«Бочки» Королева и год в «звездолете»: как на Земле готовят к дальним полетам

Ученые Института медико-биологических наук (ИМБП) РАН занимаются исследованиями того, как факторы космического полета влияют на организм членов экипажа. Проводить на МКС все подобные эксперименты нет возможности — количество космонавтов ограничено, кроме того, специалисты не могут отправить в космос неотработанные технологии.

Именно по этой причине на Земле проводятся аналоговые и модельные эксперименты, в которых задействуются специальное оборудование и уникальные лаборатории, имитирующие длительный полет. Все они, среди прочего, позволяют понять, как человек адаптируется к экстремальным условиям среды.

Зачем нужны длительные изоляционные эксперименты, что будет, если провести три недели в ванной, зачем спать головой вниз и что за бочки придумал Королев — на эти и другие вопросы в новой лекции Pro Космос ответила эксперт в области космической медицины, кандидат биологических наук, заместитель заведующего отделом Института медико-биологических наук РАН Анна Куссмауль.

— Какие эксперименты проводятся в Институте медико-биологических проблем РАН и что они позволяют выявить?

— На Международной космической станции (МКС) мы не можем проводить все эксперименты, потому что и количество космонавтов ограничено, и время космонавта ограничено. Плюс, мы не можем отправить неотработанные технологии в космос. Для начала мы должны опробовать их на Земле, и для этого нам нужно понимать, что же все-таки происходит. С этой целью на Земле проводятся аналоговые и модельные эксперименты.

Аналоги — это когда на Земле создается аналог того фактора, той ситуации, которую нам нужно воспроизвести. А модельные — это когда мы моделируем действия этого фактора. Какие эксперименты, которые проводятся в ИМБП РАН, мы можем сюда отнести? В первую очередь это гипомагнитная камера. Мы воспроизводим снижение магнитного поля Земли в 1000 раз, и испытуемые проводят там двое суток.

Что мы смотрим? Во-первых, происходят ли изменения операторской деятельности (то есть хуже ли работает человек) и когнитивных способностей. Кроме того, оцениваем некоторые физиологические показатели, прежде всего, сердечно-сосудистую систему. Это одна из тех систем, которая быстрее всего реагирует на изменение среды в космосе. Плюс, есть данные, что как раз при снижении магнитного поля эта система достаточно чувствительна.

Такие же исследования проводятся на животных различного уровня. И это сейчас достаточно передовые исследования. Важно получить результаты до того, как мы будем планировать дальнейшие работы.

Следующие исследования, которые представляют большой интерес, — это модели, придуманные для того, чтобы имитировать эффекты невесомости. Одна из моделей — сухая иммерсия. Это такая ванна, покрытая специальным слоем из полипропилена для того, чтобы не происходило контакта испытуемого с водой.

Что мы можем изучить с помощью этого? Во-первых, что происходит при адаптации космонавта к полету, какие изменения у него в организме, что нужно сделать, чтобы это предотвратить. То есть отработать на Земле средства профилактики. У нас эти исследования проводятся с участием женщин и мужчин. С участием мужчин они еще где-то в мире проводятся, а с участием женщин в 2019 году мы впервые провели сухую иммерсию у нас в России.

Еще одна модель, которая также способствует изучению тех изменений, которые происходят в невесомости, это антиортостатическая гипокинезия. Что здесь делают с испытуемыми? Берут человека, кладут на кровать и опускают головной конец кровати на несколько градусов вниз. Тут и кровь приливает к голове, и отсутствие стимулов на подошву, и, естественно, гипокинезия — обездвиживание. Человек же лежит достаточно длительное время. И здесь уже не три дня, а до 20 дней они у нас лежат, и мы смотрим, что с ними происходит, отрабатывая средства профилактики.

— Еще одно важное направление деятельности института — изоляционные исследования. С чего началась их история и для чего они нужны?

— как я уже говорила, один из важных факторов — это замкнутая среда, монотония, и это, естественно, изоляционные исследования, которые проводятся в нашем институте уже очень много лет. Первый эксперимент был проведен в 1967-1968 годах — «Год в земном звездолете», когда три человека находились в испытательном комплексе. Если вы представляете себе кухню в хрущевке: три человека провели год вот в этом маленьком помещении, они даже менялись спальными местами — это были полки одна над другой — так, чтобы одинаково некомфортно было всем, а не только одному.

Поскольку сейчас мы можем осуществлять это через сервера, через видеозаписи, раньше такой возможности не было, им приходилось общаться через стекло. Позднее добавили им оранжерею, в которой они повесили турник, чтобы была хоть какая-то физическая активность, потому что, действительно, в маленьком ограниченном пространстве это сделать достаточно сложно.

Затем был построен наземный экспериментальный комплекс. Он проектировался и строился с 1964-го по 1970-й год по чертежам Королева. Предполагалось, что он будет моделировать корабль для дальних полетов (комплекс представлял собой макет тяжелого межпланетного корабля, который предназначался для максимально реалистичного моделирования полета на Марс и других сверхдлительных пилотируемых космических миссий — прим. ред.). Это такой комплекс отдельных металлических модулей, мы их про себя называем «бочки». Это не просто бочки, это полностью оборудованные модули, у каждого из которых свой объем в зависимости от предназначения — то есть каждый несет определенную функцию.

Один модуль — это жилой модуль, второй — медицинский, в котором осуществляются медицинские процедуры и в котором можно изолировать одного из членов экипажа, если во время нашей имитированной экспедиции кто-то заболел. Есть также спортзал, оранжерея, склад, душ. Еще один модуль, который имитирует спускаемый аппарат, и другой, который имитирует инопланетную поверхность. Такого количества модулей, естественно, не было изначально. Комплекс с течением времени претерпевал модернизацию.

— В чем были преимущества такой модульной конструкции?

— Мы можем говорить о том, что таких комплексов в мире нет. Есть аналоги, но они не могут настолько соответствовать тому, что есть у нас. Почему? Потому что мы можем в зависимости от программы подстраивать сценарий эксперимента так, как нам нужно. Если мы говорим о коротком полете на Луну, то это, например, короткий эксперимент женского экипажа «Луна-2015». Он проводился в течение восьми дней, но в интернете можно встретить разное количество дней, потому что психологи решили, что слишком девушки хорошо сидят и накинули им еще один денечек. И когда уже все готовились выходить, им сказали: «Вас не принимает космодром. Посадка через один день». Это было сделано с целью проверить, кто и как будет себя вести.

Так вот я хотела сказать о том, что использовался не весь комплекс. Корабль был как бы небольшой. Закрыли несколько модулей, и мы не могли ими пользоваться. В этом же комплексе в 1990-е—начале 2000-х проводилось очень много экспериментов, тоже в зависимости от задач.

Но я хочу сказать, что изоляционный эксперимент проводится не потому, что мы его придумываем, а потому, что существует потребность в его проведении. Например, тогда был предусмотрен полет европейского астронавта в течение 120 дней в рамках программы «Евромир» (международная космическая программа 1990-х гг., которая проводилась совместно Федеральным космическим агентством России и ЕКА и должна была доставить европейских астронавтов на станцию «Мир» — прим. ред.). И за год до этого, в 1994-м, мы полностью провели имитацию этого полета на Земле с режимом дня, научной программой и циклограммой этого астронавта. Затем эксперимент «Сфинкс», в 1999-2000-е годы, когда имитировалась работа экипажей МКС. Там были основной экипаж и экипажи посещения.

— Что представляет собой космическая медицина?

— Космической медицина — это медицина здорового человека. Наши специалисты взаимодействуют со здоровыми людьми, можно сказать, с одними из самых здоровых людей на планете. И для космической медицины важно отследить момент до развития патологии. То есть не когда она уже случилась, а выявить предикторы, маркеры, какие-то прогностические явления, которые будут говорить, что у какого-то человека через какое-то время может что-то произойти.

И вот эти моменты — разделение, где норма, где патология, а где сам переход, — этим космическая медицина насыщает медицину земную. Кроме того, когда мы говорим, например, об изоляционных исследованиях, то всегда речь идет о психологических аспектах, о том, как тяжело в изоляции, и о средствах предотвращения этого. Когда был коронавирус, мы все столкнулись с проблемами в изоляции. И в институт очень часто приходили запросы с просьбой помочь людям.

Те средства и методы для психологической поддержки людей в изоляции, которые используются в наших изоляционных экспериментах, могут использоваться и для широкого круга людей, особенно для тех, кто вынужденно находится в замкнутом пространстве. Но это определенные контингенты, выполняющие свою работу, не только в космической отрасли. Кроме того, космическая медицина в целом может дать представление о том, как человек адаптируется к экстремальным условиям среды.

Психологи нам рассказывали перед нашим экспериментом, что было исследование в изоляции, когда на арктической станции сравнивали мужской и женский экипажи. Факт очень любопытный, и я люблю про него рассказывать. Для женщины очень важно чувствовать себя в команде, она не может работать как отдельный индивидуум. А для мужчины значимость команды не так высока. То есть мужчины могут работать как отдельные личности без снижения эффективности.

Мы не можем сказать, что мужчины и женщины абсолютно идентичны. Но при этом мы можем говорить о том, что женщины могут точно так же эффективно выполнять свою работу. И если мы говорим о дальних полетах, то без женщины нам не обойтись.

— Участвовали ли когда-нибудь космонавты в наземных экспериментах перед полетом в космос?

— Космонавты принимали участие в наземных изоляционных экспериментах, причем некоторые из них участвовали до того, как они полетели в космос. Сергей Рязанский, Олег Артемьев, Анна Кикина — любимый космонавт моей дочери. Они участвовали в изоляционных экспериментах. Аня Кикина принимала участие в проекте «Сириус». И в одном из своих интервью она сказала, что для нее это был полезный опыт пребывания в таких условиях до того, как она оказалась на борту космического корабля.

Некоторые космонавты участвовали в экспериментах после своих полетов. Космонавт Евгений Тарелкин тоже участвовал у нас в эксперименте «Сириус». Мы с ним были в тестовом прогоне, и он тоже сказал, что хоть мы и не можем имитировать МКС, потому что там невесомость, а здесь ее нет, вот эти особенности пребывания, режима и взаимодействия достаточно схожи.

Даже, например, когда мы берем те приборы, которые находятся на борту, и пытаемся реализовать то, что делают космонавты, мы можем заметить необходимость внести дополнения в инструкцию для того, чтобы человеку, который находится в космосе, не нужно было бы разбираться, где что. То есть эта инструкция должна быть четкой и понятной. И вот как раз в таком эксперименте все это можно было отработать.

Проводился, в частности, эксперимент «Лор», когда с помощью маленькой камеры исследовали ротовую полость космонавта и передавали снимки на борт. То есть это, можно сказать, как элемент телемедицины. В этой ситуации пациент максимально удален от врача. Если мы все методы, параметры, принципы, средства шифрования передачи медицинской информации затем передаем и используем в медицине земной, то эта телемедицина дальше развивается. Сейчас про нее все говорят, а начиналось все с медицины космической.

— Предусматривают ли наземные эксперименты отработку нештатных ситуаций?

— В каждом изоляционном эксперименте у нас есть нештатные ситуации, и это запланированные нештатные ситуации, о которых экипаж не знает. Например, у нас имитировался пожар, и психологи смотрели, как будут себя вести члены экипажа, что будет происходить и как они с этим справятся. Одна из нештатных ситуаций — это как раз для имитации автономии.

Это проводилось не в нашем эксперименте, а в эксперименте «Сириус». И даже не задержка связи — имитировалась ее полная остановка. Нельзя было в течение какого-то времени отправлять сообщения экипажу: ни видеосообщения, ни радиограммы. Когда после этого связь была восстановлена, оказалось, что число сообщений от экипажа сократилось, и оно не вышло на прежний уровень. То есть экипаж привык справляться со своими проблемами самостоятельно.

Если раньше по каждому вопросу экипаж мог обращаться в наземный пункт — у наших испытателей есть наземный пункт управления, куда можно задать вопросы, как у космонавтов есть ЦУП, — то в этой ситуации, когда была остановка связи, им помощь уже оказалась не нужна. Это тоже очень важно, когда мы говорим об автономности космических полетов.