Гравитация своими силами: В Москве показали, как победить космическую невесомость

Если смотрели фильм "Интерстеллар", то, возможно, помните, как в конце главный герой приходит в себя и видит, что находится внутри огромного цилиндра, в котором заключён целый мир с собственной экосистемой. Кстати, на самом деле этот мир в цилиндре — из книги Артура Кларка "Свидание с Рамой". Так же, как и эпизод, в котором горы на горизонте оказались волнами.

Так вот, цилиндр вращается вокруг своей продольной оси, возникает центробежная сила, она как бы гонит всё из центра в разные стороны, и за счёт этого по внутренней поверхности цилиндра можно ходить как по поверхности планеты.

Впрочем, в Институте медико-биологических проблем (ИМБП), который с самого начала космической эры готовит к полётам космонавтов и следит за их здоровьем, предпочитают фильм Стэнли Кубрика "Космическая одиссея: 2001". Там летящая в межпланетном пространстве станция имеет в своём составе модуль в виде бублика (в геометрии это называется тор), эта баранка, опять же, вращается, а внутри трусцой бежит астронавт, и бежит не прикреплённый ремнями к беговой дорожке, а просто так, по "потолку" модуля.

В невесомости всё время находиться не хочется, но профессиональные космические медики задаются вопросом, как будет чувствовать себя человеческий организм при постоянном нахождении внутри вращающейся конструкции. И этот вопрос изучают в Москве с помощью вот такой центрифуги. Она установлена в вышеупомянутом Институте медико-биологических проблем. Изначально он назывался Институтом космической биологии и медицины.

По сути, это тренажёр, только в нём совершенно ничего не нужно делать: ты просто лежишь в кресле (оно называется ложементом) головой к центру оси вращения, к тебе прикреплены всевозможные датчики, а за стеклом целая команда медиков смотрит, что с тобой происходит. Кабины во время вращений закрыты, это ноу-хау ИМБП: минимизирует укачивание. В качестве испытуемых берут в основном своих же специалистов, потому что очень хорошо знают их здоровье, а здоровье тут нужно отменное.

— Когда кабина закрыта и старт очень плавный, в принципе ты ничего не чувствуешь, тебя не толкает, ничего. Мы даже иногда переспрашиваем, включилась ли центрифуга. Но в какой-то момент ты начинаешь чувствовать, что тебя поднимает. То есть ты продолжаешь лежать, но у тебя ощущение, что ты встаёшь на ноги, — рассказал Лайфу один из участников такого эксперимента, глава пресс-службы ИМБП Олег Волошин.

Это происходит от того, что центробежная сила гонит кровь и вообще все твои биологические жидкости к ногам и создаёт ощущение опоры, объясняет глава лаборатории физиологии ускорений и искусственной силы тяжести Милена Колотева. Она рассказала, что центрифуга может делать до 48 оборотов в минуту, это даёт искусственную силу тяжести 7g (напомним, земная гравитация — один g, ускорение свободного падения 9,80665 м/с2). Но 48 оборотов тоже практически никогда не делают. К примеру, в последнее время делают максимум 33 оборота, это примерно 2–3g.

Сколько должен длиться такой сеанс общения с искусственной гравитацией в космосе, будут решать индивидуально с каждым космонавтом в зависимости от его выносливости и вообще особенностей организма. Сейчас проводят эксперименты продолжительностью 45–60 минут. В любом случае с центрифугой в космосе меньше времени нужно будет тратить на бег, силовые упражнения и велотренажёры. Вообще, медики хотят сделать так, чтобы в этой вращающейся кабине происходила не только такая "ленивая" тренировка, но и полноценный отдых, притом не только физический, но и психологический.

— Закрытая белая кабина и изогнутый потолок предусматривают создание виртуальной реальности во время вращения. Пока мы, может быть, с очками поработаем, а вообще, это будет такая среда, в которой человек будет чувствовать себя, как будто он идёт по какой-то поверхности. Пусть это будет комната психологической разгрузки, — говорит Милена Колотева.

Подобные эксперименты проводят ещё в нескольких странах мира: США, Франции, Японии. Правда, с точки зрения специалистов ИМБП, далеко не всегда получаются удачные космические центрифуги.

— У американцев в Массачусетском университете стоит центрифуга, в которой ось вращения проходит через переносицу. Можете себе представить? Плюс у них кабины не закрыты, и они получают за счёт этого очень много побочных эффектов, — поведала руководитель исследований по теме искусственной гравитации.

По её оценкам, одна из лучших космических центрифуг находится в Кёльне и определённо все возможности для создания искусственной гравитации на околоземной орбите есть у Китая. А меж тем пока ни одна страна не смогла эту идею реализовать в космосе. Оказывается, главная проблема в том, что вращение центрифуги в космосе создаёт вибрацию, а многие приборы на МКС к ней весьма чувствительны. Как рассказали в ИМБП, именно поэтому даже во время тренировок космонавтов на беговой дорожке эти приборы отключают — "станция замирает".

Тем не менее в 2020 году было объявлено о намерении включить космический модуль с центрифугой в состав будущей Российской национальной орбитальной станции. Это должен быть трансформируемый надувной модуль, который создают сейчас в РКК "Энергия". Решено установить на него центрифугу с одной кабиной, а не с двумя, как сейчас, объёмы модуля ограниченны.

Затем, что невесомость — тяжкое испытание для космонавтов и астронавтов во время их полугодовых и годовых полётов. То, что не работают мышцы и слабеют кости, — это лишь верхушка айсберга возможных проблем со здоровьем в космосе, на самом деле их намного больше.

И нужно помнить ещё об одном: после полёта человек возвращается на Землю и его организм должен заново перестраиваться и привыкать жить с гравитацией. Абсолютно у всех космонавтов наблюдается ортостатическая неустойчивость. Иными словами, после посадки капсулы космонавта надо из неё вынимать и нести, он не может сам подняться. Как рассказывал участник двух полётов к МКС Михаил Корниенко, первые семь–десять дней после посадки "глаза на белый свет не смотрят". Искусственная гравитация решила бы обе проблемы разом: не надо привыкать к невесомости и не надо потом обратно привыкать к Земле.

А кроме того, рано или поздно начнутся межпланетные полёты. К примеру, при имеющихся возможностях космонавтики полёт к Марсу будет занимать 6–9 месяцев, после которых, собственно говоря, должна произойти посадка на поверхность планеты. И там никто не будет заботливо ждать ослабевших землян с носилками и целым штатом врачей.