background image
четверг
k
44, 21 апреля 2011 г.
ПОИСКИ, НАХОДКИ, РАЗМЫШЛЕНИЯ, ИЗОБРЕТЕНИЯ
Через тернии к звздам!
В ы п у с к 77
g o r o d n a u k i @ b k . r u
Редактор выпуска Н.Я. ДОРОЖКИН, научный обозреватель Калининградской правды
Город науки
Экипаж Марс 500 на поверхности планеты
Ц
ели и задачи, содержание и временнaя про
грамма эксперимента Марс 500 широко
освещены в СМИ. В эксперименте воспроизво
дятся особенности полта к Марсу, отличающие
его от геоорбитального полта сопоставимой про
должительности.
При этом известно, что в про
грамму входит посадка на планету и выход эки
пажа из посадочно взлтного модуля (ПВМ), для
чего в составе стендового комплекса предусмот
рен имитатор поверхности с размерами 6 х 16 м с
песчаным грунтом, валунно гравийной россыпью
и макетом моноблока скального образования.
Успех деятельности десанта на поверхности Мар
са определят следующие условия: состояние орга
низма космонавтов и степень их адаптации к силе
тяжести на Марсе; эксплуатационные характерис
тики скафандра; технико эргономические свойства
инструментов, аппаратуры и оборудования.
Как моделируются эти условия в эксперименте
Марс 500?
Для некоторого приближения организма
испытателей к состоянию после перелта в
условиях g
0 члены десантной группы в те
чение трх суток, под наблюдением бортово
го врача, снаряжнные во фрагменты проти
воперегрузочного костюма Кентавр, во
время сна находились в наклонном положе
нии, под углом 15 к горизонтали.
Скафандр Орлан Э, предоставленный
его разработчиком НПП Звезда (об НПП
Звезда см. в номере от 14 апреля
), заявлен
как прототип будущего марсианского за
щитного снаряжения. Он почти в 2 раза
легче орбитального скафандра Орлан.
В эксперименте использован комплект
селенологических инструментов, создан
ный в конце 1960 х начале 1970 х годов
для программы Н1 Л3. В состав оборудо
вания входят два электроперфоратора,
предоставленных для эксперимента Марс
500 на основе партнрского сотрудниче
ства предприятием ИНТЕРСКОЛ.
Таким образом, приближение условий экспе
римента к ожидаемым в реальности можно опре
делить как полунатурное физическое моделиро
вание ситуации с некоторыми допущениями, при
емлемыми для разработки сценария первого вы
хода на поверхность. В моделировании внекора
бельной деятельности (ВКД) использован опыт,
накопленный в этой области космонавтики в РКК
Энергия, НПП Звезда, ИМБП РАН, включая
подготовку испытателей. За несколько дней до
начала ВКД, как это принято на орбитальной стан
ции, испытатели провели самостоятельную при
мерку скафандров. При разработке бортовой ин
струкции по действиям на поверхности была ис
пользована методика и форма документа, приня
тая для ВКД на российском сегменте МКС.
Экипаж взлтно посадочного модуля (группа
ВКД) состоял из 3 испытателей. Сформированы
следующие их пары и график ВКД: А. Смолеев
ский (РФ) и Д. Урбина (ЕКА) 14.02, А. Смолеев
ский и Ванг Юа (КНР) 18.02, А. Смолеевский и
Д. Урбина (ЕКА) 22.02.2011 года.
Таким образом, осуществлено 3 выхода по 2
космонавта одновременно. В ходе подготовки
каждой группы к выходу третий член экипажа
ВПМ оказывал помощь при облачении в скафан
дры. Испытателями были выполнены операции,
соответствующие задаче взятия геологических
проб на случай внезапного и срочного старта
ВПМ. Это значит, что они взяли пробы сыпучих
фракций с поверхности; прокопали канавку и взя
ли пробы фракций с е дна; переворачивали круп
ные камни и брали пробы грунта дня творения,
как геологи называют то место, где лежал камень;
скалывали образцы от монолитных образований
и бурили монолиты для взятия проб образовав
шегося песка.
В сценарии действий на поверхности содер
жался ещ один эпизод имитация случайного
падения испытателя на грунт и самостоятельный,
или с помощью товарища, подъм на ноги. Эпи
зод был неоднократно с успехом проигран, но,
разумеется, при земном состоянии организма
людей, не перенсших тягот межпланетного пе
релта.
Запланированная программа деятельности ис
пытателей на имитаторе поверхности была вы
полнена в полном объме, цели программы до
стигнуты.
Скафандр Орлан Э обеспечил реализацию
двигательной активности испытателей и выпол
нение всего объма движений, необходимых для
целевых операций. Снижение массы системы че
ловек скафандр было достаточным примени
тельно к условиям силы тяжести даже на Земле и
позволяло испытателям перемещаться по поверх
ности без затруднений. В процессе выполнения
операций были подтверждены технические и эр
гономические свойства инструментов.
В среде специалистов, в частности американ
ских, существует мнение, что для отработки мар
сианской экспедиции могут и должны быть ис
пользованы земные природные объекты. Станция
Марсианского общества MDRS (Mars Desert
Research Station) установлена в пустынной мест
ности штата Юта; аналогичная станция находится
в кратере Хоутон у северного побережья острова
Девон (Канадский Арктический архипелаг). Стан
ции рассчитаны на проживание 6 человек со сме
ной экипажей каждые две недели. Такая техноло
гия подготовки экспедиции, е пригодность для
всей номенклатуры операций и всех этапов под
готовки, е техническая и экономическая целесо
образность, по мнению автора, отнюдь не очевид
ны. Необходима дифференциация задач и приме
нение соответствующих им методов отработки
испытаний. Так, например, выход испытателя из
ПВМ, его обход и осмотр, фоторегистрация не
потребуют площадки с радиусом более 5 6
метров. Операции по забору проб грунта, буре
нию, по установке приборов и т. п. могут быть
отработаны на рабочем месте такого же радиуса.
Оценки утомляемости при пешем перемещении
могут быть проведены на замкнутых маршрутах.
Для определения устойчивости на склонах может
быть сооружн макет микрорельефа. Таким обра
зом, искусственный марсодром, разумно ограни
ченный по размерам и стоимости, вполне позво
лит выполнить отработку технологических опера
ций и верификацию оборудования индивидуаль
ного применения, в том числе разворачивания
индивидуальных защитных средств на случай
вспышки на Солнце.
Природные же объекты понадобятся для испы
таний транспортных средств. Изыскать такой по
лигон на территории России, без сомнения, впол
не возможно, по крайней мере в определнный
сезон года.
Очевидно, что в исследованиях на Марсе будут
использоваться высокотехнологичные методы
поисковых работ: ядерно геофизические, бескер
новые, каротажные и т. п. Для экспедиции на
Марс (Луну, астероид) уже сейчас может быть
начато формирование специальных требований к
геолого поисковому оборудованию с целью адап
тации его к космическим условиям и человеку в
скафандре.
Создание оборудования для проведения эксп
ресс анализов в области геохимии, биохимии,
биологии позволит экипажу оперативно получать
результаты и использовать эту информацию для
корректировки направления и характера поиско
вых и исследовательских работ, что и является
главным преимуществом человека и его отличи
ем по сравнению с автоматом. Но у человека, при
его креативных преимуществах, есть ещ одно
отличие от автомата ему периодически нужен
отдых. Следует отметить изменение в функцио
нальной загрузке ног по сравнению с условиями
микровесомости: именно опорно двигательный
аппарат человека в условиях тяготения на Марсе
следует, по возможности, разгружать также и от
веса скафандра.
Вопросам безопасности при падениях следует
уделять особое внимание, учитывая массу связки
человек скафандр и марсианское ускорение
силы тяжести 371 см/с
2
, а также характер повер
хности в виде остывшей лавы. На Земле известны
породы под названием вулканическое стекло,
которые имеют раковистые режущие изломы или
игольчатые образования, например, обсидиан.
Придтся позаботиться о защите органов управ
ления, остекления гермошлема и перчаток ска
фандра.
Наряду с целями эксперимента Марс 500 по
изоляции и планированию деятельности экипажа
существуют конкретные проблемные задачи, нуж
дающиеся в исследовании и последующем реше
нии, которые могли бы его дополнять.
Для подготовки десантной экспедиции на по
верхность Марса ключевое значение приобретает
проблема работоспособности космонавта после
длительного пребывания в условиях микровесо
мости в период межпланетного перелта, в част
ности, хорошо известная в космической медици
не проблема ортостатической неустойчивости.
Сможет ли человек, без достаточного времени на
реадаптацию к величине тяготения 0,38 g, оста
ваться Homo erectus, то есть сохранять верти
кальное положение тела и осуществлять продук
тивную двигательную активность?
Первым шагом в исследовании функциональ
ных возможностей человека в заданных условиях
может стать модельный эксперимент, пред
ложенный и обоснованный автором (ста
тья Десант на Марс в журнале Полт,
4, 2004, и одноимнное интервью в Го
роде науки 18, 2005). Два этапа иссле
дований носят итеративный характер и про
водятся в следующей последовательности:
1. Моделирование ситуации перехода орга
низма человека к марсианской гравитации
осуществляется реализацией метода антиор
тостатической гипокинезии (АНОГ), после
чего испытатель облачается в скафандр, обез
вешивается до 0,38 g и выполняет действия
по программе исследований.
2. Второе приближение к реальности
участие в эксперименте космонавтов из со
става экипажа российского сегмента МКС
после полугодового геоорбитального пол
та. Возвращнные на Землю космонавты до
ставляются на базу испытаний, облачаются в
скафандры, обезвешиваются до 0,38 g и вы
полняют действия по программе исследований.
И на первом этапе, в процессе АНОГ, и тем
более в полте на МКС проводятся штатные ме
роприятия по предупреждению снижения грави
тационной устойчивости организма и отрицатель
ного влияния микровесомости на человека.
Таким образом, объективные и субъективные
оценки состояния испытателей на финише экспе
римента являются одновременно и оценками дей
ственности и достаточности средств и методов
противостояния микровесомости, имеющихся в
арсенале космической медицины, и оценками
корректности методики моделирования.
Следующим шагом в решении проблемы обес
печения работоспособности марсонавтов станет
выбор или разработка пути получения положи
тельного результата.
Основой решения мог бы стать опыт, нарабо
танный за 50 лет пилотируемой космонавтики с
учтом 437 суточного непрерывного геоорбиталь
ного полта врача космонавта В.В. Полякова.
В
том случае, если в результате предлагаемых экс
периментов выяснится, что существующий под
ход не обеспечит приемлемого уровня работоспо
собности марсонавтов, в повестку дня встанут
вопросы о создании и использовании дополни
тельных или новых медико технических средств
и технологий, в том числе и искусственной силы
тяжести, которая может быть получена вращени
ем всего экспедиционного комплекса или отдель
ного модуля, а также применением центрифуги
короткого радиуса.
Как известно, на Марсе наблюдаются постоян
но дующие, меняющие направление ветры. Там
периодически возникают пыльные бури, порою
глобального масштаба, не имеющие аналогий на
Земле. Озабоченность вызывает воздействие вет
ровых нагрузок на марсонавта, особенно на фоне
неразрешнной пока проблемы ортостатической
его неустойчивости. Аналитическая оценка ветро
вой нагрузки на фронтальную плоскость скафанд
ра при скорости набегающего потока углекислого
газа 30 м/с и атмосферном давлении 6,1 мбар дат
величину от 16,5 до 30 Н. По некоторым источни
кам, скорость ветра достигает 140 м/с. В таком
случае, особенно при резких его порывах, нагруз
ки на скафандр могут достигать значений, в разы
больше указанных и запредельных для безопас
ности марсонавта.
Чтобы составить представление о воздействии
ветровых нагрузок на испытателя в скафандре,
был проведн оценочный эксперимент в наземных
условиях. Испытатель в вентиляционном скафанд
ре Орлан под избыточным давлением 0,4 ат
располагался в положении стоя на макете грунта
с произвольным микрорельефом. Вес скафандра
составлял ~ 60 кгс, что может быть близко к весу
марсианского скафандра в условиях g = 0,38. Со
средоточенная механическая нагрузка через дина
мометр прилагалась в точке расположения центра
тяжести системы человек скафандр. При
наклоне на 12 15 от вертикали падение испы
тателя назад происходило под действием опро
кидывающей силы 30 Н, падение вперд при
35 Н. Эти результаты, несмотря на отличие усло
вий эксперимента от марсианских, дают пищу для
осмысления проблемы и использования более
корректных экспериментов.
Прогнозируемая ветровая обстановка на Мар
се ставит в повестку дня создание и оснащение
ПВМ, а может быть, и скафандров, нетипичными
для космической техники приборами с функция
ми древнего флюгера или анемометра, показыва
ющими направление и скорость ветра. Модерни
зированный прибор мог бы выдавать интегриро
ванное показание величины ветровой нагрузки на
скафандр и иметь звуковую тоновую индикацию.
ВКД на поверхности Марса локальный фраг
мент пилотируемой экспедиции. Исследования в
этом направлении можно и целесообразно разво
рачивать уже в настоящее время. Их результаты
должны быть учтены на ранних этапах проектиро
вания элементов межпланетного экспедиционно
го комплекса, что позволит исключить принятие
неадекватных и неэффективных решений в части
учта человеческого фактора.
Проблемы обеспечения деятельности челове
ка на поверхности Марса далеко не исчерпыва
ются изложенными выше, более того, многие из
них ещ не определены. Исследования и разра
ботки по теме ВКД на поверхности небесных тел,
опережающие проектирование конкретного экс
педиционного комплекса, не будут преждевре
менными и могут стать вкладом России в между
народные проекты, в том числе полт на Марс.
Олег ЦЫГАНКОВ,
доктор технических наук, профессор,
ведущий научный сотрудник РКК Энергия
О.С. Цыганков.
Взятие проб грунта.
Фото Зои ЦЫГАНКОВОЙ
Фото Олега ВОЛОШИНА
Имитация падения испытателя.