Заметки о космической фантастике

Человек и кошка… то есть космос

Космос — враждебная человеку среда. Куда более враждебная, чем вода: если брошенный в воду хомо сапиенс сделает «буль-буль» только через несколько минут, а до того его можно вытащить обратно без особых последствий, то в космосе он моментально получит баротравму, а потом потеряет сознание. Теоретически граница в «несколько минут» сохраняется, вот только вернувшая обратно тушка будет уже не такой целой и невредимой, как до прогулки без скафандра.

Но это — в открытом космосе. И хотя в уютном кубрике корабля человек, в общем-то, вполне может нормально жить, но опасности подстерегают его и там.

Как уже говорилось ранее, 99 % авторов про невесомость не пишут, что совершенно логично и не вызывает лишних вопросов даже в НФ, не говоря уже о космоопере. Введение искусственной гравитации позволяет избавиться от кучи проблем и не задумываться над каждым действием космонавтов. Читаете вы, скажем, ванильно-слащавый любовный роман в космическом антураже, и вот отношения главных героев достигают высшей точки: ОН понимает, что ОНА — любовь всей его жизни, ОНА понимает то же самое, только в отношении НЕГО, и героям остаётся только потрахаться. Вы представляете, как это сделать в невесомости? Каждый толчок в таких условиях будет разделять наших любовников, и ЕМУ придётся в лучших традициях БДСМ привязывать ЕЁ к койке, а самому держаться за какие-нибудь поручни, чтобы совершить задуманное. Понятное дело, романтики действию это ну никак не прибавит. Впрочем, для кого как.

Точно так же возникают проблемы вообще со всем, от еды до туалета. Крошки склонны летать по комнате и набиваться в нос, горло и всякие чувствительные приборы, вода собирается в шарики (к слову, шар — естественная форма жидкости) и залезает вам за шиворот, а отходы жизнедеятельности… ну, не будем о грустном. Коротко, но ярко это описано у всё того же Кларка в «Космической одиссее», и гораздо более красочно — у Николая Носова в «Незнайке на Луне». Впрочем, это трудности преодолеваемые. Сейчас даже космическая еда давно ушла от «паст в тюбиках» — на МКС члены экипажа едят вполне нормальные продукты, разве что упакованные и стерилизованные по специальным требованиям. В общем, это не самая большая беда, с которой сталкивается человек в невесомости.

Куда хуже дело обстоит со здоровьем. При первом полёте вас ждёт синдром космической адаптации — тошнота, головокружение, головная боль, иногда рвота и потеря ориентации в пространстве, а то и галлюцинации. А после длительного пребывания в невесомости спустившиеся на бренную землю космонавты, как правило, фоткаются с журналистами в полулежачем положении на специальных стульчиках. Отдельные недалёкие личности даже искренне считают, что именно поэтому американцы не могли летать на Луну — на фотках-то астронавты радостные и весёлые, а должны быть похожими на зомби. Правда, подобный эффект возникает минимум через две недели пребывания в невесомости, и до полёта «Союза-9» (17 суток) никто из космонавтов в зомби не превращался, но это так, мелочи.

Первое и самое очевидное, что подвергается негативному воздействию, это, конечно, опорно-двигательный аппарат. На Земле гравитация любезно одаряет ваш скелет и мышцы постоянной нагрузкой, в космосе — извините. Поэтому после отлёта рост космонавта увеличивается на несколько сантиметров, кроме того, он теряет около двух процентов костной массы. С соответствующими последствиями по возвращению на Землю, разумеется. Тем самым превращением в зомби — некоторое время космонавты неспособны адекватно стоять, не то что ходить.

Зато они бегают на станции: существует комплекс упражнений, позволяющий если не убрать совсем, то хотя бы снизить влияние невесомости на кости и мышцы. Беговая дорожка (гравитацию имитирует специальное устройство, прижимающее человека к полотну), эспандеры и так далее. Без них последствия были бы куда более печальными.

Например, члены экипажа упоминавшегося выше «Союза-9» выполняли 30-минутную зарядку каждый день. После возвращения они, конечно, не дотягивали по части зомбирования до возвращенцев из длительных полётов, но первые несколько часов всё равно предпочитали лежать, а в положении стоя испытывали головокружение, боль, слабость, резкое увеличение частоты сердцебиения и так далее. При ходьбе требовалась страховка, а части тела, по словам космонавтов, «ощущались необычайно тяжёлыми». Сработал в обратную сторону синдром адаптации, коротко говоря. Впрочем, и в таком состоянии вполне можно попозировать с радостным лицом на камеру (ещё один камень в огород конспиролухов).

Адаптация к невесомости происходит так: первые сутки — упомянутый выше синдром, организм охреневает от происходящего и пытается сделать хоть что-то. Далее 5–7 суток — постепенное приспосабливание к новым условиям. Развитие новых реакций, перестройка восприятия с учётом исчезновения понятий «вверху» и «внизу», и так далее. После этого начинаются метаболические сдвиги в структуре опорно-двигательного аппарата, и примерно через 4–6 недель достигается полная стабильность. И, конечно, зомбификация из-за обратного синдрома после возвращения на Землю.

Второй фактор, вызванный отсутствием гравитации — это перераспределение жидкостей в организме, а их там много. Изменяется функционирование вестибюлярного аппарата — если вас тошнит на карусели, о космосе можно забыть. Изменяется движение крови, что влечёт за собой целую массу последствий. Например, усиленную эрекцию у мужчин — по словам астронавта Роберта Маллейна, однажды он проснулся в таком состоянии, что мог бы сверлить криптонит (девушки, обратите внимание). Но эрекция ещё ладно, куда хуже то, что из-за всего этого меняется форма сердца (оно становится более круглым), повышается внутричерепное давление, потливость и так далее. Не самые приятные ощущения.

Кстати, если в упоминавшемся выше любовном романе ОН вдруг надумает бросить ЕЁ и улетит в открытый космос без скафандра (женская ревность, ну вы понимаете), ОНА не сможет даже всплакнуть по прошедшей любви. То есть всплакнуть-то ОНА сможет, а вот слёзы по щекам течь не будут. Вместо этого они будут надоедливо летать вокруг в виде капелек и мешать романтической сцене грусти.

На десерт у космонавтов падает зрение, наблюдается деградация сердечно-сосудистой системы, уменьшается масса эритроцитов в крови, нарушается водно-солевой и кислородный гомеостаз, меняется обмен веществ с преимущественно углеводного потребления на жировое, изменяется афферентация (например, космонавты не раз говорили, что еда на орбите теряет ярко выраженный вкус) и происходит ещё много весёлых вещей. Собственно, именно поэтому системы отбора жёстко отсеивают кандидатов — космонавт должен иметь лошадиное здоровье. No exceptions.

Отдельно стоит упомянуть искусственную гравитацию. Если вы начнёте ходить внутри вращающегося корабля-бублика, действующая на ваше тело тяжесть будет меняться в зависимости от направлении движения. На Земле тот же эффект создаёт циклоны и течения, но Земля слишком велика и вращается слишком медленно, чтобы грубый хомо сапиенс мог ощутить это. А вот в корабле-бублике они будут более заметны.

Если не вдаваться в линейную алгебру и теоретическую механику, то суть в следующем: создаваемая вращением искусственная грацитация зависит от угловой скорости, т. е. от числа оборотов в минуту. Двигающийся ПО направлению движения человек прибавляет к скорости обода свою собственную, так что он совершает чуть больше оборотов в минуту, чем обод, а следовательно, испытывает и большую тяжесть. В обратном направлении, соответственно, всё наоборот — он становится легче.

Попытки найти серьёзные эксперименты касательно именно такого воздействия на человека провалились, но можно прикинуть влияние силы Кориолиса для маленьких бубликов, например, диаметром 200 метров. Если вооружиться мозгомкалькулятором и посчитать, выяснится, что в случае такого бублика для обеспечения земной тяжести требуется примерно три оборота в минуту. Скорость пешехода — 5 км/ч, тогда при движении гравитация будет меняться для него на 0,85 м/с^2, или на 9 %. Для сравнения — в первые секунды движения лифта панельной девятиэтажки это изменение равно примерно 5 %.

Это достаточно заметные цифры, однако лично я не вижу ничего сверхъестественного в привыкании в к ним. В конце концов, качка на море оказывает не меньшее влияние, да ещё и нестабильное, но привыкают же к ней, а тут изменения полностью контролируются человеком — вы заранее знаете, что сейчас шагнёте и испытаете тяжесть или лёгкость, что облегчает адаптацию. Конечно, морская болезнь может и будет преследовать слабых здоровьем космонавтов, но это не идёт ни в какое сравнение с воздействием невесомости.

Одна из главных страшилок в отношении межпланетных перелётов. Её на полном серьёзе приводят как довод к невозможности экспедиции на Марс — типа, космонавты по пути окочурятся от радиации. Естественно, в реальности всё несколько иначе, хотя, к сожалению, не намного.

Сначала небольшое отступление и пояснение для любителей сталкерщины. Воздействие радиации на живое существо трудно поддаётся измерению, в основном потому, что радиации этой три типа (а ещё есть нейтронное излучение), и каждый работает по-своему. Например, измерение дозы в рентгенах касается только рентгеновского и гамма-излучения. Раньше использовался ещё биологический эквивалент рентгена — бэр, который конвертировал рентген с учётом воздействия альфа- и бета-частиц. Один бэр — это такая доза любого ионизирующего излучения, которая производит тот же биологический эффект, что и доза в один рентген. Сейчас в системе СИ используются две основных величины: грей, который определяет чистую энергию поглощённого излучения, и зиверт, который определяет биологическое воздействие этой энергии. Один зиверт эквивалентен одному грею при условии коэффициента качества излучения, равного единице. Коэффициент качества, в свою очередь, определяет опасность каждого типа радиации: для альфа-частиц он равен 20, для гамма-излучения — 1, для нейтронов — 5, 10, 20 в зависимости от скорости и прочих факторов. Тут сам чёрт ногу сломит, так что дальше я попытаюсь использовать наглядные сравнения.

Раз радиации три типа, надо посмотреть на составляющие получаемой экипажем дозы. Она состоит из двух факторов: солнечной радиации и космических лучей, первое — это в основном альфа и бета-частицы, второе — гамма-излучение. В нормальном режиме, разумеется, потому что во время вспышек солнечная радиация резко усиливается, так что экипажу МКС приходится укрываться возле бочек с водой, которая служит естественным щитом от протонного ливня.

Человек на МКС, где защита атмосферы куда ниже, чем на уровне моря, получает в среднем примерно 0,5–0,9 мЗв в день в зависимости от солнечной активности. Много это или мало? Для сравнения, годовая доза сотрудника АЭС — 20 мЗв, а обычного анонимуса — 1 (один). Для ликвидаторов аварий годовая доза установлена в 200 мЗв, т. е. чуть больше того, что получает в год космонавт на МКС. Ещё более простое сравнение — один час на Луне в скафандре примерно равен двум рентгеновским снимкам грудной клетки, а одни сутки на МКС — 5–6 таким снимкам. Любопытно, но космонавты на МКС сообщали о вспышках, которые иногда появляются при закрытых глазах, и о таком же эффекте, только более ярко выраженном, сообщали экипажи «Аполлонов». Считается, что это результат взаимодействия частиц высоких энергий с сетчаткой глаза, однако доподлинно пока неизвестно, так ли это.

Дальше — хуже, но ненамного. Единственные корабли, летавшие во внешний космос с людьми на борту — американские «Аполлоны» — защищались от радиации в первую очередь скоростью, вся программа при этом была той ещё авантюрой: случись в это время мощная солнечная вспышка, и экипажу пришёл бы каюк. «Аполлон-16», например, разминулся с такой всего на несколько месяцев, однако нормальный радиационный фон космоса позволял пробыть на Луне несколько дней без особых последствий. Ну как без особых — дозы колеблются в районе 0,3–1 рад (приблизительно 8-12 мЗв), это немало. Но и не смертельно. При этом эффективная радиационная защита МКС в три раза выше, чем у лунного модуля.

Но вот полёт на Марс будет длиться значительно дольше, даже при полёте по гиперболической траектории за 40 дней. Средняя суточная доза, измеренная миссией MSL во время полёта к Марсу, составляла примерно 1,8 мЗв в день — столько, сколько вы бы получили за два года на Земле. Девяносто пять процентов этой дозы — гамма-излучение, так как обшивка КК неплохо задерживает альфа- и бета-частицы. Однако солнечные вспышки меняют картину: во время них доза резко возрастает, иногда в несколько раз. Вспышка класса X, наиболее мощного, вполне может убить экипаж. Радует только то, что такие вспышки — большая редкость.

Однако если мы говорим о регулярных полётах в космосе, возникают проблемы. Во-первых, совершенно очевидно, что ползти к Марсу 500 дней по гомановской траектории бесполезно и бессмысленно — пассажиры как раз успеют получить максимально допустимую дозу в 1000 мЗв. Максимально допустимую за всю жизнь, если что, причём это всё равно значительно увеличит риск раковых заболеваний, повредит структуру ДНК и добавит ещё много-много радости будущим марсианам. Полёт же по гиперболической траектории за 40 дней хоть и выглядит более привлекательным в плане радиационной безопасности, требует мощных двигателей с высоким удельным импульсом, а с ними пока что туговато.

Негативные последствия от облучения бывают самыми разными. Первое и самое очевидное — возникновение хромосомных аберраций, мутации и вообще стерилизация. Например, медицинские исследования космонавтов МКС показывают значительное увеличение количества эпигенетических маркеров в организме. Второе — увеличение риска развития рака. Дальше — катаракта, нарушения обмена веществ, и так далее. Много всего.

Какие могут быть способы защиты от всего этого? Их, по сути, два — изоляция организма (об этом я уже писал ранее) и медикаментозная поддержка, то есть радиопротекторы. В будущем, вероятно, появится третий — генетическая модификация человека, повышающая его устойчивость к гамма-излучению. Но пока об этом можно только мечтать.

Что там в фантастике? Радиация там упоминается очень редко и обычно фоном. Из немногих случаев, когда она реально влияет на сюжет — Хайнлайн, «Пасынки вселенной». Ну и заклёпочники часто упоминают радиационную защиту в самых разных формах. На этом всё и заканчивается.

В 99.99 % они описываются примерно так: «навалились перегрузки». В лучшем случае ещё напишут, как они вдавливают космонавта в кресло. И всё.

По большей части, собственно, описывать что-то ещё не нужно, потому что сцена взлёта-посадки несёт исключительно утилитарную функцию отделения одной сцены мочилова с сексом от другой, и что там написано, дело десятое. Однако иногда всё-таки нужно понимание, что же такое перегрузки и как они влияют на человека, а это нечто куда большее, чем простое «вдавило в кресло».

Один из главных факторов влияния — это, конечно, увеличение веса крови, которую качает сердце. При поперечных перегрузках это не столь опасно, так как естественный ток крови почти не нарушается, а вот при продольных она может приливать к ногам или к голове, вызывая потерю сознания, рвоту, тошноту, инсульты и ещё множество весёлых вещей. Именно поэтому космонавты при взлёте находятся в положении «лёжа».

Лётчикам-истребителям, увы, не так повезло.

Страдает зрение. Если не сопротивляться перегрузкам, примерно на 4 g периферийное зрение исчезает, превращаясь в мутную пелену, а на 6–7 g отключается полностью. Человек находится в сознании, может думать, говорить (хотя это ещё постараться надо), но слепнет. Если же сбросить перегрузку, зрение тут же возвращается. Более второстепенная, но не менее важная деталь — отяжеление рук и ног. И если на ноги, в сущности, пофиг, то вот поднять руку при 5–6 g уже проблематично.

Страдает мозг — отток крови к ногам вызывает кислородное голодание, и рано или поздно человек отключается (при 10 g — через несколько секунд). Поэтому, собственно, в истребители обычно берут людей небольшого роста — они лучше переносят продольные перегрузки. Двухметровый гигант-лётчик-истребитель не то чтобы нонсенс, но вызывает вопросы.

При катапультировании из самолёта кратковременные перегрузки могут достигать 25 g, что приводит к повреждениям опорно-двигательного аппарата и прочим весёлым последствиям. После определённого количества таких катапультирований лётчик обычно комиссуется.

Ну и наконец, страдает тот самый опорно-двигательный аппарат. Если лётчик весит 70 кг, то при 6 g он будет весить 420 кг — несколько минут в таком виде заменяют неделю спортзала. Необратимых последствий, по-видимому, оно не привносит, но ломить мышцы после полёта будет.

Всё это верно не только в отношении самолётов, но и в отношении космических истребителей — в манёвренном бою перегрузки вполне могут достигать аналогичных для атмосферных машин. Как с этим бороться? Существуют противоперегрузочные костюмы, суть которых заключена в наличии специальных ремней на бёдрах и в других жизненно важных зонах. При перегрузках эти ремни пережимают кровоток и позволяют выдержать более высокую тяжесть, не строя из себя диснеевскую принцессу. Космонавты таких не носят, так как испытывают менее опасные поперечные перегрузки, а в космосе на истребителях не летают, а вот Люку Скайуокеру такой не помешал бы.

Или о роли кожаного мешка, служащего прослойкой между пультом и сидением в кабине пилота.

Так уж вышло, что в технике сейчас всё больше действий выполняет автоматика. В особенности в авиации, где препятствий на пути нет, не считая погодных, и программа проще. Ну и в космонавтике, естественно. Теоретически самолёт сейчас может взлететь, перелететь через Атлантику и сесть на аэродроме вообще без людей на борту, ориентируясь только на показания GPS и приборов навигации. Даже в штатном режиме, когда машиной управляет жалкий биологический разум, значительную долю берёт на себя всё та же автоматика. Это, конечно, не F-117, который без помощи компьютера летать вообще не мог ввиду аэродинамики, недалеко ушедшей от аэродинамики утюга, но тем не менее. На всех современных самолётах вроде F-22 компьютер — полноправный участник полёта, так сказать, второй пилот, и может даже взять управление на себя, если кожаный мешок не выдержит слабеньких перегрузок в 8G и потеряет сознание. Случаи уже были.

Встаёт очевидный вопрос, а зачем тогда вообще нужны убогие куски мяса на борту какого-нибудь космического грузовика будущего? Чтобы дать ответ, сначала нужно определиться, насколько мощным будет ИИ в этом самом будущем. Современные компьютерные системы обладают одним существенным недостатком — они неспособны принять решение в нестандартной ситуации. Даже нейросети обучаются на каком-то материале и следуют алгоритмам. У человека в башке тоже расположен компьютер, пусть и аналоговый, вот только алгоритмы в нём гораздо более сложны (хоть и не у всех людей), а обилие багов превращается в фичу и даёт способность к творчеству — и, судя по всему, именно она в свою очередь позволяет придумать выход из ситуации, не предусмотренной правилами и стандартами.

Машины этого лишены.

Таким образом, кусок мяса в кресле пилота потребуется как минимум для одного: принять решение в случае нестандартного ЧП. Тут нужно обратиться уже к целесообразности. Нестандартное ЧП в 99.99 % случаев приведёт к потере корабля. Подавляющее большинство утерянных АМС и пилотируемых кораблей — это следствие одной-единственной ошибки в ПО или одного отказавшего датчика, что повышает риски по сравнению, к примеру, с химической промышленностью. Напомню, меметичное «Хьюстон, у нас проблема» — следствие отказа какого-то вонючего третьесортного термостата, о существовании которого на борту, скорее всего, никто из астронавтов вообще не знал.

Сколько стоит космический грузовик, его груз и одна миссия по перевозу из точки А в точку Б? Мне думается, что даже в будущем это будут значительные цифры. Гораздо более значительные, чем устройство системы жизнеобеспечения и зарплата космического дальнобойщика. Да, аварии на борту будут случаться в 0,1 % случаев — но суммарно, скорее всего, расходы на дальнобойщика и СЖО будут меньше потерь от аварий за то же время. Короче, это уже число экономический расчёт, который будет выполняться специалистами на основе реальных, подчёркиваю — реальных данных. Иными словами, тезис «человек на борту в будущем не будет нужен» возможен только если автор задекларировал существование сильного ИИ, способного к творческому подходу. Нет такого ИИ — извините, претензия неуместна.

Тот же подход применим и в случае нестандартных миссий, например спасательных, как у меня в «Когнитивной симфонии», или исследовательских, где заранее неизвестно дерево решений и его придётся строить по ходу дела. Про пассажирские перевозки и говорить нечего. Там в любом случае придётся обеспечивать комфорт на борту, и наличие ещё одного кожаного мешка с навыками пилота не сильно повысит эксплуатационные расходы.