятие космос употребляется и в значении космической деятельности человека. Получается, что мы практически его освоили, по крайней мере, ближний космос. Это всё, что вращается по орбите, включая МКС и Луну. А вот Марс и другие планеты, до которых мы ещё не долетели – это дальний космос, хотя и его мы уже осваиваем.

Если же обратиться к физиологии человека, то важным оказывается то, что на высоте 9 км мы уже не сможем дышать, хотя атмосфера содержит кислород до высоты в 115 километров. А на высоте около 19-20 км давление атмосферы снижается до 47 мм рт.ст., и температура кипения равна температуре тела – 36,6 градусов, что приводит к кипению воды и межтканевой жидкости в организме человека. Вне герметичной кабины на этих высотах смерть наступает почти мгновенно. Значит, можно сказать, что для человека космос начинается уже на этой высоте.

По моей собственной интерпретации, космическое пространство начинается там, где не могут распространяться продольные колебания. Мы живем в воздушной оболочке Земли, и у нас есть возможность передавать звук – это продольные колебания воздушной среды. То есть при передаче звука мы используем воздух как «среду-передатчик». В космосе мы не можем использовать воздушную среду, чтобы передать звук, потому что там нет воздуха. Космонавты могут передавать звук, например, стукнув по поверхности космического аппарата. Но в космосе есть возможность передавать поперечные колебания, то есть свет, и вся передача энергии осуществляется благодаря излучению. Излучение от Солнца передается через вакуум (космос) на Землю, ему не нужна среда для распространения.

В целом же, космос гораздо более многогранен, чем мы раньше думали. Представление людей о космосе последовательно усложнялось. Учёные предполагают, что космос состоит в том числе из тех веществ, которые нельзя зарегистрировать – тёмная материя, тёмная энергия – эти субстанции мы можем только выявить математически. Возможно, существует что-то ещё. Поэтому отвечать на вопрос, что такое космос, можно и с той точки зрения, как постепенно человечество усложняло значение этого слова, как знания давали понимание, что космос очень сложен. Может, когда-нибудь мы придем к пониманию, что космос – это всё сущее.

Отвечает Игорь Тирский, популяризатор астрономии, автор телеграм-канала @tirsky и сообщества Life style astronomy

На какой высоте начинается космос?

Формально космос начинается там, где заканчивается атмосфера Земли. Но только в школьных учебниках эта линия проведена чётко, на деле же никакой явной границы не существует. Однако венгерский учёный Теодор фон Карман предложил довольно логичный способ ввести условную границу, и он получил широкое распространение.

Дело в том, что подъёмная сила самолёта зависит, помимо прочего, от его скорости и от плотности окружающего воздуха. Чем меньше плотность воздуха, тем большая скорость нужна для удержания самолёта на одной высоте. С ростом высоты плотность воздуха сильно снижается. Поэтому, чем больше высота полёта самолёта, тем с большей скоростью ему нужно лететь, чтобы на ней оставаться. А теперь вспомним про спутники. Их разгоняют до первой космической скорости (около 8 км/с), на которой центробежная сила при движении вокруг Земли уравновешивает силу гравитации. Но летают они гораздо выше самолётов, чтобы им как можно меньше мешало сопротивление воздуха, который всё-таки остаётся на больших высотах. Если мы теперь вернёмся к самолётам, то можем рассчитать высоту, для которой необходимая скорость как раз будет равна первой космической. В этом случае эффект центробежной силы не учитывается, а рассчитывается лишь скорость, необходимая для достижения нужной аэродинамической подъёмной силы. Когда эта скорость доходит до первой космической, воздушный полёт с помощью крыльев теряет даже теоретический смысл.

Правда, даже при таком подходе точно границу не вычислить, потому что, во-первых, плотность воздуха на одной и той же высоте может быть разная в разное время или для разных мест на планете, а во-вторых, подъёмная сила самолёта зависит ещё от его формы и от характеристик крыла. Поэтому Карман взял некоторые средние значения и получил результат – около 90-95 км от поверхности Земли. Для простоты он предложил считать условной границей космоса высоту 100 км, которую назвали линией Кармана и сейчас широко принимают по всему миру.

Любопытно, что официальной юридической границы космоса всё ещё не существует, поэтому нельзя строго сказать, на какой высоте заканчивается юрисдикция того или иного государства. К счастью, пока что это и не востребовано.

Отвечает Антон Громов, программист-баллистик в Dauria Aerospace, автор проекта «Море Ясности», баллистик общественного проекта лунного спутника, постоянный ведущий трансляций запусков SpaceX на русском языке, популяризатор космонавтики

Какая температура в космосе?

Когда мы проектировали и испытывали спутник «Маяк», многие зрители этого увлекательного процесса писали, что мы всё делаем неправильно, так как в космосе «очень жаркая температура из-за Солнца» или, наоборот, «очень низкая температура, так как там ничего нет». На первый взгляд оба варианта кажутся логичными, но каков же правильный ответ, какая в космосе температура?

Для начала придется вспомнить, что такое температура, в принципе. Согласно, определению из школьного учебника физики, это мера теплового движения молекул. Молекул! В космосе, особенно далеко от небесных тел, с молекулами плохо, их там почти нет. А раз нет молекул, то нет и температуры. Поэтому на самом простом уровне понимания можно говорить, что понятие «температура» в космосе, вообще, не определено.

Но как же спутники и космонавты, им же бывает жарко или холодно! Да, бывает, но вот почему. Они-то состоят их молекул, и их молекулы начинают двигаться быстрее при освещении Солнцем или медленнее – при попадании в тень. Материалы, из которых состоят спутники и скафандры космонавтов, должны выдерживать температуры от -100 до +150 градусов, теоретически до таких температур может разогреться/остыть тело в космосе.

Если говорить более корректно, то температура какого-то объекта в космосе определяется балансом между притоком тепловой энергии на тело, например, от внутренних источников тепла или Солнца, и оттоком вовне, в космос. Отток тепла в космосе осуществляется из-за излучения. Все нагретые выше абсолютного нуля тела испускают инфракрасное излучение, и из-за этого теряют энергию. Поэтому здесь нельзя ответить однозначно, всё измеряется в каждом конкретном случае.

Отвечает кандидат технических наук, инженер, принимавший участие в разработке ракет-носителей «Ангара-А5» и KSLV-1, отечественной космической обсерватории «Миллиметрон» и др., руководитель проекта 435nm и проекта по запуску спутника «Маяк» Александр Шаенко

Как полететь в космос?

У любого человека есть несколько вариантов, как попасть в космос. Всё зависит от здоровья, гражданства, финансового состояния. Самый надёжный путь – пройти сложный конкурсный отбор и стать национальным космонавтом/астронавтом. 15 стран участвуют в проекте Международной космической станции (МКС), и их граждане могут как профессионалы полететь в космос. Как раз сейчас в России идёт открытый набор в отряд космонавтов, но заявку подавать уже поздно (идёт завершающий этап выбора будущих космонавтов). Претендентов отбирают по возрасту (до 35 лет), здоровью (богатырское), образованию (лётное и техническое). Есть свои космонавты и космические корабли также у Китая и у США.

Если же по тем или иным причинам стать профессиональным покорителем орбиты вам не суждено, есть шанс полететь в космос туристом. Правда, в данный момент цена билета на МКС варьируется в пределах 65 миллионов долларов США – пожалуй, самый дорогой вид туризма. Однако намного дешевле полететь не на орбиту, а в суборбитальный полёт. Все ожидают начало массовых туристических полётов в 2019 году. Цена билета за несколько минут невесомости и неземные виды Земли – около 250 тысяч долларов. Две компании лидируют в подготовке этих стартов: Blue Origin и Virgin Galactic. Нам остаётся немного подождать. Впрочем, и в России есть компания «Космокурс», которая занимается созданием инфраструктуры суборбитальных полётов, так что может даже удастся сэкономить на авиабилетах в Штаты и полететь в космос прямо из России.

Есть и еще один, самый фантастичный, но при этом относительно реальный вариант ­– это полёт на Марс на будущей ракете BFR Илона Маска, чтобы стать одним из первых жителей Красной планеты. Первые полёты могут начаться во второй половине следующего десятилетия, поэтому уже можно начинать копить на билет. Если желающих поменять мир будет много, Илон обещает цену даже ниже, чем стоит сейчас полёт на МКС.

Отвечает Александр Хохлов, инженер-конструктор космического приборостроения Центрального научно-исследовательского института робототехники и технической кибернетики, внештатный корреспондент журнала «Новости космонавтики», председатель молодёжной секции Северо-Западной организации Федерации космонавтики России, член Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского, популяризатор космонавтики

Зачем люди осваивают космос

Стоит выделить, как минимум, четыре главных фактора – технологический, научный, экономический и цивилизационно-биологический.

Космос – это сложная, местами даже экстремальная среда, поэтому техника, которую мы создаём для его освоения, требует новых подходов. Впоследствии все технологии, материалы, системы, которые мы разрабатываем для космоса, могут найти применение и на Земле. Так получилось с Лунной программой, когда инвестиции в технику и в развитие компьютерных систем по сути явились не единственным, но важным стимулом и основанием для нынешней технологической компьютерной революции. Правда, сейчас космос больше заимствует из земных технологий, чем наоборот: в развитие космических технологий в России вкладываются намного меньше, чем это было в СССР.

С точки зрения науки, главная задача изучения космоса – лучше понимать мир, в котором мы живем. Сейчас мы лучше понимаем, сколько астероидов летает, какую опасность они представляют для землян, можем предсказывать солнечные вспышки и многое другое. Теперь мы лучше знаем, где живём, и не боимся, что с прилётом кометы случится эпидемия или начнётся война. Продолжать исследования следует, и в этом есть смысл, хоть не улучшающий жизнь здесь и сейчас, но работающий на перспективу.

Не стоит забывать и об экономике. Сегодня объём космического рынка, то есть денег, которые зарабатываются в космосе или при помощи космоса, в несколько раз превышает затраты всех государств на его исследование. Космос в масштабе человечества – прибыльная деятельность, а вовсе не расходная статья бюджета. Государственные траты на космос продолжаются, но многие страны развиваются за счёт частных компаний, которые работают с помощью космоса и уже извлекают выгоду, поэтому мотивы развиваться дальше у них есть.

Беспилотная космонавтика проявила себя гораздо лучше, чем пилотируемая, и основная часть денег приходит из трёх сфер. Во-первых, это спутниковая съёмка, например, всем известные яндекс и гугл-карты. Во-вторых, это спутниковая навигация, экономическую ценность которой так никто точно и не посчитал, но она имеет колоссальное значение и для авиации, и для мореходства, и для систем безопасности. И третье – ретрансляция данных: мир постоянно обменивается информацией благодаря космосу. Если мы отключим все спутники, то не останемся без интернета, но всё-таки 10% обмена данных проходит через космос: это и трансляция данных, и банковские транзакции, и прочее. Космос действительно приносит выгоду и улучшает жизнь на планете.

Наконец, цивилизационно-биологический фактор. Любой биологический вид – будь то вирус, синица или человек – стремится к наиболее широкому расселению. И этому есть эволюционное обоснование: чем шире охватывает территорию планеты популяция вида, тем больше шанс выжить в условиях изменяющихся внешних условий. Когда люди осваивали другие материки, они не думали, что надо расширить свою популяцию, и что это повысит выживаемость человека как вида. У них были свои причины – сбежать от врагов, найти более плодовитые земли и так далее. Но, по сути, они шли к той же самой концепции, что и любое живое. И космос – продолжение прежнего биологического стремления расширяться как можно дальше. Сейчас мы как вид достигли максимального распространения: заняли все широты, среды, и мы можем продолжать стремление дальше. Наше развитие техники позволяет лететь дальше в космос. А если мы можем, и нам ничего не мешает, почему бы и нет.

Но всё это рациональные обоснования. У меня есть и другой. Зачем люди осваивают космос? Просто потому что хочется! Конечно, такой ответ пригоден только для частной космонавтики: если хочется, то и лети, но на свои деньги, а не государственные. Илон Маск пытается летать на собственные средства, ему пока не хватает, поэтому он зарабатывает на госзаказах, выполняет коммерческие услуги, но он идет к тому, чтобы начать летать за свой счёт и предлагать услуги тем, кто тоже так может. И Джефф Безос продвигает ту же идею, потому что ему хочется. При таком подходе отпадает вообще вопрос «зачем». Хочу и всё.

Отвечает Виталий Егоров, популяризатор космонавтики, создатель сообщества в социальных сетях «Открытый космос»

Стружка в баке. Россия отстает в космической гонке

Российская космическая программа, наследница советской, переживает странные времена.

«Роскосмос» занимается съемками художественного фильма на орбите, грозит покинуть МКС и создать отдельную, национальную орбитальную станцию, при этом на российских ракетах и модулях относительно часто стали случаться неполадки, и это порождает сомнения в способности нынешней российской программы с подобной задачей справиться – и в осмысленности самой этой задачи.

Последние громкие истории «Роскосмоса» – сложно прошедший запуск к МКС модуля «Наука», тянущаяся три года сага о просверленном отверстии в пристыкованном к станции корабле «Союз» – и похоже, Россия попыталась неофициально возложить ответственность за это на американскую астронавтку, а также грядущий запуск на орбиту съемочной группы фильма «Вызов», из-за противодействия которому, по слухам, космонавт Сергей Крикалев был практически уволен с поста директора пилотируемых программ.

Космонавт Антон Шкаплеров, актриса Юлия Пересильд и режиссер Клим Шипенко готовятся к полету на МКС

Запуск «Науки»

Строительство модуля для МКС продолжалось – с большими паузами – четверть века. В 2013-м в топливной системе обнаружили металлическую стружку, запуск был надолго отложен. Наконец, в июле 2021 года модуль «Наука» вывели в космос. Корректировка орбиты прошла с задержками из-за неполадок, а когда модуль уже был пристыкован к МКС, на нем самопроизвольно включились двигатели, и, чтобы вернуть станции ориентацию, потребовалось включить двигатели у другого российского модуля.

Первым, или одним из первых, о проблемах с корректировкой орбиты «Науки» сообщил Анатолий Зак, журналист, создатель портала russianspaceweb, автор книги о советской и российской истории освоения космоса и энтузиаст, чье признание в любви к «Спутнику-1» можно прочитать в National Geographic. Зак эмигрировал в США в 90-х, но многократно возвращался в Россию и детально исследовал российскую космическую программу. Он вел онлайн-репортаж о запуске «Науки»:

– В связи со спецификой журналистской деятельности, которая в России существует, легко быть первым, поскольку там не особо разрешают даже задавать вопросы подобного рода. Надо сказать, что я за этими двигателями следил последние 20 лет. Было понятно, что двигательная система – одна из критических систем на модуле и что жизнь и смерть этого проекта зависит от того, как будут работать двигатели. Я был готов к таким вещам, зная 25–30 лет истории этого аппарата. Когда начинался проект МКС в 1993 году, НАСА заказало строительство модуля «Заря», который был запущен в ноябре 1998 года и стал первым элементом Международной космической станции. Одновременно Центр Хруничева строил дублер «Зари» за свои средства на случай неудачного пуска. Когда модуль был благополучно запущен, встал вопрос, что делать с дублером, который был готов процентов на 70. Были долгие дебаты, в итоге в начале 2000-х решили его перестроить в многоцелевой лабораторный модуль, который стал потом «Наукой». Следующие 20 лет шло строительство ни шатко ни валко, был целый ряд технических проблем. Была найдена проблема с двигателями, она задержала запуск на 7 лет. Но история его строительства не прерывалась – и в условиях неритмичного финансирования и изменения графиков модуль в итоге полетел в 2021 году.

Стыковка «Науки»

Многие узлы успели быть установленными, отслужить свой срок, по-прежнему находясь на Земле

– За эти 25 лет произошла компьютерная революция, раньше системы управления весили несоразмерно больше. Кажется, что в этих условиях невозможно строить что-то 25 лет, особенно на фоне новых и довольно быстрых космических стартапов.

– Вы нажимаете на больное место российского космоса. Естественно, на «Науке» за это время многие узлы успели быть установленными, полностью отслужить свой срок, по-прежнему находясь на Земле, и затем пришлось либо волевым решением продлить срок службы этих компонентов, либо менять. И это происходило несколько раз на протяжении жизни модуля на земле: продлевать сроки службы систем, ремонтировать, заменять вышедшие из строя части. Были улучшения. Но какие-то узлы, например, элементы системы сближения, изготовленные на Украине, как были на борту, так и полетели.

Сложности на орбите

Пришлось модуль вернуть обратно на завод, полностью все это перебирать

– Давайте поговорим о проблемах с двигателями.

– У этого модуля очень сложная двигательная установка, как у всех аппаратов, которые рассчитаны на маневрирование в космосе и активное сближение с другими аппаратами. Есть главные двигатели: после того как ракетоноситель вывел модуль на начальную, «парковочную» орбиту, они ответственны за ее коррекцию. Затем у модуля есть целая плеяда двигателей ориентации, которые отвечают за то, чтобы аппарат находился в правильном положении в космосе, разворачивают его. Двигательная система была разработана в 60–70-е годы для корабля ТКС, который был архитектурной основой модуля. Двигатели были похожи на те, что использовались в 70–80-е годы на аппаратах подобного типа. Двигательную установку для модуля построили в 90-е годы, и естественно, ее пришлось перебирать при адаптации дублера, нужно было разрезать много трубопроводов системы подачи топлива под давлением. Это сложный лабиринт топливных линий. В какой-то момент во время этой переделки топливные линии были загрязнены, туда была занесена металлическая стружка. Это было обнаружено, по существу, при подготовке к отправке модуля на космодром в районе 2013 года, пришлось модуль вернуть обратно на завод, полностью все это перебирать.

Помните известный кувырок ракеты «Протон» в 2013 году?

– Звучит чуть анекдотически, будто враги прокрались и насыпали железной стружки в баки. Откуда она была?

– На самом деле этот анекдот можно продолжить. Этому нет документального подтверждения, но, по слухам из надежных источников, инженеры или мастера, которые были ответственны за распиливание трубопроводов, когда происходила адаптация модуля для новых целей, думали, что аппарат идет на утилизацию, что они работают на свалку. И когда они пилили эти трубопроводы, – а когда пилят металл, идет стружка, – не было никаких мер предосторожности, чтобы предотвратить попадание стружки внутрь трубопроводов. Естественно, если стружка попадает внутрь, в лабиринт трубопроводов, она начинает путешествовать по ним, попадать в клапаны. Легенда такова, правда это или нет. И мы знаем много примеров в недавнем прошлом космической индустрии России, где были перепутаны сплавы, и датчики были установлены вверх ногами, – помните известный кувырок ракеты «Протон» в 2013 году? Хруничев – их много раз ловили с серьезными проблемами с контролем качества. Потом обнаружилось, что не только топливная система, но и топливные баки, которые имеют очень сложную конструкцию, оказались загрязнены. Внутри этих баков – аккордеоноподобные мембраны, и многолетние попытки их очистить не удались. Модуль отправили в полет как есть, и это был риск, поскольку система работает при высоком давлении, и можете себе представить, что бывает, когда в камеру сгорания попадают инородные элементы. В космонавтике всегда есть риск, но можно сказать, что риск с модулем был повышенным в части работы двигательной установки. Для уменьшения риска в систему были установлены дополнительные клапаны, которые должны были отсекать участки с утечками или другими проблемами. Нужно было переписать программное обеспечение, которое управляло всем этим. В полете из-за проблем с программным обеспечением не те клапаны были открыты. Произошло смешение системы, которая работает на низком давлении, с системой, которая работает на высоком давлении, что крайне опасно для главных двигателей модуля, и это грозило, вообще говоря, выведением из строя двигательной системы, что привело бы либо к потере ориентации, либо к неспособности корректировать орбиту, что мы, собственно, видели в начале полета. Специалисты проблему решили на ходу, удалось провести все коррекции, стыковка была в итоге успешно проведена. Главные двигатели, которые используются для коррекции орбиты, не могли быть использованы, поскольку давление в системе поднялось выше уровня, на который двигатели рассчитаны (они должны работать при низком давлении, у них есть свой турбонасос, он создает давление на входе в камеру сгорания). Надо отдать дань уважения специалистам, которые немедленно адаптировали эту программу для новых условий, чтобы сначала могли использоваться небольшие двигатели. Система устроена таким образом, что, когда эти двигатели работают, они снижают давление в системе. Таким образом давление снизили до уровня, при котором главные двигатели могли вступить в строй. Но такой вариант был более дорогостоящим в смысле расхода топлива, – и мы пришли к моменту стыковки только с одной попыткой сближения со станцией (первоначально топлива было на две попытки сближения). Если бы не удалось состыковаться, мы бы наблюдали, что модуль медленно терял высоту и постепенно вошел бы в атмосферу.

(Рогозин отрицал, что у модуля “Наука” была лишь одна попытка совершить стыковку. – Прим.)

Была такая борьба между двумя аппаратами

Потом была еще одна проблема, вызванная ошибкой в программном обеспечении. Когда уже все успокоились, примерно через три часа после стыковки, модуль включил свои двигатели. Как сейчас говорят, он включил двигатели на отвод, хотя сейчас разбираются специалисты, что точно было. Видимо, где-то в программе не было сигнала о том, что стыковка произошла, что модуль пристыкован и должен отключить двигательную систему. Возможно, система подумала, что модулю нужно поменять ориентацию или нужно отстыковаться в связи с какой-то проблемой, и включила двигатель. Будем надеяться, что специалисты дадут подробный отчет. Поскольку модуль был жестко пристыкован к станции, вся станция начала вращаться, соответственно, экипажу и Центру управления полетами нужно было время понять, что происходит, и включить двигатели служебного блока, чтобы противостоять этому вращению. Была такая борьба между двумя аппаратами, но в итоге удалось двигатели на борту нового модуля отключить и восстановить ориентацию станции.

– Компенсировать вращение, приданное «Наукой», пытался другой российский модуль?

– Модуль «Звезда» и грузовой корабль «Прогресс», который пристыкован был к станции, их двигатели были использованы для того, чтобы восстановить ориентацию станции.

– Дикая, конечно, картинка, что два российских модуля борются между собой.

– Но это как раз то, что произошло.

– Я правильно понимаю, что модуль «Наука» выжег все свое топливо и он не заправляемый?

– Есть нюансы. Баки, которые использовались двигателями, включившимися во время инцидента, пусты, согласно телеметрии, которая у нас есть. Эта система полностью деактивирована, но на модуле есть другая группа двигателей, предназначенная специально для ориентации станции, есть так называемые транзитные топливные магистрали, которые позволяют передавать топливо от грузового корабля. Но это не те двигатели, которые создали все неприятности.

Стыковочный узел рассчитан на динамические нагрузки

– Есть ли тревога из-за того, что во время борьбы двух модулей, пристыкованных к станции, возникло напряжение в стыковочных узлах, через которые передавался момент движения, – не грозит это появлением трещин?

– Это естественный вопрос. Но модуль «Наука» с самого начала рассчитывали расположить достаточно далеко от центра масс станции – вниз от ее основной оси, чтобы удобнее маневрировать ее, длинное плечо есть. Соответственно, стыковочный узел был рассчитан на все динамические нагрузки, связанные с изменением ориентации станции, передачей момента. Конечно, тут была нештатная ситуация, модуль включал двигатели без какой-либо программы, тяга была направлена в неизвестном направлении. Система ориентации станции противодействовала этому, она воспринимала это как нарушение ориентации, как какое-то беспорядочное вращение, пыталась повернуть станцию в противоположном направлении. Это могло теоретически создать динамические нагрузки, если не на стыковочный узел, то, может, на более слабые элементы, например, радиаторы солнечной батареи – вы видите на картинках, они всегда соединены такими тоненькими палочками, маленькие колесики деликатные, которые вращают все эти элементы. Для них это был достаточно значительный стресс. НАСА признало, что была опасность повреждения и радиаторов, и солнечных батарей. Они даже просили астронавтов посмотреть в окно и убедиться, что нет повреждений, после того как инцидент произошел. Была опасность повреждения, но, в общем, модуль, стыковочные узлы и основная конструкция станции на подобные вещи рассчитаны.

Контроль качества

Гироскоп «Фрегата» был установлен по документации, которая писалась для Байконура, а летел он с Восточного

– Вы сказали, что-то почудилось программному обеспечению модуля «Наука». И в 2017 году была история с падением «Фрегата»: сначала появились сообщения, будто программа посчитала, что запуск совершен с Байконура, а на самом деле его запустили с Восточного. Потом вроде опровергли, при этом в официальном заключении говорилось про «несовершенство алгоритмов программного обеспечения» и признавалось, что если бы запуск был проведен с Байконура, все было бы в порядке.
Тут, конечно, хочется спросить: что происходит с программным обеспечением, это какие-то системные ошибки?

– Я не специалист в программном обеспечении, а в отношении «Науки» сейчас идет расследование. Как я уже сказал, при строительстве модуля в последний момент были добавлены клапаны в [топливную] систему – из-за риска утечки. Должно было измениться и программное обеспечение, оно должно предусмотреть каждую ситуацию и комбинацию ситуаций, всевозможные комбинации положений клапанов, систем, команд и сигналов, и как они накладываются друг на друга. Это задача титаническая. Вы знаете даже по домашним компьютерам, они иногда начинают какие-то вещи делать помимо наших команд или не делают то, что им командуют. [А с «Фрегатом»] – это было не совсем даже программное обеспечение. Оно работает в сочетании с навигационными системами, датчиками. Здесь мы имеем дело с установкой гироскопической системы, которая позволяет кораблю ориентироваться. Система устанавливается согласно спецификациям географического положения, откуда ракета взлетает. В данном случае гироскоп верхней ступени, «Фрегата», был установлен по документации, которая писалась для Байконура, а летел он с Восточного.

Когда вы видите участившиеся аварии – это манифест того, что система не работает в области контроля качества

– Россия – наследница мощнейшей космической программы СССР. Понятно, 90-е нанесли удар, но, если я правильно понимаю, было довольно успешное международное сотрудничество вроде МКС, и это источник финансирования. Можно услышать критику, что современная российская космическая программа доезжает на советском наследии, а сама мало на что способна. С другой стороны, это гигантская работающая отрасль, решающая сложные задачи, но мы регулярно видим проблемы, подобные тем, что мы обсуждали. К примеру, вы в анализе для исследовательской организации CNA указывали, в частности, что в российской космической программе сейчас страдает контроль качества. С вашей точки зрения, за последние 25–30 лет упал уровень отрасли или это частные проблемы, а основы по-прежнему сильны?

– Это философский вопрос, и мое мнение тут может быть субъективным. Российская ракетно-космическая отрасль весь постсоветский период развивалась крайне неоднородно. Когда Россия унаследовала огромный военно-промышленный комплекс, который остался от Советского Союза, она, во-первых, не могла его себе финансово позволить, во-вторых, не могла его полностью использовать. Большие сегменты сектора были потеряны, и с ними были утрачены компетенции и опыт в некоторых областях. Космическая техника – крайне многогранная область, есть двигатели, есть электроника, материалы, конструкция ракет. Для всего нужны свои институты, свои конструкторы, и было невозможно содержать их в постсоветский период, нужно было делать крайне жестокий выбор, кого оставить, кого продолжать финансировать. Были предприняты радикальные шаги, чтобы вывести индустрию на коммерческий рынок, интегрировать ее в мировую экономику. Это было благополучно сделано, и благодаря этому ядро отрасли удалось сохранить в 90-е годы, и даже развивать определенные секторы. Например, блок «Фрегат», который мы упоминали, был в основном разработан в постсоветский период и позволил России удерживать позиции на коммерческом рынке запусков. Ракета «Протон» была разработана в середине 60-х годов, но прошла целый ряд модернизаций, в том числе и в постсоветский период, которые позволили ей быть рабочей лошадкой коммерческого космоса до определенного периода. Но в то же время происходила утечка мозгов, снижение зарплат в отрасли, были коррупция и плохое управление. Результатом стала потеря контроля качества. Ее крайне сложно измерить, но у нас есть один показатель – успешные пуски. Когда вы видите участившиеся аварии – это манифест того, что система не работает в области контроля качества. Большая политика тоже вмешалась, поскольку для космонавтики чрезвычайно важна интеграция в мировую экономику, необходимо общение ученых и специалистов, необходимы коммерческие проекты, которые инвестируются, в том числе, из иностранных источников.

Запуск «Союза» с «Фрегатом» для выведения на орбиту спутников OneWeb в сентябре 2021 года

Сочетание высокой аварийности и политической изоляции практически исключили Россию из соревнования за коммерческих клиентов

Положение России на международном рынке космических запусков приносило солидную прибыль, позволяло отрасли выжить, но все это было в большой степени разрушено в 2010-х годах в результате снижения контроля качества и одновременно политической изоляции России на мировом рынке. И мы получили то, что мы имеем сейчас. По существу, «Протон» перестал быть каким-либо игроком на рынке запусков. У России остался один тип ракетоносителей – это «Союз», который сейчас активно используется в российской космической программе. Есть большой коммерческий проект OneWeb, который играет огромную роль с точки зрения поддержания Россией положения на международном рынке (Россия выводит на орбиту спутники для предоставления доступа к интернету по всему миру. – Прим.). Но как дальше будет складываться ситуация, не совсем понятно. Сочетание высокой аварийности и политической изоляции практически исключили Россию из соревнования за коммерческих клиентов. Во-первых, возросли страховки на российские ракетоносители в связи с тем, что была высокая аварийность. Даже если российская космическая отрасль могла предложить рынку свои ракеты по более низкой цене, чем западные конкуренты, то страховка эту разницу компенсировала. И сам этот вопрос не имеет сейчас никакого значения, поскольку в Россию иностранные клиенты не идут. Есть санкции, Россия изолирована на международной арене, о чем может идти речь? Если, конечно, появится чудесное средство выведения, которое будет значительно дешевле, чем американские или европейские средства выведения, тогда да, наверное. Но любая инновация, радикально новое техническое средство требует значительных инвестиций, высокого уровня научно-технического развития, энтузиазма и мотивации людей, которые проектируют подобную технику. Я бы сказал, что в России с этим достаточно сложно сейчас.

Россия vs СССР vs США vs Китай

Двигатели никуда сами не полетят без инфраструктуры

– С инновациями тоже сложно? В Сколково были какие-то космические стартапы, правда, в 2010-х часть из них перебралась в Америку.

– Вы, может, видели что-то в Сколково, я не видел конкретных результатов, наоборот, я видел весьма печальную историю с фирмой «Даурия». Я видел другие проекты, которые пытались запустить частные предприниматели в России, и, честно говоря, затрудняюсь сказать, какой из них достиг стартовой площадки. У меня впечатление, что это в корне не работает без обмена мнениями, гарантиями инвестиций, возможности получить инвестиции, в том числе из-за рубежа – это дело обречено. Соответственно, я вообще не вижу революционных инноваций, которые бы могли перевернуть отрасль. Хотя надо отдать должное российским двигателистам, которые во многих случаях на много лет опередили время. Но двигатели никуда сами не полетят без инфраструктуры, без того, чтобы был полный комплекс всех необходимых элементов, которые требуются для того, чтобы создать такую сложную систему, как ракетоноситель, космический аппарат. Соответственно, если у вас даже есть какие-то сегменты с талантливыми людьми, но если у вас нет в комплексе общей экономики, которая открыта к инновациям, которая сама интегрирована в мировую экономику, то крайне сложно себе представить, как это будет работать на таком отдельно взятом участке.

Китайский ровер на Марсе

Космическая гонка даже с Китаем с треском проиграна

– Россия в последние годы инвестировала существенные средства в развитие новых видов вооружений, вы в докладе для CNA писали, что Москва готова вкладываться в космос, в технологии двойного назначения. При этом вы там же приводите старый советский анекдот: приезжают японцы, их спрашивают, насколько Советский Союз отстал от Японии в электронике, они отвечают – навсегда. Но предположим, Россия сейчас направит гигантские средства в космическую отрасль, она сможет вернуть позиции в космосе?

– Это опять политические и макроэкономические вопросы, в которых я не совсем эксперт. Наверное, России будет сложно сравниться в инвестициях в военно-промышленный комплекс с теми, которые мог позволить себе Советский Союз, – во многом за счет обнищания советского населения и разрушения по существу советской экономики. Как мы помним, это была система, которая не способна была прокормить население, дать всем носки, рубашки, элементарные вещи вроде туалетной бумаги, поскольку основные средства шли на развертывание баллистических ракет и строительство других вооружений. Россия может попробовать этот сценарий, но как поведет себя российское население, остается вопросом. Безусловно, в последние 20 лет, во время правления Путина мы видим значительные инвестиции в военную отрасль, но, думаю, они несравнимы с теми, что делал Советский Союз. Особенно они несравнимы по результатам. Возможно, опять на анекдотичном уровне, но мое впечатление, что военно-промышленный комплекс Советского Союза был менее коррумпирован и более эффективен, чем то, что имеется сейчас в России. Соответственно, я несколько скептически вижу перспективу, скажем, России, пытающейся вести гонку вооружений или технологическую гонку на уровне Соединенных Штатов. Мы видим хороший пример с идеей высадить российского космонавта на Луне (Россия обещает сделать это в районе 2030 года. – Прим.). Сейчас мы видим, что космическая гонка даже с Китаем с треском проиграна. Китай за последние 10–15 лет посадил на лунную поверхность несколько сложных аппаратов, Россия посадила ноль аппаратов. Китай полностью своими силами создал космическую станцию, начал сборку ее непосредственно на орбите, полностью осуществляет независимую пилотируемую космическую программу. Одновременно мы видим Россию в положении, где много говорится громких слов о том, как замечательно пилотируемая программа выглядит, но на самом деле она сейчас полностью зависит от программы Международной космической станции, от Соединенных Штатов. Китай ввел в действие целый ряд ракетоносителей, которые по существу либо сравнились с тем, что было в Советском Союзе и в России, либо в некотором роде превзошли то, что было и есть в России. Соответственно, справедливо констатировать, что Китай догнал и перегнал российскую космическую программу.

РОСС

Вопрос, сможет ли финансово Россия потянуть подобный проект

– Давайте поговорим о национальной орбитальной служебной станции, которую Россия собирается построить в одиночку. Москва заявила о планах выйти из проекта МКС после 2024, хотя НАСА вроде говорит о намерении продлить существование станции.

– Есть библейское выражение о письменах на стене, эти письмена уже написаны. Международная космическая станция приближается к тому моменту, когда ее просто будет невозможно эксплуатировать, даже если не будет никаких политических и прочих проблем, – она приближается к естественному концу. В России с самого начала, уже почти 20 лет, была идея, что международную космическую станцию должна заменить национальная космическая станция, которая была бы независима от партнеров и где Россия играла бы ключевую роль, эта станция была бы главным пунктом назначения для российских космонавтов. Вопрос только, сможет ли финансово Россия потянуть подобный проект. В проекте Международной космической станции России принадлежит ведущая техническая роль при том, что около 90% финансирования осуществляют другие партнеры. Россия нашла себе в 90-е годы идеальный вариант: она поставляла технологии и благодаря этим технологиям имела лидирующую роль в проекте, который во многом финансировали другие. Если вы возвращаетесь обратно к ситуации, где станция построена только одной страной, как, например, сейчас делает Китай, то вся бюджетная нагрузка ложится на эту страну. Это огромная дилемма для России, поскольку это вопрос финансирования технически крайне сложной и дорогостоящей инфраструктуры и в космосе, и на земле. Это гораздо более значительная финансовая, техническая и политическая нагрузка на всех российских участников по сравнению с тем, что они сейчас несут в проекте международной станции.

Мы видели темпы сборки российского сегмента, которая началась в 1998 году, – и он не собран до сих пор

– Технологически Россия может потянуть самостоятельно построить станцию и оперировать ею, у нее есть ресурсы?

– Это тоже хороший вопрос. Деньги и технические возможности взаимосвязаны. Россия сейчас управляет крайне сложным комплексом на орбите, российский сегмент с инженерной, технической точки зрения играет ключевую роль в проекте МКС. Соответственно, все эти компетенции и технологии могут быть перенесены с успехом в новую станцию. По существу, все, что у России есть на МКС, может быть, в принципе, использовано для создания новой станции. Большое «но» заключается в том, что если вы просто сейчас отделите российский сегмент от американского и зададите ему задачу существовать как отдельной станции, он этого не сможет сделать за отсутствием целого ряда компонентов. Более того, он не сможет это сделать из-за возраста модулей, в том числе «Науки», которую только что запустили. Системы, которые были спроектированы 30 лет назад, построены, может, 10–15 лет назад, находятся на краю операционного времени существования, гарантий и так далее. Нужно будет эту станцию сделать без партнеров, обеспечив все функции – двигательную, энергоснабжения, поддержки системы жизнеобеспечения, – и все это должно будет осуществляться российской стороной. Сейчас на Международной космической станции российский сегмент получает электроэнергию от американского сегмента. В России строится научно-энергетический модуль, который даст станции эти все необходимые качества. Но у него, например, нет возможности для выхода в открытый космос, а это абсолютно необходимо, на данном этапе развития техники станции не могут существовать без космонавтов, выходящих в открытый космос. То есть нужен шлюзовой модуль. Необходимы гироскопы для поддержания ориентации, если мы не хотим все время возить туда топливо. Значит, нужно либо модуль переделать, либо добавить еще один модуль, который привезет туда гироскопы. Мы видели темпы сборки российского сегмента, которая началась в 1998 году, – и он не собран до сих пор. Сейчас уже не будет 20 лет, нужно будет в течение 5 лет создать, запустить и собрать все эти модули в одну новую станцию.

Даже Советскому Союзу было весьма сложно собрать подобную станцию

– С другой стороны, в 80-е годы Советский Союз все это успешно проводил. Вопрос вот в чем: технологически космос сейчас сильно ушел вперед? Грубо говоря, возможно ли повторить то, как 40 лет назад Советский Союз автономно держал на орбите свою станцию, или это уже невозможно, и нужны какие-то новые технологии?

– Архитектурно станция, которую планируют после МКС, с некоторыми отличиями будет похожа на станцию «Мир». Ее начали строить в Советском Союзе, но СССР, кстати, так и не смог ее достроить. Два последних модуля финансировали американцы уже в 90-е годы. Даже Советскому Союзу было весьма сложно собрать подобную станцию. В России эти модули будут собираться по похожей схеме, но будут, естественно, иметь современную электронику, системы, которые разработаны сейчас. Это будет эволюционный подход. Многие принципы, которые были разработаны на «Мире» и на МКС, будут напрямую использованы при создании станции. Это легко доказать, потому что модуль, который сейчас строится на земле, первоначально предназначался для МКС, а сейчас его прочат как центральный модуль новой станции, поскольку на МКС ему не остается времени летать. Хотя опять же есть варианты, это нерешенный пока вопрос.

Иллюстрация американской программы по возвращению людей на Луну

Программа нацелена на освоение глубокого космоса, прежде всего окололунного пространства

– А что будут делать американцы и европейцы, когда МКС прекратит существование?

– У американцев есть параллельная программа освоения окололунного пространства, поверхности Луны. Они уже много лет строят новый корабль для глубокого космоса «Орион», который сейчас выходит на финишную прямую. Для него строится огромная ракета, после многих проблем ее доводят до конца. Эта программа не предназначена для околоземной орбиты, она нацелена целиком на освоение глубокого космоса, прежде всего окололунного пространства. Одновременно есть частные инвесторы в США, которые обещают создать новую станцию на базе МКС. Компания Axiom, например, разрабатывают новые модули, которые будут первоначально пристыкованы к МКС, а когда МКС закончит свою работу, они будут отстыкованы и станут новой станцией. То есть это подобие российской стратегии, только в Соединенных Штатах она осуществляется на уровне частного сектора. Сможет ли эта компания все осуществить – естественно, вопрос, поскольку это частная компания, которая зависит от инвестиций, но такая программа есть и развивается параллельно с программой освоения окололунного пространства. То есть у американцев и европейцев есть план А и план Б, есть варианты, где они могут занять своих астронавтов, причем миссии более интересные, чем на Международной космической станции.

Дыра в корабле

Это чрезвычайно понравилось националистам и женоненавистникам, которых в России много

– Поговорим о сотрудничестве России с Западом в космосе. Есть странная история с дыркой в «Союзе», которую обнаружили по утечке воздуха в 2018 году. Ее явно просверлили – Россия отрицала, что это могло быть сделано на Земле, велось длительное расследование, а тем временем в российских СМИ появлялись невнятные указания на американских астронавтов. Наконец, в августе ТАСС опубликовал статью журналиста Михаила Котова, где со ссылкой на некий источник сообщалось о возможном заболевании астронавтки Серины Марии Ауньон-Чанселлор и утверждалось, что это могло «привести к попыткам разными способами ускорить ее возвращение на планету». В защиту Ауньон-Чанселлор выступили глава пилотируемых программ Кэти Людерс и Билл Нельсон, они заявили о беспочвенности обвинений.

После этого глава «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин написал в твиттере: «Никто ее никогда не обвинял. Я прочитал интервью с блогером Котовым. В мире много блогеров, но тут устроили истерику из-за одного из них. «Роскосмос» никого не обвиняет, мы не хотим проблем в нашем сотрудничестве». У вас есть представление о том, что произошло и почему астронавтка была выбрана адресатом анонимного обвинения?

– Никаких реальных источников информации о том, как эта ситуация развивалась, к чему привело расследование, я не видел. Я не знаю, кто просверлил дырку в корабле, но думаю, что она была просверлена на земле. Могу только догадываться, что, наверное, дырка была сделана во время сборки или испытаний корабля. Она была примитивным методом заделана, корабль отправился в полет, и пока затычка держала давление, это все было покрыто тайной. Когда затычка выпала, началась утечка, и вскоре дырка была найдена экипажем. Почему выбрали астронавтку? Потому что она женщина. Притянули за уши целый ряд полуфактов, полуправдивых историй, создали историю совершенно на уровне Эллочки Людоедки, запустили циркулировать в средства массовой информации. Это чрезвычайно понравилось националистам и женоненавистникам, которых в России много. Соответственно, скандал дошел до опровержений со стороны руководства НАСА.

Рогозин/Маск

Мы живем в цирковой атмосфере

– Рогозин может в Думе увязывать участие России в МКС с отменой санкций, а потом в интервью CNN заявлять, что это проблема перевода, и что он такого, скорее всего, не говорил. Он пикируется с Илоном Маском, – знаменитая история, как Рогозин предложил США доставлять астронавтов на МКС с помощью батута, и когда SpaceX построили Crew Dragon, Маск сказал: «Батут работает». В этом даже есть что-то трогательное: Маск хвалит российские двигатели, эта их переписка в твиттере скорее комплиментарна Рогозину. Он – специфическая фигура, про него легко в принципе говорить, что он некомпетентный руководитель, что все зло от него. Но может, он, скорее, олицетворение, симптом, нежели причина?

– Вопрос философский. Стили поведения Маска и Рогозина несколько похожи, какие-то выпады в интернете, высказывания не совсем понятные, мелкая ругань с читателями – это есть и у Рогозина, и у Маска. Я думаю, что знак нашего времени, и в большой политике можно заметить подобного рода тенденции. Космическая отрасль не исключение. Соответственно, когда вы имеете цирковую атмосферу, можно сказать, окружающую космос, особенно в обстановке, когда все политизируется – раньше это была война между разными идеологиями, но сейчас это даже не война – это чисто национализм. Космос – это одно из направлений, где националисты сталкиваются друг с другом, используют каждую ситуацию, чтобы доказать свою правоту и превосходство. Мы живем в такой цирковой атмосфере. Космос с самого первого дня, с самого первого спутника был прежде всего соревнованием, использовался для политической пропаганды. То же самое происходит в России, только на более неформальном уровне. Малообразованная озлобленная публика озабочена тем, чтобы доказать что-то американцам.

Нас ждет период охлаждения и разрушения этого сотрудничества

– Эта националистическая обертка вредит делу или это просто пиар и к делу отношения не имеет, и люди, которые реально занимаются космической программой, спокойно сотрудничают с западными коллегами?

– Скорее всего, эта недружелюбность – симптом, который отражает положение российского общества: увеличивается политическая изоляция России, уменьшается количество областей, где российские ученые, специалисты и бизнесмены могут взаимодействовать с Западом. Это создает нездоровый климат внутри России, вредит и международному сотрудничеству, которое идет на убыль. Сейчас практически закрыты перспективы международного сотрудничества, программы, которые были начаты в постсоветское время, в детант 90-х годов. Действия руководителей России и российской космической отрасли во многом способствуют разрушению этого сотрудничества, и, по моему мнению, нас ждет период охлаждения и разрушения этого сотрудничества, мы через несколько лет это увидим. Механизмы, которые были запущены нынешними капитанами космической отрасли и политическими лидерами России, уже дают о себе знать, но дадут о себе знать и в пилотируемой программе в ближайшие годы, если не произойдет резкого поворота к лучшему.

Как узнать, подлежишь ли ты мобилизации

24.09.2022 в 08:01

Общество

2675

Поделиться

Фото: архив «МК в Калуге»

Для того, чтобы узнать подлежит ли человек мобилизации, необходимо лично явится в военкомат.

«Узнать, подлежите ли вы мобилизации, можно в военкомате по месту пребывания. Там, где вы фактически проживаете в данный момент», — сообщается на сайте Объясняем.РФ.

Ранее президент Владимир Путин объявил о частичной мобилизации. В Калужской области, в первую очередь, призовут чуть более 2,5 тысяч человек. Первые 10 мобилизованных калужан уже были отправлены 23 сентября.

Подписаться

Авторы:

• Елена Одинцова

Владимир Путин
Калуга
Калужская область

• 30 авг

  Престиж и пополнение бюджета: названы плюсы коротких автомобильных номеров

• 22 авг

  Штраф за невыгул: назван способ перевоспитания российских собаководов

• 16 авг

  Названо лучшее средство от пробок на дорогах России

Что еще почитать

• Синие тени, графические стрелки, яркие губы: какой макияж в моде осенью 2022

  1367

  Елена Одинцова

  Калуга

• Самые вкусные оладьи из кабачков по-новому

  15516

  Елена Одинцова

  Калуга

• Норкин раскрыл судьбу Украины после референдумов

  45321

  Эмма Грибова

• Лукашенко на встрече с Путиным говорил вчетверо больше него

  24972

  Елена Егорова

• Одноклассница рассказала об ижевском стрелке: был «терпилой»

  Фото

  26614

  Светлана Самоделова

Что почитать:Ещё материалы

В регионах

• Путин объявил частичную мобилизацию в России: кого коснётся

  47795

  Рязань

  Анастасия Батищева

• В Магнитогорском драмтеатре рассказали о режиссере Сергее Пускепалисе, погибшем в ДТП

  13467

  Челябинск

  Альбина Хохлова

• Костромские проблемы: в наших лесах исчезли грибы

  13050

  Кострома

• В Петрозаводске идти в военкомат по мобилизационным предписаниям не надо

  10290

  Карелия

  Максим Берштейн

• Частичная мобилизация: кого призовут в Приморье (обновляется)

  8283

  Владивосток

  Александр Серенький

• Военком Приангарья рассказал об особенностях частичной мобилизации в регионе

  5908

  Иркутск

В регионах:Ещё материалы

В Шурышкарском районе теплоход с сотней пассажиров сел на мель

24. 09.2022 в 09:54

Происшествия

349

Поделиться

Фото: vk.com Администрация Шурышкарского района

23 сентября на Малой Оби в Шурышкарском районе сел на мель теплоход «Метеор». Об этом сообщили представители администрации муниципалитета на своих страничках в соцсетях.

По информации ИА «Север-Пресс», судно шло из Березово в Салехард и должно было прибыть в Мужи. В трех километрах от Шурышкар оно село на мель.

На борту было около 100 пассажиров — никто не пострадал. Людей доставили в окружную столицу суднами КС-162 «Роман Ругин» и «Петр Хатанзеев».

Специалисты обследуют обстановку, чтобы снять «Метеор» с мели.

Ранее мы рассказывали, что на реке Пуровского района теплоход получил пробоину.

Подписаться

Авторы:

• Галина Чебыкина

Шурышкарский район
Салехард
Пуровский район
Ямал
ЯНАО

• 30 авг

  Престиж и пополнение бюджета: названы плюсы коротких автомобильных номеров

• 22 авг

  Штраф за невыгул: назван способ перевоспитания российских собаководов

• 16 авг

  Названо лучшее средство от пробок на дорогах России

Что еще почитать

• Администрацию Салехарда научили работать с обращениями северян в соцсетях.

  Фото

  125

  Галина Чебыкина

  Ямал

• Новый Уренгой и Салехард возглавили рейтинг городов РФ по уровню зарплат

  353

  Екатерина Руденко

  Ямал

• Норкин раскрыл судьбу Украины после референдумов

  45321

  Эмма Грибова

• Лукашенко на встрече с Путиным говорил вчетверо больше него

  24972

  Елена Егорова

• Одноклассница рассказала об ижевском стрелке: был «терпилой»

  Фото

  26614

  Светлана Самоделова

Что почитать:Ещё материалы

В регионах

• Путин объявил частичную мобилизацию в России: кого коснётся

  47795

  Рязань

  Анастасия Батищева

• В Магнитогорском драмтеатре рассказали о режиссере Сергее Пускепалисе, погибшем в ДТП

  13467

  Челябинск

  Альбина Хохлова

• Костромские проблемы: в наших лесах исчезли грибы

  13050

  Кострома

• В Петрозаводске идти в военкомат по мобилизационным предписаниям не надо

  10290

  Карелия

  Максим Берштейн

• Частичная мобилизация: кого призовут в Приморье (обновляется)

  8283

  Владивосток

  Александр Серенький

• Военком Приангарья рассказал об особенностях частичной мобилизации в регионе

  5908

  Иркутск

В регионах:Ещё материалы

Почему Россия отстала? Поищем ответ в средневековье

Введение. Космическая наука в двадцать первом веке: задачи на десятилетия с 1995 по 2015 год

Обзор

Науки о жизни были и останутся неотъемлемой частью нашей космической программы. Как и предполагалось в легенде об Икаре, полет может подвергнуть нас кислородному голоданию и экстремальным температурам, а космический полет добавляет микрогравитации и радиации. Мы не можем приспособиться к этим условиям или защитить себя от их последствий без глубокого понимания лежащих в их основе физиологических реакций. В многомесячных космических полетах утилизация отходов становится экономически привлекательной; на многолетних рейсах обязательно наличие управляемых экологических систем жизнеобеспечения. Исследование нескольких фундаментальных проблем биологии — роста растений, биоминерализации, вестибулярной функции и развития — также выиграет от доступа к лабораториям микрогравитации.

Мы являемся свидетелями рождения новой науки, сочетающей глобальную перспективу наук о Земле с принципами экологии. У НАСА есть опыт и организация, чтобы внести крупный вклад в глобальное исследование взаимодействия биоты с атмосферой, гидросферой и геосферой. Более глубокое понимание нашей биосферы окажет глубокое влияние на наши международные отношения и на нашу экономику.

Рассуждения о том, как зародилась жизнь, занимали некоторые из

лучшие умы тысячелетия. Рабочая группа считает, что теперь это разрешимая научная проблема. НАСА может возглавить интеграцию планетарных наук, молекулярной биологии и пребиотической химии. Результатом станет новое понимание нашего собственного происхождения и эволюции, а также более надежная оценка возможности жизни за пределами нашей Солнечной системы. Интеллектуальное влияние экзобиологии и глобальной биологии, вероятно, будет равнозначно молекулярной биологии.

Четыре дисциплины, рассматриваемые в этом отчете — экзобиология, глобальная биология, космическая биология и космическая медицина — охватывают чрезвычайно широкий спектр интеллектуальных предметов и технологий. Их родительские дисциплины — экология, молекулярная биология, химия, астрономия и медицина — хорошо известны. Но было так мало возможностей для полетов для исследований в этих областях, особенно в области космической биологии и медицины, что они еще не превратились в зрелые космические науки. Все они являются молодыми дисциплинами, все еще определяющими свои основные вопросы и стратегии. Их объединяет изучение жизни и особенно ее эволюции.

Экзобиология

Понимание происхождения, ранней эволюции и распространения жизни находится в центре внимания основных научных усилий НАСА. Ранняя среда Земли расшифровывается путем изучения биологических и химических окаменелостей в породах возрастом от 3 до 4 миллиардов лет. В нашей Солнечной системе имеются явные признаки органических реакций на поверхности и в атмосферах нескольких планет, на спутнике Титане, в кометах и ​​астероидах. Органические молекулы, многие из которых входят в состав живых организмов, были обнаружены в метеоритах, а также в межзвездном пространстве. Захватывающие открытия молекул, синтезированных в лаборатории в условиях, которые, как предполагается, существовали на примитивной Земле, привели к теоретическим исследованиям относительно происхождения жизни на Земле.

Текущая точка зрения, которая постепенно подтверждается, состоит в том, что химические вещества жизни изобилуют во Вселенной и что условия, которые привели к возникновению жизни на Земле, могут существовать и в других местах. Мы еще не знаем подробностей этой химии и не знаем, действительно ли жизнь зародилась где-то еще в нашей Солнечной системе или за ее пределами. Мы даже не знаем наверняка, существуют ли планеты за пределами нашей Солнечной системы, хотя есть все основания полагать, что они существуют. Это область исследований, которая подходит как для лабораторных экспериментов, так и для исследования космоса и включает в себя широкий спектр междисциплинарного сотрудничества.

К 1995 году целевая группа ожидает, что наши возможности в области экзобиологии заметно расширятся. К тому времени мы сможем исследовать кометы напрямую с помощью химического анализа, а также идентифицировать и количественно определять органические молекулы в этих телах и их связь с ранней планетарной историей. Мы также должны быть в состоянии с некоторой уверенностью определить наличие (или отсутствие) других планетных систем. Мы должны быть в состоянии собирать частицы космической пыли в космосе для детального физического и химического анализа, особенно для определения органического содержания. В то же время мы должны иметь возможность распространить поиск ключей к истории жизни на другие планеты, особенно на Марс, где Викинг провел лишь предварительные исследования, а также на Титан, Европу и, возможно, другие спутники других планет. Исследования этих тел должны включать в себя поиск свидетельств форм жизни, которые когда-то существовали, но больше не существуют. К 1995, мы также должны иметь возможность искать в нашей галактике с помощью радиотелескопов признаки разумных цивилизаций.

Глобальная биология/биосферная наука

Возможность путешествовать в космосе произвела революцию в нашем восприятии Вселенной и нашего места в ней. Теперь люди могут наблюдать за своей планетой издалека и созерцать ее целиком, в то же время применяя свой научный арсенал для решения множества проблем, недоступных никаким другим способом.

Земля необходима для существования человека; это единственная планета, на которой, как известно, есть жизнь. Наше понимание эволюционных отношений между живыми организмами и планетой ограничено и основано на местных или региональных данных, собранных в течение многих лет с помощью наземных наблюдений. Космические корабли обеспечивают средства получения глобальной перспективы, то есть наблюдения и измерения ключевых явлений в глобальном масштабе и непрерывно.

Основополагающим для понимания биосферы является расшифровка взаимосвязей между биологическими процессами и геохимико-геофизическими процессами. Например, изучение биогеохимических циклов путем изучения изменений содержания углекислого газа в атмосфере и периодических измерений глобальной биомассы и продуктивности в настоящее время возможно и своевременно. Мониторинг взаимодействия биосферы и климата, измерение биогенных аэрозолей, мониторинг изменений поверхности, вызванных такими явлениями, как обезлесение, опустынивание и сельское хозяйство, а также измерение продуктивности океана — все это виды деятельности, которые можно выполнять из космоса. Взаимодействия между биосферой и атмосферой также можно измерить из космоса. К ним относятся обмен следовыми газами между биосферой и атмосферой, последствия сжигания биомассы, химический цикл в тропосфере и загрязнение стратосферы.

Космические аппараты на околоземной орбите открывают захватывающую перспективу наблюдения за условиями окружающей среды, связанными со вспышками некоторых заболеваний, таких как малярия. Благодаря глобальному мониторингу важных переменных, таких как сезонные осадки и температура, можно прогнозировать вспышки популяций комаров. Такие исследования позволят гораздо более эффективно моделировать глобальную экологию. Это, в свою очередь, позволит распознать и понять угрожающие тенденции.

Поверхность Земли, рассматриваемая с точки зрения температуры, содержания воды, отложений и состава атмосферы, полностью отличается от той, которая, согласно предсказаниям, занимает промежуточное положение между Венерой и Марсом. Чтобы понять нашу планету, мы должны понять совокупное влияние 4 миллиардов лет жизни.

Контролируемая экологическая система жизнеобеспечения (CELSS)

Исследование человеком нашей Солнечной системы потребует длительных миссий. Это, в свою очередь, требует не только нашего понимания человеческой терпимости и ограничений, но и представляет чрезвычайно сложные технические и теоретические проблемы обеспечения воздуха, воды и пищи для пригодной для жизни среды. В конце концов мы больше не сможем доставлять с Земли достаточное количество припасов для поддержания длительных космических путешествий. Сам по себе вес и объем этих расходных материалов будут превышать грузоподъемность космического корабля. Мы будем вынуждены перерабатывать все больше этих материалов. Воздух должен очищаться и увлажняться или осушаться, вода очищаться и использоваться повторно, а продукты питания производиться и потребляться, а отходы перерабатываться и перерабатываться. Практически ничего нельзя отбрасывать в наглухо закрытых системах, необходимых для исследований продолжительностью в несколько лет. Эти системы должны быть тщательно оценены в полете перед планированием длительных полетов.

Какими бы огромными ни были эти инженерные проблемы, биологические проблемы такой системы жизнеобеспечения могут оказаться еще более сложными, особенно если человеческий вкус и психика требуют присутствия высших растений. Влияние микрогравитации на размножение, развитие и рост растений, особенно в сочетании с искусственным освещением, не изучено. Успех в этом начинании требует творческого сотрудничества между инженерами, химиками, диетологами и экологами. Помимо полезности управляемой экологической системы жизнеобеспечения (CELSS) в качестве вспомогательного средства жизнеобеспечения, концепция закрытия, хотя бы частичного, искусственной экосистемы представляет интерес для науки экологии и может предложить исследовательский инструмент значительной ценности для изучение принципов функционирования природных экосистем.

Космическая биология

На протяжении всей своей эволюции жизнь на Земле испытывала только одно g. Влияние этой вездесущей силы изучено недостаточно, за исключением того, что в структуре и функционировании живых организмов явно прослеживается биологическая реакция на гравитацию. В растительном мире появились датчики гравитации; корни растут «вниз», а побеги «вверх». У животных есть датчики гравитации во внутреннем ухе. Многие оплодотворенные яйца и развивающиеся эмбрионы ориентируют свои плоскости дробления относительно вектора силы тяжести. Доступ к лаборатории космической станции в условиях микрогравитации облегчит исследование клеточных и молекулярных механизмов, участвующих в восприятии силы всего 0,001 г и последующем преобразовании этого сигнала в нервный или гормональный сигнал. Серьезной проблемой для нашего понимания и освоения этих биологических реакций является размножение избранных видов высших растений и млекопитающих через несколько поколений в условиях микрогравитации.

Как было наглядно продемонстрировано Пастером, а также его бесчисленными последователями, исследования в области медицины и сельского хозяйства вносят вклад в фундаментальные исследования и извлекают из них пользу. Понимание реакции человека и растений на микрогравитацию имеет огромное практическое значение для пилотируемых космических полетов. Использование микрогравитации для устранения микроконвекции при выращивании кристаллов, в электрофорезе и в биохимических реакциях должно продолжать оцениваться как для исследований, так и для коммерческого применения. И наоборот, острая необходимость смягчить изнурительные эффекты костной и мышечной атрофии может привести к принципиально новому пониманию биоминерализации и контроля над транскрипцией и трансляцией генов. Хотя интуиция вряд ли является основой исследовательской стратегии, мы подчеркиваем ценность для науки в целом и для биологии в частности создания исследовательской среды, в которой творческий ученый может наблюдать непредвиденные явления. Затем эти вопросы становятся предметом логического анализа и формальных отчетов.

Биология человека и космическая медицина

Наша космическая программа должна создать возможности для пилотируемых космических полетов на несколько лет. Доступных данных так мало, что любой прогноз является предварительным. Физиологические эффекты кратковременных космических полетов, вероятно, будут терпимы или компенсированы, если не будут хорошо поняты и решены, к середине эры космических станций (примерно 2005 г.). Однако долгосрочные эффекты микрогравитации или даже пониженной гравитации Луны на костный и мышечный метаболизм и на сердечно-сосудистую функцию, вероятно, останутся малоизученными.

Члены экипажа защищены от ионного излучения магнитным полем Земли во время нахождения на малонаклоненных низковысотных орбитах шаттла и космической станции. Тем не менее, они будут подвергаться значительному облучению тяжелыми ионами во время межпланетных миссий или во время пребывания на лунной или марсианской базе. Это воздействие может иметь катастрофические последствия для центральной нервной системы, потому что недавно было показано, что излучение тяжелых ионов вызывает «однократное» повреждение, даже смерть неделящихся клеток.

Более общая проблема способности людей выживать в замкнутой, стрессовой среде приобретает новое значение и актуальность в связи с длительными космическими полетами. Помимо проблем невесомости и излучения тяжелых ионов, экипаж может столкнуться с повышенной микробной плотностью воздуха кабины, органическими и неорганическими токсинами (продуктами газовыделения), ограничениями в питании, проблемами оказания медицинской помощи в космосе. Эти физические нагрузки будут усугублять тяжелые эмоциональные нагрузки, связанные с работой и проживанием в закрытых помещениях. Многие из этих проблем не имеют земного аналога и должны быть изучены гораздо глубже, прежде чем мы сможем разрешить пилотируемую миссию на Марс.

Некоторые исследования в области космической биологии и медицины связаны со здоровьем и благополучием астронавтов. Другие компоненты представляют основной научный интерес и касаются фундаментальных вопросов, касающихся роли гравитации в жизненных процессах. Целевая группа считает, что эти две цели дополняют друг друга.

Реализация

В следующих главах обсуждаются состояние и цели этих пяти областей исследований — экзобиологии, глобальной биологии, управляемых экзологических систем жизнеобеспечения, космической биологии и космической медицины. В главе 8 обсуждаются приборы и технологии, необходимые для достижения этих целей. Целевая группа подчеркивает, что исследования живых организмов, включая человека, накладывают ограничения, не встречающиеся в других космических науках. С другой стороны, многие инструменты, а также стратегии глобальных биологов являются общими для ученых Земли. Точно так же раздел, посвященный экзобиологии, содержит многочисленные перекрестные ссылки на область исследования планет.

Введение. Космическая наука в двадцать первом веке: задачи на десятилетия с 1995 по 2015 год

Обзор

Науки о жизни были и останутся неотъемлемой частью нашей космической программы. Как и предполагалось в легенде об Икаре, полет может подвергнуть нас кислородному голоданию и экстремальным температурам, а космический полет добавляет микрогравитации и радиации. Мы не можем приспособиться к этим условиям или защитить себя от их последствий без глубокого понимания лежащих в их основе физиологических реакций. В многомесячных космических полетах утилизация отходов становится экономически привлекательной; на многолетних рейсах обязательно наличие управляемых экологических систем жизнеобеспечения. Исследование нескольких фундаментальных проблем биологии — роста растений, биоминерализации, вестибулярной функции и развития — также выиграет от доступа к лабораториям микрогравитации.

Мы являемся свидетелями рождения новой науки, сочетающей глобальную перспективу наук о Земле с принципами экологии. У НАСА есть опыт и организация, чтобы внести крупный вклад в глобальное исследование взаимодействия биоты с атмосферой, гидросферой и геосферой. Более глубокое понимание нашей биосферы окажет глубокое влияние на наши международные отношения и на нашу экономику.

Рассуждения о том, как зародилась жизнь, занимали некоторые из

лучшие умы тысячелетия. Рабочая группа считает, что теперь это разрешимая научная проблема. НАСА может возглавить интеграцию планетарных наук, молекулярной биологии и пребиотической химии. Результатом станет новое понимание нашего собственного происхождения и эволюции, а также более надежная оценка возможности жизни за пределами нашей Солнечной системы. Интеллектуальное влияние экзобиологии и глобальной биологии, вероятно, будет равнозначно молекулярной биологии.

Четыре дисциплины, рассматриваемые в этом отчете — экзобиология, глобальная биология, космическая биология и космическая медицина — охватывают чрезвычайно широкий спектр интеллектуальных предметов и технологий. Их родительские дисциплины — экология, молекулярная биология, химия, астрономия и медицина — хорошо известны. Но было так мало возможностей для полетов для исследований в этих областях, особенно в области космической биологии и медицины, что они еще не превратились в зрелые космические науки. Все они являются молодыми дисциплинами, все еще определяющими свои основные вопросы и стратегии. Их объединяет изучение жизни и особенно ее эволюции.

Экзобиология

Понимание происхождения, ранней эволюции и распространения жизни находится в центре внимания основных научных усилий НАСА. Ранняя среда Земли расшифровывается путем изучения биологических и химических окаменелостей в породах возрастом от 3 до 4 миллиардов лет. В нашей Солнечной системе имеются явные признаки органических реакций на поверхности и в атмосферах нескольких планет, на спутнике Титане, в кометах и ​​астероидах. Органические молекулы, многие из которых входят в состав живых организмов, были обнаружены в метеоритах, а также в межзвездном пространстве. Захватывающие открытия молекул, синтезированных в лаборатории в условиях, которые, как предполагается, существовали на примитивной Земле, привели к теоретическим исследованиям относительно происхождения жизни на Земле.

Текущая точка зрения, которая постепенно подтверждается, состоит в том, что химические вещества жизни изобилуют во Вселенной и что условия, которые привели к возникновению жизни на Земле, могут существовать и в других местах. Мы еще не знаем подробностей этой химии и не знаем, действительно ли жизнь зародилась где-то еще в нашей Солнечной системе или за ее пределами. Мы даже не знаем наверняка, существуют ли планеты за пределами нашей Солнечной системы, хотя есть все основания полагать, что они существуют. Это область исследований, которая подходит как для лабораторных экспериментов, так и для исследования космоса и включает в себя широкий спектр междисциплинарного сотрудничества.

К 1995 году целевая группа ожидает, что наши возможности в области экзобиологии заметно расширятся. К тому времени мы сможем исследовать кометы напрямую с помощью химического анализа, а также идентифицировать и количественно определять органические молекулы в этих телах и их связь с ранней планетарной историей. Мы также должны быть в состоянии с некоторой уверенностью определить наличие (или отсутствие) других планетных систем. Мы должны быть в состоянии собирать частицы космической пыли в космосе для детального физического и химического анализа, особенно для определения органического содержания. В то же время мы должны иметь возможность распространить поиск ключей к истории жизни на другие планеты, особенно на Марс, где Викинг провел лишь предварительные исследования, а также на Титан, Европу и, возможно, другие спутники других планет. Исследования этих тел должны включать в себя поиск свидетельств форм жизни, которые когда-то существовали, но больше не существуют. К 1995, мы также должны иметь возможность искать в нашей галактике с помощью радиотелескопов признаки разумных цивилизаций.

Глобальная биология/биосферная наука

Возможность путешествовать в космосе произвела революцию в нашем восприятии Вселенной и нашего места в ней. Теперь люди могут наблюдать за своей планетой издалека и созерцать ее целиком, в то же время применяя свой научный арсенал для решения множества проблем, недоступных никаким другим способом.

Земля необходима для существования человека; это единственная планета, на которой, как известно, есть жизнь. Наше понимание эволюционных отношений между живыми организмами и планетой ограничено и основано на местных или региональных данных, собранных в течение многих лет с помощью наземных наблюдений. Космические корабли обеспечивают средства получения глобальной перспективы, то есть наблюдения и измерения ключевых явлений в глобальном масштабе и непрерывно.

Основополагающим для понимания биосферы является расшифровка взаимосвязей между биологическими процессами и геохимико-геофизическими процессами. Например, изучение биогеохимических циклов путем изучения изменений содержания углекислого газа в атмосфере и периодических измерений глобальной биомассы и продуктивности в настоящее время возможно и своевременно. Мониторинг взаимодействия биосферы и климата, измерение биогенных аэрозолей, мониторинг изменений поверхности, вызванных такими явлениями, как обезлесение, опустынивание и сельское хозяйство, а также измерение продуктивности океана — все это виды деятельности, которые можно выполнять из космоса. Взаимодействия между биосферой и атмосферой также можно измерить из космоса. К ним относятся обмен следовыми газами между биосферой и атмосферой, последствия сжигания биомассы, химический цикл в тропосфере и загрязнение стратосферы.

Космические аппараты на околоземной орбите открывают захватывающую перспективу наблюдения за условиями окружающей среды, связанными со вспышками некоторых заболеваний, таких как малярия. Благодаря глобальному мониторингу важных переменных, таких как сезонные осадки и температура, можно прогнозировать вспышки популяций комаров. Такие исследования позволят гораздо более эффективно моделировать глобальную экологию. Это, в свою очередь, позволит распознать и понять угрожающие тенденции.

Поверхность Земли, рассматриваемая с точки зрения температуры, содержания воды, отложений и состава атмосферы, полностью отличается от той, которая, согласно предсказаниям, занимает промежуточное положение между Венерой и Марсом. Чтобы понять нашу планету, мы должны понять совокупное влияние 4 миллиардов лет жизни.

Контролируемая экологическая система жизнеобеспечения (CELSS)

Исследование человеком нашей Солнечной системы потребует длительных миссий. Это, в свою очередь, требует не только нашего понимания человеческой терпимости и ограничений, но и представляет чрезвычайно сложные технические и теоретические проблемы обеспечения воздуха, воды и пищи для пригодной для жизни среды. В конце концов мы больше не сможем доставлять с Земли достаточное количество припасов для поддержания длительных космических путешествий. Сам по себе вес и объем этих расходных материалов будут превышать грузоподъемность космического корабля. Мы будем вынуждены перерабатывать все больше этих материалов. Воздух должен очищаться и увлажняться или осушаться, вода очищаться и использоваться повторно, а продукты питания производиться и потребляться, а отходы перерабатываться и перерабатываться. Практически ничего нельзя отбрасывать в наглухо закрытых системах, необходимых для исследований продолжительностью в несколько лет. Эти системы должны быть тщательно оценены в полете перед планированием длительных полетов.

Какими бы огромными ни были эти инженерные проблемы, биологические проблемы такой системы жизнеобеспечения могут оказаться еще более сложными, особенно если человеческий вкус и психика требуют присутствия высших растений. Влияние микрогравитации на размножение, развитие и рост растений, особенно в сочетании с искусственным освещением, не изучено. Успех в этом начинании требует творческого сотрудничества между инженерами, химиками, диетологами и экологами. Помимо полезности управляемой экологической системы жизнеобеспечения (CELSS) в качестве вспомогательного средства жизнеобеспечения, концепция закрытия, хотя бы частичного, искусственной экосистемы представляет интерес для науки экологии и может предложить исследовательский инструмент значительной ценности для изучение принципов функционирования природных экосистем.

Космическая биология

На протяжении всей своей эволюции жизнь на Земле испытывала только одно g. Влияние этой вездесущей силы изучено недостаточно, за исключением того, что в структуре и функционировании живых организмов явно прослеживается биологическая реакция на гравитацию. В растительном мире появились датчики гравитации; корни растут «вниз», а побеги «вверх». У животных есть датчики гравитации во внутреннем ухе. Многие оплодотворенные яйца и развивающиеся эмбрионы ориентируют свои плоскости дробления относительно вектора силы тяжести. Доступ к лаборатории космической станции в условиях микрогравитации облегчит исследование клеточных и молекулярных механизмов, участвующих в восприятии силы всего 0,001 г и последующем преобразовании этого сигнала в нервный или гормональный сигнал. Серьезной проблемой для нашего понимания и освоения этих биологических реакций является размножение избранных видов высших растений и млекопитающих через несколько поколений в условиях микрогравитации.

Как было наглядно продемонстрировано Пастером, а также его бесчисленными последователями, исследования в области медицины и сельского хозяйства вносят вклад в фундаментальные исследования и извлекают из них пользу. Понимание реакции человека и растений на микрогравитацию имеет огромное практическое значение для пилотируемых космических полетов. Использование микрогравитации для устранения микроконвекции при выращивании кристаллов, в электрофорезе и в биохимических реакциях должно продолжать оцениваться как для исследований, так и для коммерческого применения. И наоборот, острая необходимость смягчить изнурительные эффекты костной и мышечной атрофии может привести к принципиально новому пониманию биоминерализации и контроля над транскрипцией и трансляцией генов. Хотя интуиция вряд ли является основой исследовательской стратегии, мы подчеркиваем ценность для науки в целом и для биологии в частности создания исследовательской среды, в которой творческий ученый может наблюдать непредвиденные явления. Затем эти вопросы становятся предметом логического анализа и формальных отчетов.

Биология человека и космическая медицина

Наша космическая программа должна создать возможности для пилотируемых космических полетов на несколько лет. Доступных данных так мало, что любой прогноз является предварительным. Физиологические эффекты кратковременных космических полетов, вероятно, будут терпимы или компенсированы, если не будут хорошо поняты и решены, к середине эры космических станций (примерно 2005 г.). Однако долгосрочные эффекты микрогравитации или даже пониженной гравитации Луны на костный и мышечный метаболизм и на сердечно-сосудистую функцию, вероятно, останутся малоизученными.

Члены экипажа защищены от ионного излучения магнитным полем Земли во время нахождения на малонаклоненных низковысотных орбитах шаттла и космической станции. Тем не менее, они будут подвергаться значительному облучению тяжелыми ионами во время межпланетных миссий или во время пребывания на лунной или марсианской базе. Это воздействие может иметь катастрофические последствия для центральной нервной системы, потому что недавно было показано, что излучение тяжелых ионов вызывает «однократное» повреждение, даже смерть неделящихся клеток.

Более общая проблема способности людей выживать в замкнутой, стрессовой среде приобретает новое значение и актуальность в связи с длительными космическими полетами. Помимо проблем невесомости и излучения тяжелых ионов, экипаж может столкнуться с повышенной микробной плотностью воздуха кабины, органическими и неорганическими токсинами (продуктами газовыделения), ограничениями в питании, проблемами оказания медицинской помощи в космосе. Эти физические нагрузки будут усугублять тяжелые эмоциональные нагрузки, связанные с работой и проживанием в закрытых помещениях. Многие из этих проблем не имеют земного аналога и должны быть изучены гораздо глубже, прежде чем мы сможем разрешить пилотируемую миссию на Марс.

Некоторые исследования в области космической биологии и медицины связаны со здоровьем и благополучием астронавтов. Другие компоненты представляют основной научный интерес и касаются фундаментальных вопросов, касающихся роли гравитации в жизненных процессах. Целевая группа считает, что эти две цели дополняют друг друга.

Реализация

В следующих главах обсуждаются состояние и цели этих пяти областей исследований — экзобиологии, глобальной биологии, управляемых экзологических систем жизнеобеспечения, космической биологии и космической медицины. В главе 8 обсуждаются приборы и технологии, необходимые для достижения этих целей. Целевая группа подчеркивает, что исследования живых организмов, включая человека, накладывают ограничения, не встречающиеся в других космических науках. С другой стороны, многие инструменты, а также стратегии глобальных биологов являются общими для ученых Земли. Точно так же раздел, посвященный экзобиологии, содержит многочисленные перекрестные ссылки на область исследования планет.

Введение. Космическая наука в двадцать первом веке: задачи на десятилетия с 1995 по 2015 год

Обзор

Науки о жизни были и останутся неотъемлемой частью нашей космической программы. Как и предполагалось в легенде об Икаре, полет может подвергнуть нас кислородному голоданию и экстремальным температурам, а космический полет добавляет микрогравитации и радиации. Мы не можем приспособиться к этим условиям или защитить себя от их последствий без глубокого понимания лежащих в их основе физиологических реакций. В многомесячных космических полетах утилизация отходов становится экономически привлекательной; на многолетних рейсах обязательно наличие управляемых экологических систем жизнеобеспечения. Исследование нескольких фундаментальных проблем биологии — роста растений, биоминерализации, вестибулярной функции и развития — также выиграет от доступа к лабораториям микрогравитации.

Мы являемся свидетелями рождения новой науки, сочетающей глобальную перспективу наук о Земле с принципами экологии. У НАСА есть опыт и организация, чтобы внести крупный вклад в глобальное исследование взаимодействия биоты с атмосферой, гидросферой и геосферой. Более глубокое понимание нашей биосферы окажет глубокое влияние на наши международные отношения и на нашу экономику.

Рассуждения о том, как зародилась жизнь, занимали некоторые из

лучшие умы тысячелетия. Рабочая группа считает, что теперь это разрешимая научная проблема. НАСА может возглавить интеграцию планетарных наук, молекулярной биологии и пребиотической химии. Результатом станет новое понимание нашего собственного происхождения и эволюции, а также более надежная оценка возможности жизни за пределами нашей Солнечной системы. Интеллектуальное влияние экзобиологии и глобальной биологии, вероятно, будет равнозначно молекулярной биологии.

Четыре дисциплины, рассматриваемые в этом отчете — экзобиология, глобальная биология, космическая биология и космическая медицина — охватывают чрезвычайно широкий спектр интеллектуальных предметов и технологий. Их родительские дисциплины — экология, молекулярная биология, химия, астрономия и медицина — хорошо известны. Но было так мало возможностей для полетов для исследований в этих областях, особенно в области космической биологии и медицины, что они еще не превратились в зрелые космические науки. Все они являются молодыми дисциплинами, все еще определяющими свои основные вопросы и стратегии. Их объединяет изучение жизни и особенно ее эволюции.

Экзобиология

Понимание происхождения, ранней эволюции и распространения жизни находится в центре внимания основных научных усилий НАСА. Ранняя среда Земли расшифровывается путем изучения биологических и химических окаменелостей в породах возрастом от 3 до 4 миллиардов лет. В нашей Солнечной системе имеются явные признаки органических реакций на поверхности и в атмосферах нескольких планет, на спутнике Титане, в кометах и ​​астероидах. Органические молекулы, многие из которых входят в состав живых организмов, были обнаружены в метеоритах, а также в межзвездном пространстве. Захватывающие открытия молекул, синтезированных в лаборатории в условиях, которые, как предполагается, существовали на примитивной Земле, привели к теоретическим исследованиям относительно происхождения жизни на Земле.

Текущая точка зрения, которая постепенно подтверждается, состоит в том, что химические вещества жизни изобилуют во Вселенной и что условия, которые привели к возникновению жизни на Земле, могут существовать и в других местах. Мы еще не знаем подробностей этой химии и не знаем, действительно ли жизнь зародилась где-то еще в нашей Солнечной системе или за ее пределами. Мы даже не знаем наверняка, существуют ли планеты за пределами нашей Солнечной системы, хотя есть все основания полагать, что они существуют. Это область исследований, которая подходит как для лабораторных экспериментов, так и для исследования космоса и включает в себя широкий спектр междисциплинарного сотрудничества.

К 1995 году целевая группа ожидает, что наши возможности в области экзобиологии заметно расширятся. К тому времени мы сможем исследовать кометы напрямую с помощью химического анализа, а также идентифицировать и количественно определять органические молекулы в этих телах и их связь с ранней планетарной историей. Мы также должны быть в состоянии с некоторой уверенностью определить наличие (или отсутствие) других планетных систем. Мы должны быть в состоянии собирать частицы космической пыли в космосе для детального физического и химического анализа, особенно для определения органического содержания. В то же время мы должны иметь возможность распространить поиск ключей к истории жизни на другие планеты, особенно на Марс, где Викинг провел лишь предварительные исследования, а также на Титан, Европу и, возможно, другие спутники других планет. Исследования этих тел должны включать в себя поиск свидетельств форм жизни, которые когда-то существовали, но больше не существуют. К 1995, мы также должны иметь возможность искать в нашей галактике с помощью радиотелескопов признаки разумных цивилизаций.

Глобальная биология/биосферная наука

Возможность путешествовать в космосе произвела революцию в нашем восприятии Вселенной и нашего места в ней. Теперь люди могут наблюдать за своей планетой издалека и созерцать ее целиком, в то же время применяя свой научный арсенал для решения множества проблем, недоступных никаким другим способом.

Земля необходима для существования человека; это единственная планета, на которой, как известно, есть жизнь. Наше понимание эволюционных отношений между живыми организмами и планетой ограничено и основано на местных или региональных данных, собранных в течение многих лет с помощью наземных наблюдений. Космические корабли обеспечивают средства получения глобальной перспективы, то есть наблюдения и измерения ключевых явлений в глобальном масштабе и непрерывно.

Основополагающим для понимания биосферы является расшифровка взаимосвязей между биологическими процессами и геохимико-геофизическими процессами. Например, изучение биогеохимических циклов путем изучения изменений содержания углекислого газа в атмосфере и периодических измерений глобальной биомассы и продуктивности в настоящее время возможно и своевременно. Мониторинг взаимодействия биосферы и климата, измерение биогенных аэрозолей, мониторинг изменений поверхности, вызванных такими явлениями, как обезлесение, опустынивание и сельское хозяйство, а также измерение продуктивности океана — все это виды деятельности, которые можно выполнять из космоса. Взаимодействия между биосферой и атмосферой также можно измерить из космоса. К ним относятся обмен следовыми газами между биосферой и атмосферой, последствия сжигания биомассы, химический цикл в тропосфере и загрязнение стратосферы.

Космические аппараты на околоземной орбите открывают захватывающую перспективу наблюдения за условиями окружающей среды, связанными со вспышками некоторых заболеваний, таких как малярия. Благодаря глобальному мониторингу важных переменных, таких как сезонные осадки и температура, можно прогнозировать вспышки популяций комаров. Такие исследования позволят гораздо более эффективно моделировать глобальную экологию. Это, в свою очередь, позволит распознать и понять угрожающие тенденции.

Поверхность Земли, рассматриваемая с точки зрения температуры, содержания воды, отложений и состава атмосферы, полностью отличается от той, которая, согласно предсказаниям, занимает промежуточное положение между Венерой и Марсом. Чтобы понять нашу планету, мы должны понять совокупное влияние 4 миллиардов лет жизни.

Контролируемая экологическая система жизнеобеспечения (CELSS)

Исследование человеком нашей Солнечной системы потребует длительных миссий. Это, в свою очередь, требует не только нашего понимания человеческой терпимости и ограничений, но и представляет чрезвычайно сложные технические и теоретические проблемы обеспечения воздуха, воды и пищи для пригодной для жизни среды. В конце концов мы больше не сможем доставлять с Земли достаточное количество припасов для поддержания длительных космических путешествий. Сам по себе вес и объем этих расходных материалов будут превышать грузоподъемность космического корабля. Мы будем вынуждены перерабатывать все больше этих материалов. Воздух должен очищаться и увлажняться или осушаться, вода очищаться и использоваться повторно, а продукты питания производиться и потребляться, а отходы перерабатываться и перерабатываться. Практически ничего нельзя отбрасывать в наглухо закрытых системах, необходимых для исследований продолжительностью в несколько лет. Эти системы должны быть тщательно оценены в полете перед планированием длительных полетов.

Какими бы огромными ни были эти инженерные проблемы, биологические проблемы такой системы жизнеобеспечения могут оказаться еще более сложными, особенно если человеческий вкус и психика требуют присутствия высших растений. Влияние микрогравитации на размножение, развитие и рост растений, особенно в сочетании с искусственным освещением, не изучено. Успех в этом начинании требует творческого сотрудничества между инженерами, химиками, диетологами и экологами. Помимо полезности управляемой экологической системы жизнеобеспечения (CELSS) в качестве вспомогательного средства жизнеобеспечения, концепция закрытия, хотя бы частичного, искусственной экосистемы представляет интерес для науки экологии и может предложить исследовательский инструмент значительной ценности для изучение принципов функционирования природных экосистем.

Космическая биология

На протяжении всей своей эволюции жизнь на Земле испытывала только одно g. Влияние этой вездесущей силы изучено недостаточно, за исключением того, что в структуре и функционировании живых организмов явно прослеживается биологическая реакция на гравитацию. В растительном мире появились датчики гравитации; корни растут «вниз», а побеги «вверх». У животных есть датчики гравитации во внутреннем ухе. Многие оплодотворенные яйца и развивающиеся эмбрионы ориентируют свои плоскости дробления относительно вектора силы тяжести. Доступ к лаборатории космической станции в условиях микрогравитации облегчит исследование клеточных и молекулярных механизмов, участвующих в восприятии силы всего 0,001 г и последующем преобразовании этого сигнала в нервный или гормональный сигнал. Серьезной проблемой для нашего понимания и освоения этих биологических реакций является размножение избранных видов высших растений и млекопитающих через несколько поколений в условиях микрогравитации.

Как было наглядно продемонстрировано Пастером, а также его бесчисленными последователями, исследования в области медицины и сельского хозяйства вносят вклад в фундаментальные исследования и извлекают из них пользу. Понимание реакции человека и растений на микрогравитацию имеет огромное практическое значение для пилотируемых космических полетов. Использование микрогравитации для устранения микроконвекции при выращивании кристаллов, в электрофорезе и в биохимических реакциях должно продолжать оцениваться как для исследований, так и для коммерческого применения. И наоборот, острая необходимость смягчить изнурительные эффекты костной и мышечной атрофии может привести к принципиально новому пониманию биоминерализации и контроля над транскрипцией и трансляцией генов. Хотя интуиция вряд ли является основой исследовательской стратегии, мы подчеркиваем ценность для науки в целом и для биологии в частности создания исследовательской среды, в которой творческий ученый может наблюдать непредвиденные явления. Затем эти вопросы становятся предметом логического анализа и формальных отчетов.

Биология человека и космическая медицина

Наша космическая программа должна создать возможности для пилотируемых космических полетов на несколько лет. Доступных данных так мало, что любой прогноз является предварительным. Физиологические эффекты кратковременных космических полетов, вероятно, будут терпимы или компенсированы, если не будут хорошо поняты и решены, к середине эры космических станций (примерно 2005 г.). Однако долгосрочные эффекты микрогравитации или даже пониженной гравитации Луны на костный и мышечный метаболизм и на сердечно-сосудистую функцию, вероятно, останутся малоизученными.

Члены экипажа защищены от ионного излучения магнитным полем Земли во время нахождения на малонаклоненных низковысотных орбитах шаттла и космической станции. Тем не менее, они будут подвергаться значительному облучению тяжелыми ионами во время межпланетных миссий или во время пребывания на лунной или марсианской базе. Это воздействие может иметь катастрофические последствия для центральной нервной системы, потому что недавно было показано, что излучение тяжелых ионов вызывает «однократное» повреждение, даже смерть неделящихся клеток.

Более общая проблема способности людей выживать в замкнутой, стрессовой среде приобретает новое значение и актуальность в связи с длительными космическими полетами. Помимо проблем невесомости и излучения тяжелых ионов, экипаж может столкнуться с повышенной микробной плотностью воздуха кабины, органическими и неорганическими токсинами (продуктами газовыделения), ограничениями в питании, проблемами оказания медицинской помощи в космосе. Эти физические нагрузки будут усугублять тяжелые эмоциональные нагрузки, связанные с работой и проживанием в закрытых помещениях. Многие из этих проблем не имеют земного аналога и должны быть изучены гораздо глубже, прежде чем мы сможем разрешить пилотируемую миссию на Марс.

Некоторые исследования в области космической биологии и медицины связаны со здоровьем и благополучием астронавтов. Другие компоненты представляют основной научный интерес и касаются фундаментальных вопросов, касающихся роли гравитации в жизненных процессах. Целевая группа считает, что эти две цели дополняют друг друга.

Реализация

В следующих главах обсуждаются состояние и цели этих пяти областей исследований — экзобиологии, глобальной биологии, управляемых экзологических систем жизнеобеспечения, космической биологии и космической медицины. В главе 8 обсуждаются приборы и технологии, необходимые для достижения этих целей. Целевая группа подчеркивает, что исследования живых организмов, включая человека, накладывают ограничения, не встречающиеся в других космических науках. С другой стороны, многие инструменты, а также стратегии глобальных биологов являются общими для ученых Земли. Точно так же раздел, посвященный экзобиологии, содержит многочисленные перекрестные ссылки на область исследования планет.

Введение. Космическая наука в двадцать первом веке: задачи на десятилетия с 1995 по 2015 год

Обзор

Науки о жизни были и останутся неотъемлемой частью нашей космической программы. Как и предполагалось в легенде об Икаре, полет может подвергнуть нас кислородному голоданию и экстремальным температурам, а космический полет добавляет микрогравитации и радиации. Мы не можем приспособиться к этим условиям или защитить себя от их последствий без глубокого понимания лежащих в их основе физиологических реакций. В многомесячных космических полетах утилизация отходов становится экономически привлекательной; на многолетних рейсах обязательно наличие управляемых экологических систем жизнеобеспечения. Исследование нескольких фундаментальных проблем биологии — роста растений, биоминерализации, вестибулярной функции и развития — также выиграет от доступа к лабораториям микрогравитации.

Мы являемся свидетелями рождения новой науки, сочетающей глобальную перспективу наук о Земле с принципами экологии. У НАСА есть опыт и организация, чтобы внести крупный вклад в глобальное исследование взаимодействия биоты с атмосферой, гидросферой и геосферой. Более глубокое понимание нашей биосферы окажет глубокое влияние на наши международные отношения и на нашу экономику.

Рассуждения о том, как зародилась жизнь, занимали некоторые из

лучшие умы тысячелетия. Рабочая группа считает, что теперь это разрешимая научная проблема. НАСА может возглавить интеграцию планетарных наук, молекулярной биологии и пребиотической химии. Результатом станет новое понимание нашего собственного происхождения и эволюции, а также более надежная оценка возможности жизни за пределами нашей Солнечной системы. Интеллектуальное влияние экзобиологии и глобальной биологии, вероятно, будет равнозначно молекулярной биологии.

Четыре дисциплины, рассматриваемые в этом отчете — экзобиология, глобальная биология, космическая биология и космическая медицина — охватывают чрезвычайно широкий спектр интеллектуальных предметов и технологий. Их родительские дисциплины — экология, молекулярная биология, химия, астрономия и медицина — хорошо известны. Но было так мало возможностей для полетов для исследований в этих областях, особенно в области космической биологии и медицины, что они еще не превратились в зрелые космические науки. Все они являются молодыми дисциплинами, все еще определяющими свои основные вопросы и стратегии. Их объединяет изучение жизни и особенно ее эволюции.

Экзобиология

Понимание происхождения, ранней эволюции и распространения жизни находится в центре внимания основных научных усилий НАСА. Ранняя среда Земли расшифровывается путем изучения биологических и химических окаменелостей в породах возрастом от 3 до 4 миллиардов лет. В нашей Солнечной системе имеются явные признаки органических реакций на поверхности и в атмосферах нескольких планет, на спутнике Титане, в кометах и ​​астероидах. Органические молекулы, многие из которых входят в состав живых организмов, были обнаружены в метеоритах, а также в межзвездном пространстве. Захватывающие открытия молекул, синтезированных в лаборатории в условиях, которые, как предполагается, существовали на примитивной Земле, привели к теоретическим исследованиям относительно происхождения жизни на Земле.

Текущая точка зрения, которая постепенно подтверждается, состоит в том, что химические вещества жизни изобилуют во Вселенной и что условия, которые привели к возникновению жизни на Земле, могут существовать и в других местах. Мы еще не знаем подробностей этой химии и не знаем, действительно ли жизнь зародилась где-то еще в нашей Солнечной системе или за ее пределами. Мы даже не знаем наверняка, существуют ли планеты за пределами нашей Солнечной системы, хотя есть все основания полагать, что они существуют. Это область исследований, которая подходит как для лабораторных экспериментов, так и для исследования космоса и включает в себя широкий спектр междисциплинарного сотрудничества.

К 1995 году целевая группа ожидает, что наши возможности в области экзобиологии заметно расширятся. К тому времени мы сможем исследовать кометы напрямую с помощью химического анализа, а также идентифицировать и количественно определять органические молекулы в этих телах и их связь с ранней планетарной историей. Мы также должны быть в состоянии с некоторой уверенностью определить наличие (или отсутствие) других планетных систем. Мы должны быть в состоянии собирать частицы космической пыли в космосе для детального физического и химического анализа, особенно для определения органического содержания. В то же время мы должны иметь возможность распространить поиск ключей к истории жизни на другие планеты, особенно на Марс, где Викинг провел лишь предварительные исследования, а также на Титан, Европу и, возможно, другие спутники других планет. Исследования этих тел должны включать в себя поиск свидетельств форм жизни, которые когда-то существовали, но больше не существуют. К 1995, мы также должны иметь возможность искать в нашей галактике с помощью радиотелескопов признаки разумных цивилизаций.

Глобальная биология/биосферная наука

Возможность путешествовать в космосе произвела революцию в нашем восприятии Вселенной и нашего места в ней. Теперь люди могут наблюдать за своей планетой издалека и созерцать ее целиком, в то же время применяя свой научный арсенал для решения множества проблем, недоступных никаким другим способом.

Земля необходима для существования человека; это единственная планета, на которой, как известно, есть жизнь. Наше понимание эволюционных отношений между живыми организмами и планетой ограничено и основано на местных или региональных данных, собранных в течение многих лет с помощью наземных наблюдений. Космические корабли обеспечивают средства получения глобальной перспективы, то есть наблюдения и измерения ключевых явлений в глобальном масштабе и непрерывно.

Основополагающим для понимания биосферы является расшифровка взаимосвязей между биологическими процессами и геохимико-геофизическими процессами. Например, изучение биогеохимических циклов путем изучения изменений содержания углекислого газа в атмосфере и периодических измерений глобальной биомассы и продуктивности в настоящее время возможно и своевременно. Мониторинг взаимодействия биосферы и климата, измерение биогенных аэрозолей, мониторинг изменений поверхности, вызванных такими явлениями, как обезлесение, опустынивание и сельское хозяйство, а также измерение продуктивности океана — все это виды деятельности, которые можно выполнять из космоса. Взаимодействия между биосферой и атмосферой также можно измерить из космоса. К ним относятся обмен следовыми газами между биосферой и атмосферой, последствия сжигания биомассы, химический цикл в тропосфере и загрязнение стратосферы.

Космические аппараты на околоземной орбите открывают захватывающую перспективу наблюдения за условиями окружающей среды, связанными со вспышками некоторых заболеваний, таких как малярия. Благодаря глобальному мониторингу важных переменных, таких как сезонные осадки и температура, можно прогнозировать вспышки популяций комаров. Такие исследования позволят гораздо более эффективно моделировать глобальную экологию. Это, в свою очередь, позволит распознать и понять угрожающие тенденции.

Поверхность Земли, рассматриваемая с точки зрения температуры, содержания воды, отложений и состава атмосферы, полностью отличается от той, которая, согласно предсказаниям, занимает промежуточное положение между Венерой и Марсом. Чтобы понять нашу планету, мы должны понять совокупное влияние 4 миллиардов лет жизни.

Контролируемая экологическая система жизнеобеспечения (CELSS)

Исследование человеком нашей Солнечной системы потребует длительных миссий. Это, в свою очередь, требует не только нашего понимания человеческой терпимости и ограничений, но и представляет чрезвычайно сложные технические и теоретические проблемы обеспечения воздуха, воды и пищи для пригодной для жизни среды. В конце концов мы больше не сможем доставлять с Земли достаточное количество припасов для поддержания длительных космических путешествий. Сам по себе вес и объем этих расходных материалов будут превышать грузоподъемность космического корабля. Мы будем вынуждены перерабатывать все больше этих материалов. Воздух должен очищаться и увлажняться или осушаться, вода очищаться и использоваться повторно, а продукты питания производиться и потребляться, а отходы перерабатываться и перерабатываться. Практически ничего нельзя отбрасывать в наглухо закрытых системах, необходимых для исследований продолжительностью в несколько лет. Эти системы должны быть тщательно оценены в полете перед планированием длительных полетов.

Какими бы огромными ни были эти инженерные проблемы, биологические проблемы такой системы жизнеобеспечения могут оказаться еще более сложными, особенно если человеческий вкус и психика требуют присутствия высших растений. Влияние микрогравитации на размножение, развитие и рост растений, особенно в сочетании с искусственным освещением, не изучено. Успех в этом начинании требует творческого сотрудничества между инженерами, химиками, диетологами и экологами. Помимо полезности управляемой экологической системы жизнеобеспечения (CELSS) в качестве вспомогательного средства жизнеобеспечения, концепция закрытия, хотя бы частичного, искусственной экосистемы представляет интерес для науки экологии и может предложить исследовательский инструмент значительной ценности для изучение принципов функционирования природных экосистем.

Космическая биология

На протяжении всей своей эволюции жизнь на Земле испытывала только одно g. Влияние этой вездесущей силы изучено недостаточно, за исключением того, что в структуре и функционировании живых организмов явно прослеживается биологическая реакция на гравитацию. В растительном мире появились датчики гравитации; корни растут «вниз», а побеги «вверх». У животных есть датчики гравитации во внутреннем ухе. Многие оплодотворенные яйца и развивающиеся эмбрионы ориентируют свои плоскости дробления относительно вектора силы тяжести. Доступ к лаборатории космической станции в условиях микрогравитации облегчит исследование клеточных и молекулярных механизмов, участвующих в восприятии силы всего 0,001 г и последующем преобразовании этого сигнала в нервный или гормональный сигнал. Серьезной проблемой для нашего понимания и освоения этих биологических реакций является размножение избранных видов высших растений и млекопитающих через несколько поколений в условиях микрогравитации.

Как было наглядно продемонстрировано Пастером, а также его бесчисленными последователями, исследования в области медицины и сельского хозяйства вносят вклад в фундаментальные исследования и извлекают из них пользу. Понимание реакции человека и растений на микрогравитацию имеет огромное практическое значение для пилотируемых космических полетов. Использование микрогравитации для устранения микроконвекции при выращивании кристаллов, в электрофорезе и в биохимических реакциях должно продолжать оцениваться как для исследований, так и для коммерческого применения. И наоборот, острая необходимость смягчить изнурительные эффекты костной и мышечной атрофии может привести к принципиально новому пониманию биоминерализации и контроля над транскрипцией и трансляцией генов. Хотя интуиция вряд ли является основой исследовательской стратегии, мы подчеркиваем ценность для науки в целом и для биологии в частности создания исследовательской среды, в которой творческий ученый может наблюдать непредвиденные явления. Затем эти вопросы становятся предметом логического анализа и формальных отчетов.

Биология человека и космическая медицина

Наша космическая программа должна создать возможности для пилотируемых космических полетов на несколько лет. Доступных данных так мало, что любой прогноз является предварительным. Физиологические эффекты кратковременных космических полетов, вероятно, будут терпимы или компенсированы, если не будут хорошо поняты и решены, к середине эры космических станций (примерно 2005 г.). Однако долгосрочные эффекты микрогравитации или даже пониженной гравитации Луны на костный и мышечный метаболизм и на сердечно-сосудистую функцию, вероятно, останутся малоизученными.

Члены экипажа защищены от ионного излучения магнитным полем Земли во время нахождения на малонаклоненных низковысотных орбитах шаттла и космической станции. Тем не менее, они будут подвергаться значительному облучению тяжелыми ионами во время межпланетных миссий или во время пребывания на лунной или марсианской базе. Это воздействие может иметь катастрофические последствия для центральной нервной системы, потому что недавно было показано, что излучение тяжелых ионов вызывает «однократное» повреждение, даже смерть неделящихся клеток.

Более общая проблема способности людей выживать в замкнутой, стрессовой среде приобретает новое значение и актуальность в связи с длительными космическими полетами. Помимо проблем невесомости и излучения тяжелых ионов, экипаж может столкнуться с повышенной микробной плотностью воздуха кабины, органическими и неорганическими токсинами (продуктами газовыделения), ограничениями в питании, проблемами оказания медицинской помощи в космосе. Эти физические нагрузки будут усугублять тяжелые эмоциональные нагрузки, связанные с работой и проживанием в закрытых помещениях. Многие из этих проблем не имеют земного аналога и должны быть изучены гораздо глубже, прежде чем мы сможем разрешить пилотируемую миссию на Марс.

Некоторые исследования в области космической биологии и медицины связаны со здоровьем и благополучием астронавтов. Другие компоненты представляют основной научный интерес и касаются фундаментальных вопросов, касающихся роли гравитации в жизненных процессах. Целевая группа считает, что эти две цели дополняют друг друга.

Реализация

В следующих главах обсуждаются состояние и цели этих пяти областей исследований — экзобиологии, глобальной биологии, управляемых экзологических систем жизнеобеспечения, космической биологии и космической медицины. В главе 8 обсуждаются приборы и технологии, необходимые для достижения этих целей. Целевая группа подчеркивает, что исследования живых организмов, включая человека, накладывают ограничения, не встречающиеся в других космических науках. С другой стороны, многие инструменты, а также стратегии глобальных биологов являются общими для ученых Земли. Точно так же раздел, посвященный экзобиологии, содержит многочисленные перекрестные ссылки на область исследования планет.

Введение. Космическая наука в двадцать первом веке: задачи на десятилетия с 1995 по 2015 год

Обзор

Науки о жизни были и останутся неотъемлемой частью нашей космической программы. Как и предполагалось в легенде об Икаре, полет может подвергнуть нас кислородному голоданию и экстремальным температурам, а космический полет добавляет микрогравитации и радиации. Мы не можем приспособиться к этим условиям или защитить себя от их последствий без глубокого понимания лежащих в их основе физиологических реакций. В многомесячных космических полетах утилизация отходов становится экономически привлекательной; на многолетних рейсах обязательно наличие управляемых экологических систем жизнеобеспечения. Исследование нескольких фундаментальных проблем биологии — роста растений, биоминерализации, вестибулярной функции и развития — также выиграет от доступа к лабораториям микрогравитации.

Мы являемся свидетелями рождения новой науки, сочетающей глобальную перспективу наук о Земле с принципами экологии. У НАСА есть опыт и организация, чтобы внести крупный вклад в глобальное исследование взаимодействия биоты с атмосферой, гидросферой и геосферой. Более глубокое понимание нашей биосферы окажет глубокое влияние на наши международные отношения и на нашу экономику.

Рассуждения о том, как зародилась жизнь, занимали некоторые из

лучшие умы тысячелетия. Рабочая группа считает, что теперь это разрешимая научная проблема. НАСА может возглавить интеграцию планетарных наук, молекулярной биологии и пребиотической химии. Результатом станет новое понимание нашего собственного происхождения и эволюции, а также более надежная оценка возможности жизни за пределами нашей Солнечной системы. Интеллектуальное влияние экзобиологии и глобальной биологии, вероятно, будет равнозначно молекулярной биологии.

Четыре дисциплины, рассматриваемые в этом отчете — экзобиология, глобальная биология, космическая биология и космическая медицина — охватывают чрезвычайно широкий спектр интеллектуальных предметов и технологий. Их родительские дисциплины — экология, молекулярная биология, химия, астрономия и медицина — хорошо известны. Но было так мало возможностей для полетов для исследований в этих областях, особенно в области космической биологии и медицины, что они еще не превратились в зрелые космические науки. Все они являются молодыми дисциплинами, все еще определяющими свои основные вопросы и стратегии. Их объединяет изучение жизни и особенно ее эволюции.

Экзобиология

Понимание происхождения, ранней эволюции и распространения жизни находится в центре внимания основных научных усилий НАСА. Ранняя среда Земли расшифровывается путем изучения биологических и химических окаменелостей в породах возрастом от 3 до 4 миллиардов лет. В нашей Солнечной системе имеются явные признаки органических реакций на поверхности и в атмосферах нескольких планет, на спутнике Титане, в кометах и ​​астероидах. Органические молекулы, многие из которых входят в состав живых организмов, были обнаружены в метеоритах, а также в межзвездном пространстве. Захватывающие открытия молекул, синтезированных в лаборатории в условиях, которые, как предполагается, существовали на примитивной Земле, привели к теоретическим исследованиям относительно происхождения жизни на Земле.

Текущая точка зрения, которая постепенно подтверждается, состоит в том, что химические вещества жизни изобилуют во Вселенной и что условия, которые привели к возникновению жизни на Земле, могут существовать и в других местах. Мы еще не знаем подробностей этой химии и не знаем, действительно ли жизнь зародилась где-то еще в нашей Солнечной системе или за ее пределами. Мы даже не знаем наверняка, существуют ли планеты за пределами нашей Солнечной системы, хотя есть все основания полагать, что они существуют. Это область исследований, которая подходит как для лабораторных экспериментов, так и для исследования космоса и включает в себя широкий спектр междисциплинарного сотрудничества.

К 1995 году целевая группа ожидает, что наши возможности в области экзобиологии заметно расширятся. К тому времени мы сможем исследовать кометы напрямую с помощью химического анализа, а также идентифицировать и количественно определять органические молекулы в этих телах и их связь с ранней планетарной историей. Мы также должны быть в состоянии с некоторой уверенностью определить наличие (или отсутствие) других планетных систем. Мы должны быть в состоянии собирать частицы космической пыли в космосе для детального физического и химического анализа, особенно для определения органического содержания. В то же время мы должны иметь возможность распространить поиск ключей к истории жизни на другие планеты, особенно на Марс, где Викинг провел лишь предварительные исследования, а также на Титан, Европу и, возможно, другие спутники других планет. Исследования этих тел должны включать в себя поиск свидетельств форм жизни, которые когда-то существовали, но больше не существуют. К 1995, мы также должны иметь возможность искать в нашей галактике с помощью радиотелескопов признаки разумных цивилизаций.

Глобальная биология/биосферная наука

Возможность путешествовать в космосе произвела революцию в нашем восприятии Вселенной и нашего места в ней. Теперь люди могут наблюдать за своей планетой издалека и созерцать ее целиком, в то же время применяя свой научный арсенал для решения множества проблем, недоступных никаким другим способом.

Земля необходима для существования человека; это единственная планета, на которой, как известно, есть жизнь. Наше понимание эволюционных отношений между живыми организмами и планетой ограничено и основано на местных или региональных данных, собранных в течение многих лет с помощью наземных наблюдений. Космические корабли обеспечивают средства получения глобальной перспективы, то есть наблюдения и измерения ключевых явлений в глобальном масштабе и непрерывно.

Основополагающим для понимания биосферы является расшифровка взаимосвязей между биологическими процессами и геохимико-геофизическими процессами. Например, изучение биогеохимических циклов путем изучения изменений содержания углекислого газа в атмосфере и периодических измерений глобальной биомассы и продуктивности в настоящее время возможно и своевременно. Мониторинг взаимодействия биосферы и климата, измерение биогенных аэрозолей, мониторинг изменений поверхности, вызванных такими явлениями, как обезлесение, опустынивание и сельское хозяйство, а также измерение продуктивности океана — все это виды деятельности, которые можно выполнять из космоса. Взаимодействия между биосферой и атмосферой также можно измерить из космоса. К ним относятся обмен следовыми газами между биосферой и атмосферой, последствия сжигания биомассы, химический цикл в тропосфере и загрязнение стратосферы.

Космические аппараты на околоземной орбите открывают захватывающую перспективу наблюдения за условиями окружающей среды, связанными со вспышками некоторых заболеваний, таких как малярия. Благодаря глобальному мониторингу важных переменных, таких как сезонные осадки и температура, можно прогнозировать вспышки популяций комаров. Такие исследования позволят гораздо более эффективно моделировать глобальную экологию. Это, в свою очередь, позволит распознать и понять угрожающие тенденции.

Поверхность Земли, рассматриваемая с точки зрения температуры, содержания воды, отложений и состава атмосферы, полностью отличается от той, которая, согласно предсказаниям, занимает промежуточное положение между Венерой и Марсом. Чтобы понять нашу планету, мы должны понять совокупное влияние 4 миллиардов лет жизни.

Контролируемая экологическая система жизнеобеспечения (CELSS)

Исследование человеком нашей Солнечной системы потребует длительных миссий. Это, в свою очередь, требует не только нашего понимания человеческой терпимости и ограничений, но и представляет чрезвычайно сложные технические и теоретические проблемы обеспечения воздуха, воды и пищи для пригодной для жизни среды. В конце концов мы больше не сможем доставлять с Земли достаточное количество припасов для поддержания длительных космических путешествий. Сам по себе вес и объем этих расходных материалов будут превышать грузоподъемность космического корабля. Мы будем вынуждены перерабатывать все больше этих материалов. Воздух должен очищаться и увлажняться или осушаться, вода очищаться и использоваться повторно, а продукты питания производиться и потребляться, а отходы перерабатываться и перерабатываться. Практически ничего нельзя отбрасывать в наглухо закрытых системах, необходимых для исследований продолжительностью в несколько лет. Эти системы должны быть тщательно оценены в полете перед планированием длительных полетов.

Какими бы огромными ни были эти инженерные проблемы, биологические проблемы такой системы жизнеобеспечения могут оказаться еще более сложными, особенно если человеческий вкус и психика требуют присутствия высших растений. Влияние микрогравитации на размножение, развитие и рост растений, особенно в сочетании с искусственным освещением, не изучено. Успех в этом начинании требует творческого сотрудничества между инженерами, химиками, диетологами и экологами. Помимо полезности управляемой экологической системы жизнеобеспечения (CELSS) в качестве вспомогательного средства жизнеобеспечения, концепция закрытия, хотя бы частичного, искусственной экосистемы представляет интерес для науки экологии и может предложить исследовательский инструмент значительной ценности для изучение принципов функционирования природных экосистем.

Космическая биология

На протяжении всей своей эволюции жизнь на Земле испытывала только одно g. Влияние этой вездесущей силы изучено недостаточно, за исключением того, что в структуре и функционировании живых организмов явно прослеживается биологическая реакция на гравитацию. В растительном мире появились датчики гравитации; корни растут «вниз», а побеги «вверх». У животных есть датчики гравитации во внутреннем ухе. Многие оплодотворенные яйца и развивающиеся эмбрионы ориентируют свои плоскости дробления относительно вектора силы тяжести. Доступ к лаборатории космической станции в условиях микрогравитации облегчит исследование клеточных и молекулярных механизмов, участвующих в восприятии силы всего 0,001 г и последующем преобразовании этого сигнала в нервный или гормональный сигнал. Серьезной проблемой для нашего понимания и освоения этих биологических реакций является размножение избранных видов высших растений и млекопитающих через несколько поколений в условиях микрогравитации.

Как было наглядно продемонстрировано Пастером, а также его бесчисленными последователями, исследования в области медицины и сельского хозяйства вносят вклад в фундаментальные исследования и извлекают из них пользу. Понимание реакции человека и растений на микрогравитацию имеет огромное практическое значение для пилотируемых космических полетов. Использование микрогравитации для устранения микроконвекции при выращивании кристаллов, в электрофорезе и в биохимических реакциях должно продолжать оцениваться как для исследований, так и для коммерческого применения. И наоборот, острая необходимость смягчить изнурительные эффекты костной и мышечной атрофии может привести к принципиально новому пониманию биоминерализации и контроля над транскрипцией и трансляцией генов. Хотя интуиция вряд ли является основой исследовательской стратегии, мы подчеркиваем ценность для науки в целом и для биологии в частности создания исследовательской среды, в которой творческий ученый может наблюдать непредвиденные явления. Затем эти вопросы становятся предметом логического анализа и формальных отчетов.

Биология человека и космическая медицина

Наша космическая программа должна создать возможности для пилотируемых космических полетов на несколько лет. Доступных данных так мало, что любой прогноз является предварительным. Физиологические эффекты кратковременных космических полетов, вероятно, будут терпимы или компенсированы, если не будут хорошо поняты и решены, к середине эры космических станций (примерно 2005 г.). Однако долгосрочные эффекты микрогравитации или даже пониженной гравитации Луны на костный и мышечный метаболизм и на сердечно-сосудистую функцию, вероятно, останутся малоизученными.

Члены экипажа защищены от ионного излучения магнитным полем Земли во время нахождения на малонаклоненных низковысотных орбитах шаттла и космической станции. Тем не менее, они будут подвергаться значительному облучению тяжелыми ионами во время межпланетных миссий или во время пребывания на лунной или марсианской базе. Это воздействие может иметь катастрофические последствия для центральной нервной системы, потому что недавно было показано, что излучение тяжелых ионов вызывает «однократное» повреждение, даже смерть неделящихся клеток.

Более общая проблема способности людей выживать в замкнутой, стрессовой среде приобретает новое значение и актуальность в связи с длительными космическими полетами. Помимо проблем невесомости и излучения тяжелых ионов, экипаж может столкнуться с повышенной микробной плотностью воздуха кабины, органическими и неорганическими токсинами (продуктами газовыделения), ограничениями в питании, проблемами оказания медицинской помощи в космосе. Эти физические нагрузки будут усугублять тяжелые эмоциональные нагрузки, связанные с работой и проживанием в закрытых помещениях. Многие из этих проблем не имеют земного аналога и должны быть изучены гораздо глубже, прежде чем мы сможем разрешить пилотируемую миссию на Марс.

Некоторые исследования в области космической биологии и медицины связаны со здоровьем и благополучием астронавтов. Другие компоненты представляют основной научный интерес и касаются фундаментальных вопросов, касающихся роли гравитации в жизненных процессах. Целевая группа считает, что эти две цели дополняют друг друга.

Реализация

В следующих главах обсуждаются состояние и цели этих пяти областей исследований — экзобиологии, глобальной биологии, управляемых экзологических систем жизнеобеспечения, космической биологии и космической медицины. В главе 8 обсуждаются приборы и технологии, необходимые для достижения этих целей. Целевая группа подчеркивает, что исследования живых организмов, включая человека, накладывают ограничения, не встречающиеся в других космических науках. С другой стороны, многие инструменты, а также стратегии глобальных биологов являются общими для ученых Земли. Точно так же раздел, посвященный экзобиологии, содержит многочисленные перекрестные ссылки на область исследования планет.

пространство-время | Определение и факты

Ключевые люди:

Альберт Эйнштейн
Стивен Хокинг
Роджер Пенроуз
Герман Минковски
Сэмюэл Александр

Похожие темы:

физическая наука
время
пространство
Вселенная Минковского
мировая точка

Просмотреть весь связанный контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

пространство-время , в физической науке единая концепция, признающая союз пространства и времени, впервые предложенная математиком Германом Минковским в 1908 году как способ переформулировать специальную теорию относительности Альберта Эйнштейна (1905).

Обычная интуиция ранее не предполагала никакой связи между пространством и временем. Физическое пространство считалось плоским трехмерным континуумом, т. е. набором всех возможных местоположений точек, к которому применимы евклидовы постулаты. К такому пространственному многообразию декартовы координаты казались наиболее естественными, а прямые линии можно было удобно приспособить. Время рассматривалось независимо от пространства — как отдельный одномерный континуум, полностью однородный на своем бесконечном протяжении. Любое «сейчас» во времени можно было бы рассматривать как источник, из которого можно взять прошлую или будущую продолжительность в любой другой момент времени. Равномерно движущиеся системы пространственных координат, привязанные к однородным континуумам времени, представляли собой все безускоренные движения, особый класс так называемых инерциальных систем отсчета. Вселенная по этому соглашению называлась ньютоновской. В ньютоновской Вселенной законы физики были бы одинаковыми во всех инерциальных системах отсчета, так что нельзя было бы выделить какую-то одну, представляющую абсолютное состояние покоя.

Викторина «Британника»

Викторина «Все о физике»

Кто был первым ученым, проведшим эксперимент по управляемой цепной ядерной реакции? Какова единица измерения циклов в секунду? Проверьте свою физику с помощью этого теста.

Во Вселенной Минковского временная координата одной системы координат зависит как от временных, так и от пространственных координат другой относительно движущейся системы в соответствии с правилом, которое образует существенное изменение, необходимое для специальной теории относительности Эйнштейна; согласно теории Эйнштейна, не существует такой вещи, как «одновременность» в двух разных точках пространства, следовательно, нет абсолютного времени, как в ньютоновской Вселенной. Вселенная Минковского, как и ее предшественница, содержит отдельный класс инерциальных систем отсчета, но теперь все пространственные размеры, масса и скорости относятся к инерциальной системе отсчета наблюдателя, следуя определенным законам, впервые сформулированным Х. А. Лоренца, а позже сформировавшие центральные правила теории Эйнштейна и ее интерпретации Минковского. Только скорость света одинакова во всех инерциальных системах отсчета. Каждый набор координат или конкретное пространственно-временное событие в такой вселенной описывается как «здесь-сейчас» или точка мира. В каждой инерциальной системе отсчета все физические законы остаются неизменными.

Общая теория относительности Эйнштейна (1916 г.) снова использует четырехмерное пространство-время, но включает гравитационные эффекты. Гравитация больше не рассматривается как сила, как в ньютоновской системе, а как причина «искривления» пространства-времени, эффект, явно описываемый набором уравнений, сформулированных Эйнштейном. В результате получается «искривленное» пространство-время, в отличие от «плоского» пространства-времени Минковского, где траектории частиц представляют собой прямые линии в инерциальной системе координат. В искривленном пространстве-времени Эйнштейна, прямом расширении римановского представления об искривленном пространстве (1854 г. ), частица движется по мировой линии, или геодезической, в чем-то аналогично тому, как бильярдный шар на искривленной поверхности следует траектории, определяемой искривлением. или искривление поверхности. Один из основных постулатов общей теории относительности заключается в том, что внутри контейнера, следующего по геодезической линии пространства-времени, такого как лифт в свободном падении или спутник, вращающийся вокруг Земли, эффект будет таким же, как при полном отсутствии гравитации. Пути световых лучей также являются геодезическими пространства-времени особого рода, называемыми «нулевыми геодезическими». Скорость света снова имеет ту же постоянную скорость с.

Как в теории Ньютона, так и в теории Эйнштейна путь от гравитационных масс к траекториям частиц довольно окольный. В ньютоновской формулировке массы определяют полную гравитационную силу в любой точке, которая по третьему закону Ньютона определяет ускорение частицы. Фактический путь, как и на орбите планеты, находится путем решения дифференциального уравнения. В общей теории относительности необходимо решить уравнения Эйнштейна для данной ситуации, чтобы определить соответствующую структуру пространства-времени, а затем решить второй набор уравнений, чтобы найти путь частицы. Однако, обратившись к общему принципу эквивалентности между эффектами гравитации и равномерного ускорения, Эйнштейн смог вывести некоторые эффекты, такие как отклонение света при прохождении массивного объекта, такого как звезда.

Первое точное решение уравнений Эйнштейна для одной сферической массы было выполнено немецким астрономом Карлом Шварцшильдом (1916). Для так называемых малых масс решение не слишком сильно отличается от того, что дает закон тяготения Ньютона, но достаточно, чтобы объяснить необъяснимую ранее величину смещения перигелия Меркурия. Для «больших» масс решение Шварцшильда предсказывает необычные свойства. Астрономические наблюдения карликовых звезд со временем привели американских физиков Дж. Роберта Оппенгеймера и Х. Снайдера (1939) постулировать сверхплотные состояния материи. Эти и другие гипотетические условия гравитационного коллапса были подтверждены более поздними открытиями пульсаров, нейтронных звезд и черных дыр.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Следующая статья Эйнштейна (1917 г.) применяет общую теорию относительности к космологии и фактически представляет собой рождение современной космологии. В нем Эйнштейн ищет модели всей Вселенной, которые удовлетворяют его уравнениям при подходящих предположениях о крупномасштабной структуре Вселенной, таких как ее «однородность», означающая, что пространство-время выглядит одинаково в любой части, как и в любой другой части. («космологический принцип»). При этих предположениях решения, казалось, подразумевали, что пространство-время либо расширяется, либо сжимается, и для того, чтобы построить вселенную, которая не делает ни того, ни другого, Эйнштейн добавил в свои уравнения дополнительный член, так называемую «космологическую постоянную».