Як людзі будуць пакараць Марс і за яго межамі

How humans will conquer Mars and beyond

 

Працуе на Guardian.co.ukГэты артыкул пад назвай “Як людзі будуць пакараць Марс і за яго межамі” была напісана Кевін Фонг, для назіральніка на нядзеля 13 снежня 2015 08.30 Універсальны Глабальныя ЧАС

У гэтым годзе Каралеўскага інстытута Калядныя лекцыі глядзець на выклік палёту чалавека ў космас і што трэба кінуць людзей у апошні рубеж на рэйсах разведкі.

Як лекар я правёў больш за дзесяць гадоў падарожжа туды і назад паміж Вялікабрытаніяй і НАСА Касмічны цэнтр імя Джонсана ў Х'юстане, працуючы ў якасці запрошанага навуковага супрацоўніка па праектах, пачынаючы ад вывучэння ўздзеяння касмічнай асяроддзя на старэнне фізіялогіі ў сістэмах штучнага прыцягнення. У той жа час я сканчаў мой малодшы медыцынскую падрыхтоўку ў анестэзіі і інтэнсіўнай тэрапіі. Гэта было дзіўна, спрабуючы злучыць гэтыя два жыцці разам. Працуючы на ​​аддзяленні інтэнсіўнай тэрапіі на працягу ночы, накіроўваючыся ў аэрапорт у канцы змены, захопліваючы некаторы сон на самалёце, а затым прыбывае на наступны дзень у канферэнц-зала ў Х'юстане, дзе людзі сядзелі вакол казалі пра тое, як бяспечна адпраўляць людзей на Марс.

Але справа ў тым, што звязвае два быў выклік жыцця ў крайнасці. У бальніцы я глядзеў на крайнасці жыцця, калі аспрэчваецца хваробы і траўмы. У НАСА я глядзеў на пагрозу, якую ўяўляе для фізіялогіі чалавека крайнасцямі фізічнага свету і сусвету.

Калі мы гаворым аб экстрэмальных умовах мы можам атрымаць прыкладныя ўяўленне аб іх суровасці мяркуючы, як доўга яны будуць падтрымліваць жыццё чалавека неабароненым і Непадтрымоўваны. Па гэтай мерай прасторы з'яўляецца канчатковай экстрэмальны: адназначна варожа ў адносінах да фізіялогіі чалавека, яна не дае ніякай падтрымкі чалавечага жыцця наогул. Неабаронены касмічны падарожнік б выжыць у гэтым асяроддзі толькі на працягу некалькіх секунд.

Вы можаце сабе ўявіць, што было б шмат для лекара, каб зрабіць - што, калі справа даходзіць да асваення чалавекам касмічнай прасторы, людзі, якія разумеюць і могуць маніпуляваць фізіялогіі чалавека будзе на пярэднім краі гэтых намаганняў. Але лекары гуляюць дрэнную другую скрыпку да таго, што ў пераважнай большасці выпадкаў культура інжынерыі - і з поўнай падставай.

Касмічны палёт у фізічным прынцыпе обезоруживающе просты. Так проста ў тым, што Ньютан пачаў разумець дынаміку, якія ляжаць у аснове яго амаль 400 шмат гадоў таму. Для таго, каб пакінуць Зямлю і ўвайсці на арбіту вакол яго, спачатку трэба кінуць аб'ект па ўсім зямным шары так моцна, што яго траекторыя выходзіць за межы гарызонту Зямлі - так моцна, што гэта можа быць зроблена, каб зваліцца такім чынам, што ён ніколі больш не знаходзіць глебу.

І так, каб змясціць аб'ект на арбіту вакол Зямлі, вы павінны даць яму велізарная колькасць энергіі. У больш шырокім сэнсе, тым хутчэй вы ідзяце, тым шырэй радыус арбіты вы дасягне; каб атрымаць транспартны сродак, каб дасягнуць арбіты досыць шырокай, каб прымусіць яго прапусціць і Зямлю, і верхнія слаі атмасферы, каб паставіць вас на той жа вышыні, што і Міжнародная касмічная станцыя некаторыя 250 міль над намі, Вы павінны падарожнічаць у межах 17,500mph.

Для гэтага патрабуецца транспартны сродак, прыводнае ў рух рухавікоў і паліўных бакаў з выбухны магутнасцю невялікага ядзернай зброі. гэта падарожжа, ад паверхні Зямлі на нізкую калязямную арбіту - на касмічным караблі Саюз - займае крыху больш за васьмі хвілін. І вось прычына таго, што культура ў НАСА, і касмічных агенцтваў па ўсім свеце, настолькі трывала ўкараніліся ў патрабаваннях тэхнікі, а не тыя, чалавечай біялогіі, таму што ў гэты кароткі, але бурны перыяд няма амаль нічога сучасная медыцына можа прапанаваць у спосаб абароны. Падчас запуску, альбо інжынерныя работы і кожны жыве, ці ў яго няма і ўсё гіне.

Захаванне чалавечага жыцця на працягу запуску залежыць не ад медыцынскіх працэдур, а на канцэнтрычных слаёў штучнай абароны, што інжынеры праектуюць і будуюць і спавіваць астранаўтаў экіпажаў.

Ракетныя рухавікі павінны страляць выдатна, забяспечваючы толькі правільны штуршок у патрэбны час, накіраваны менавіта ў правільным кірунку. Велізарная сіла гэтага руху не павінна быць дазволена, каб страсянуць транспартны сродак, яе сістэмы або яе кволыя грузы пасажыраў адзін ад аднаго. Гэта праца інжынерных каманд, каб пераканацца, што пускавы ўстаноўкі і транспартны сродак прызначаныя для выканання перад тварам сіл, якія спрабуюць іх знішчыць.

А размешчаны на вяршыні гэтай вежы газы і кіслароду малюсенькая капсула, з аб'ёмам некалькіх тэлефонных каробак, і некалькі тон прадметаў забеспячэння і трох пасажыраў забітая у тым ліку. Гэтая капсула з'яўляецца малюсенькі бурбалка жыццезабеспячэння, адсякаецца ад Зямлі і падтрымліваецца штучна. Ўнутры, яшчэ больш машын забяспечваюць дыхае атмасферу з дастатковай колькасцю ціску і цяпла, каб падтрымліваць жыццё ў пустэчу прасторы. Калі вы перажыць запуск, вашыя праблемы на самай справе толькі пачынаецца.

Крысам Хэдфилда на ISS
высокі стол: Крыс Хэдфилда ёсць у бязважкасці на борце Міжнароднай касмічнай станцыі. Фотаздымак: на

Міжнародная касмічная станцыя

Павабна думаць аб Міжнароднай касмічнай станцыі ў якасці хай-тэк Старэйшы брат дом, плаваючы высока над Зямлёй. У пэўным сэнсе гэта дакладна: ўмовы жыцця цяжкія любым нармальным стандартам. Ёсць некалькі зручнасці істоты і вельмі мала аб канфiдэнцыяльнасцi. Гэта жывое размяшчэнне натапыранымі з патэнцыялам для велізарнага сацыяльнага канфлікту. Але дзіўна, што ў значнай ступені пазбегнуць, і ў 15 гадоў працы не было ніводнага высяленне.

Але МКС нашмат больш, чым блок размяшчэння. Калі экіпажы ідуць жыць там яны займаюць месца жыхарства ўнутры машыны, на якой іх жыццё залежыць кожную секунду дня. Яны ваду электролізу для атрымання кіслароду, выкарыстоўваюць малекулярныя сіты, каб вычысціць адпрацаваныя газы з паветра, што яны дыхаюць, запуску сістэмы ацяплення ад велізарных сонечных батарэй, якія могуць адпампоўваць 80кВт магутнасці. Гэта сонечная энергія таксама прыводзіць у чатыры вялiзныя гіраскопаў, які трывала і накіраваць станцыю, прадухіляючы яго куляючыся з-пад кантролю.

Міжнародная касмічная станцыя далёкая ад спакойнай: яна напявае і скуголіць пастаянна; вентылятары працуюць ўвесь час. Без гравітацыі гарачае паветра не падымаецца і халоднае паветра не тоне. Гэта, як следства, няма канвекцыі і без гэтага цяжка, каб атрымаць паветра, каб перамясціць або змешваць. Гэта, у сваю чаргу, выклікае праблемы, пакідаючы астранаўтаў схільныя да галаўнога болю ў дрэнна ветрацца памяшканнях, дзе выдыханае вуглякіслы газ можа стварыць. Адсюль пастаяннае барабан матораў ўспеньванне паветра. Праекты на МКС, як і амаль усе астатняе, што экіпажы залежаць ад для здаровага ладу жыцця, штучныя. Усе гэтыя высілкі толькі каб падтрымліваць гэты бурбалка падтрымання жыцця ў фарпост проста 250 міль над нашымі галовамі. Праблемы, звязаныя незлічоныя, і мы нават не пачалі казаць аб сыходзе нізкай калязямной арбіце яшчэ.

Назад на Месяц

Існуе няскончаная справа на Месяцы. Гэта амаль паўстагоддзя, так як праграма Апалон прызямліўся дзясяткаў чалавек на яго паверхні. І ў той час як ён уяўляе сабой скарбніцу навуковых адкрыццяў, ніхто не вярнуўся, так як. Нізкая арбіта Зямлі з'яўляецца 250 miles away and can be reached in minutes. The moon is about 250,000 міль, takes days to get to and, in addition to isolation and the added complexity of the rocket science required, leaves crews extremely vulnerable to radiation. On Earth we’re protected from some types of radiation by the thick blanket of atmosphere above, which absorbs gamma rays, x-rays and ultraviolet radiation that would otherwise be harmful. But there’s another layer of protection that also keeps us safe: Earth’s magnetic field.

The magnetosphere filters out a particularly harmful species of radiation, which comes in the form of charged, high-energy particles – atomic nuclei spat out as a by-product of thermonuclear reactions in stars including our own. This type of radiation is particularly harmful and, during solar flares, can increase in intensity by many thousands of times. Presently we have little in the way of effective protection from the radiation that comes with the worst solar flares.

Mars and beyond

In recent years the idea of putting human crews on the surface of something other than the moon or Mars has found its way into the strategy documents of the international space agencies. This mission is less science fiction than you might think. The European Space Agenecy’s Rosetta mission, which so spectacularly landed the Філа Lander on the surface of a comet last year, showed us that we could find and intercept a tiny target hurtling through space hundreds of billions of miles away. This has given agencies confidence that their idea of landing a human crew on an asteroid might be realisable.

But for now it is Mars that lies at the edge of possibility, and surviving that journey presents a challenge on a different scale. With Mars, the problem is distance and time. To get to the red planet you have to traverse hundreds of millions of interplanetary miles; больш чым 1,000 times the distance Apollo crews travelled to the moon. With existing technology it would take between six and nine months to travel from Earth to Mars and the same again on the return leg.

That’s a lot of time spent without any gravitational load on your body. Weightlessness may look like fun, but like everything else, too much of it can be a bad thing. When physiologists first considered what effect the space environment might have on the human body, before anybody had even been into space, they correctly predicted that muscle and bone would waste. Those systems are sculpted by gravity and as anyone who has ever so much as looked at a gym knows, if you don’t use it you lose it. З-за гэтага, crews aboard the International Space Station must subject themselves to a daily programme of resistive exercise to try and prevent some of that bone and muscle loss.

the surface of mars
Was there life on Mars? Dark streaks on the planet’s surface which seem to indicate the presence of flowing water. Фотаздымак: Nasa/Reuters

Weightlessness wreaks havoc with other systems. It upsets your senses of balance and co-ordination, making it more difficult for crew members to track moving targets, creating illusions of motion and, for the first few days of flight, generally making them feel pretty queasy. With the exception of the nausea, all of these problems tend to get worse the longer you spend weightless.

у апошні час, new – and potentially more worrying – problems have cropped up. For reasons that are not yet entirely clear the pressure in some astronauts’ brains appears to rise as a consequence of space flight, and this has been linked to alterations in their eyesight that sometimes persist for many years after their return to Earth. This phenomenon has only been noticed after long duration missions, which highlights the message: spending a lot of time in space isn’t great for your health.

But time also creates problems for life support systems. If you imagine the amount of food, вада, oxygen and power a single person might consume in a mission set to last up to three years (if you include the surface stay), that demands quite a sizable larder. Now multiply that by a crew of four or six and it looks like you need an impossibly huge spacecraft just to keep you fed and watered.

And that does become impossible unless you are able to recycle and reuse everything you can. Already aboard the space station astronauts recycle most of their waste water, including their urine. They scrub carbon dioxide out of their exhaled air and rebreathe the remaining oxygen. You might be able to go further still, by growing crops hydroponically, as a source of food and a mechanism of removing carbon dioxide and renewing the oxygen supply. If you choose the right plants you might even recycle the nitrogen in human solid waste. Which of course is a scientific way of saying that maybe you could use your own poo to fertilise your life-supporting crops.

A system as sophisticated as that is extremely difficult to assemble, manage and maintain, and it’s likely to be a while before we see greenhouses flying through deep space. For now life support engineers will content themselves with finding ways to recycle more and more of the resources they can, and in so doing reducing the amount of payload that crews have to set aside for the things that keep them alive.

There is a simple lesson from all of this: space is hard. All frontier endeavours are. But there is plenty to celebrate here. Since the start of the 21st century there has been a permanent human presence in space. What started as a surrogate battlefield for nuclear war has become a multinational programme of science, exploration and collaboration. This is not the place to get into a discussion of why we should explore space at all. There are many benefits that derive from human space exploration but one is more important than all the rest. Human space exploration inspires children to study and pursue careers in science, technology and engineering. It does so by showing them that within the limits of human imagination anything might be possible. I know this because it inspired me and throughout the whole of my life has continued to hold my fascination.

It is an enormous honour to give the Royal Institution’s Christmas Lectures. And yes, the take-home message is that space is hard. But the real lesson for this year’s audience is that this has been my adventure and it can be yours too.

How to Survive in Space will be shown on BBC4 in three parts on 28, 29 і 30 December at 8pm. Find out more on the Royal Institution’s website and join the conversation on Twitter and Instagram by following @ri_science or searching for #xmaslectures

guardian.co.uk © Guardian News & Media Limited 2010

Апублікавана з дапамогай Захавальнік Стужка навін Убудова для WordPress.

28593 0