Як люди будуть підкорювати Марс і за його межами

How humans will conquer Mars and beyond

 

Працює на Guardian.co.ukЦя стаття під назвою “Як люди будуть підкорювати Марс і за його межами” була написана Кевін Фонг, для спостерігача на неділя 13 грудня 2015 08.30 УНІВЕРСАЛЬНЕ ГЛОБАЛЬНЕ ЧАС

У цьому році Королівського інституту Різдвяні лекції дивитися на виклик польоту людини в космос і що потрібно кинути людей в останній рубіж на рейсах розвідки.

Як лікар я провів більше десяти років подорож туди і назад між Великобританією і НАСА Космічний центр імені Джонсона в Х'юстоні, працюючи в якості запрошеного наукового співробітника за проектами, починаючи від вивчення впливу космічного середовища на старіння фізіології в системах штучного тяжіння. У той же час я закінчував мій молодший медичну підготовку в анестезії та інтенсивної терапії. Це було дивно, намагаючись поєднати ці два життя разом. Працюючи на відділенні інтенсивної терапії протягом ночі, прямуючи в аеропорт в кінці зміни, захоплюючи деякий сон на літаку, а потім прибуває на наступний день в конференц-зал в Х'юстоні, де люди сиділи навколо говорили про те, як безпечно відправляти людей на Марс.

Але справа в тому, що пов'язує два був виклик життя в крайнощі. У лікарні я дивився на крайності життя, коли заперечується хвороби і травми. У НАСА я дивився на загрозу, яку представляє для фізіології людини крайнощами фізичного світу і всесвіту.

Коли ми говоримо про екстремальних умовах ми можемо отримати приблизне уявлення про їх суворості судячи, як довго вони будуть підтримувати життя людини незахищеним і підтримуваний. За цим заходом простору є кінцевою екстремальний: однозначно вороже по відношенню до фізіології людини, вона не дає ніякої підтримки людського життя взагалі. Незахищений космічний мандрівник б вижити в цьому середовищі тільки протягом декількох секунд.

Ви можете собі уявити, що було б багато для лікаря, щоб зробити - що, коли справа доходить до освоєння людиною космічного простору, люди, які розуміють і можуть маніпулювати фізіології людини буде на передньому краї цих зусиль. Але лікарі грають погану другу скрипку до того, що в переважній більшості випадків культура інженерії - і з повною підставою.

Космічний політ у фізичному принципі обезоруживающе простий. Так просто в тому, що Ньютон почав розуміти динаміку, що лежать в основі його майже 400 багато років тому. Для того, щоб залишити Землю і увійти на орбіту навколо нього, спочатку потрібно кинути об'єкт по всій земній кулі так сильно, що його траєкторія виходить за межі горизонту Землі - так сильно, що це може бути зроблено, щоб впасти в такий спосіб, що він ніколи більше не знаходить грунт.

І так, щоб помістити об'єкт на орбіту навколо Землі, ви повинні надати йому величезну кількість енергії. У більш широкому сенсі, тим швидше ви йдете, тим ширше радіус орбіти ви досягнете; щоб отримати транспортний засіб, щоб досягти орбіти досить широкою, щоб змусити його пропустити і Землю, і верхні шари атмосфери, щоб поставити вас на тій же висоті, що і Міжнародна космічна станція дещо 250 миль над нами, Ви повинні подорожувати в межах 17,500mph.

Для цього потрібно транспортний засіб, що приводиться в рух двигунів і паливних баків з вибуховою потужністю невеликого ядерної зброї. Ця подорож, від поверхні Землі на низьку навколоземну орбіту - на космічному кораблі Союз - займає трохи більше восьми хвилин. І ось причина того, що культура в НАСА, і космічних агентств по всьому світу, настільки міцно вкоренилися в вимогах техніки, а не ті, людської біології, тому що в цей короткий, але бурхливий період немає майже нічого сучасна медицина може запропонувати в спосіб захисту. Під час запуску, або інженерні роботи та кожен живе, або у нього немає і все гине.

Збереження людського життя на протязі запуску залежить не від медичних процедур, а на концентричних шарів штучної захисту, що інженери проектують і будують і сповивати астронавтів екіпажів.

Ракетні двигуни повинні стріляти відмінно, забезпечуючи тільки правильний поштовх в потрібний час, спрямовані саме в правильному напрямку. Величезна сила цього руху не повинно бути дозволено, щоб струсити транспортний засіб, її системи або її тендітні вантажі пасажирів один від одного. Це робота інженерних команд, щоб переконатися, що пускової установки і транспортний засіб призначені для виконання перед обличчям сил, які намагаються їх знищити.

А розташований на вершині цієї вежі гасу і кисню крихітна капсула, з об'ємом декількох телефонних коробок, і кілька тонн предметів постачання і трьох пасажирів забита в тому числі. Ця капсула є крихітний міхур життєзабезпечення, відсікається від Землі і підтримується штучно. Усередині, ще більше машин забезпечують дихаючий атмосферу з достатньою кількістю тиску і тепла, щоб підтримувати життя в порожнечу простору. Якщо ви пережити запуск, ваші проблеми насправді тільки починається.

Крісом Хедфілд на ISS
високий стіл: Кріс Хедфілд є в невагомості на борту Міжнародної космічної станції. Фотографія: на

Міжнародна космічна станція

Заманливо думати про Міжнародної космічної станції в якості хай-тек Великий брат будинок, плаваючи високо над Землею. У певному сенсі це вірно: умови життя важкі будь-яким нормальним стандартом. Є кілька зручності істоти і дуже мало про конфіденційність. Це живе розташування наїжачений з потенціалом для величезного соціального конфлікту. Але дивно, що в значній мірі уникнути, і в 15 років роботи не було жодного виселень.

Але МКС набагато більше, ніж блок розміщення. Коли екіпажі йдуть жити там вони займають місце проживання в межах машини, на якій їхнє життя залежить кожну секунду дня. Вони воду електролізу для отримання кисню, використовують молекулярні сита, щоб вичистити відпрацьовані гази з повітря, що вони дихають, запуску системи опалення від величезних сонячних батарей, які можуть відкачувати 80кВт потужності. Це сонячна енергія також призводить до чотири величезних гіроскопів, який міцно і направити станцію, запобігаючи його перекидаючись з-під контролю.

Міжнародна космічна станція далека від спокійної: вона наспівує і скиглить постійно; вентилятори працюють весь час. Без гравітації гаряче повітря не піднімається і холодне повітря не тоне. є, як наслідок, немає конвекції і без цього важко, щоб отримати повітря, щоб перемістити або змішувати. Це, в свою чергу, викликає проблеми, залишаючи астронавтів схильні до головних болів в погано провітрюваних приміщеннях, де видихається вуглекислий газ може створити. Звідси постійне барабан моторів вспенивание повітря. Проекти на МКС, як і майже все інше, що екіпажі залежать від для здорового способу життя, штучні. Всі ці зусилля тільки щоб підтримувати цей міхур підтримки життя в форпост просто 250 миль над нашими головами. Проблеми, пов'язані незліченні, і ми навіть не почали говорити про відхід низькій навколоземній орбіті ще.

Назад на Місяць

Існує незакінчена справа на Місяці. Це майже півстоліття, так як програма Аполлон приземлився десятків людей на його поверхні. І в той час як він є скарбницю наукових відкриттів, ніхто не повернувся, так як. Низька орбіта Землі є 250 миль і може бути досягнута протягом декількох хвилин. місяць близько 250,000 миль, потрібно кілька днів, щоб дістатися до і, на додаток до ізоляції і доданої складності ракетобудування необхідної, залишає екіпажі надзвичайно уразливі для радіації. На Землі ми захищені від деяких видів випромінювання товстим шаром атмосфери над, який поглинає гамма-промені, рентгенівського і ультрафіолетового випромінювання, які інакше були б шкідливими. Але є ще один шар захисту, який також тримає нас у безпеці: Магнітне поле Землі.

Магнітосфера відфільтровує особливо шкідливо видів радіації, який поставляється у вигляді заряджених, 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 Philae 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; більше 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. Because of this, 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. Фотографія: 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.

Останнім часом, 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, вода, 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

Опубліковано за допомогою Зберігач Стрічка новин Плагін для WordPress.

28605 0