Искусственная гравитация: вернётся ли она из научной фантастики в реальный космос?

Среди множества рисков, с которыми сталкиваются астронавты во время длительных космических полётов, продолжительное пребывание в условиях микрогравитации — один из самых серьёзных для долгосрочного здоровья: оно влияет на зрение, кости, мышцы и многие другие системы организма.

Одним из решений может стать искусственная гравитация — способ создавать на космическом корабле силы, подобные земному притяжению, наподобие гигантского вращающегося кольца из фильма Стэнли Кубрика «2001 год: Космическая одиссея» (1968).

Но появится ли когда-нибудь такая технология или она так и останется научной фантастикой?

«Нет никаких причин, по которым это не могло бы произойти, — сказал Live Science Торин Кларк, доцент кафедры аэрокосмической инженерии Университета Колорадо в Боулдере. — С технической точки зрения это то, что может случиться в самом ближайшем будущем».

На самом деле искусственная гравитация уже почти добралась до космоса. Центрифужный жилой модуль (Centrifuge Accommodation Module) был запланированной центрифугой шириной 8,2 фута (2,5 метра) для Международной космической станции (МКС), но проект отменили в 2005 году по бюджетным причинам.

«[Искусственная гравитация] — одна из тех вещей, которые внезапно становятся суперпопулярными, и тогда у всех учёных NASA и у всех остальных… появляется много финансирования, чтобы понять, как это реально реализовать, а потом всё просто умирает, — сказала Live Science Ана Диас Артилес, доцент кафедры аэрокосмической инженерии Техасского университета A&M. — А затем возвращается, и умирает, и возвращается. За время, что я этим занимаюсь, я пережила несколько таких циклов».

Помимо бюджетных проблем, остаются вопросы о том, как именно реализовать такое решение.

«Все согласны, что это хорошая идея. Проблема в том, что мы не знаем, как это реализовать, — сказала Диас Артилес. — Сколько гравитации нужно? Насколько большим должно быть [устройство]? Как долго оно должно быть? И как долго им нужно пользоваться? Следует ли использовать непрерывную гравитацию или центрифугу малого радиуса — что-то, куда заходишь и выходишь?»

У исследователей есть три основных подхода к созданию искусственной гравитации. Первый — классическая научно-фантастическая идея: гигантское кольцо, которое вращает всё жилое пространство экипажа, чтобы люди жили и работали под силами, похожими на земную гравитацию.

«У вас относительно большой радиус, а значит, не нужно вращаться очень быстро, чтобы создать гравитацию, — сказала Диас Артилес. — Но это огромно. Вы не можете поднять все части наверх на одном космическом корабле — нужны несколько кораблей и сборка всего на орбите. Так что, конечно, вы понимаете, насколько это масштабное предприятие».

Центрифуга малого радиуса — более осуществимый вариант. По сути, это труба радиусом от 6 до 10 футов (1,8–3 м), которая вращается, имитируя гравитацию. Пассажир сидит или стоит внутри, головой ближе к центру вращения, поэтому вращение создаёт наиболее сильное давление в направлении ног.

Вместо того чтобы позволять пассажирам жить в искусственной гравитации, это меньшее устройство использовалось бы в коротких ежедневных сеансах. «Это что-то вроде тренажёра, — сказала Диас Артилес. — На МКС у вас есть беговая дорожка, есть тренажёр с сопротивлением, так что вы идёте туда на 30 минут, чтобы позаниматься, а потом выходите».

Последний вариант — создание гравитации на космическом корабле с помощью линейного ускорения. Это работает так же, как ускорение автомобиля вдавливает пассажиров в сиденья, только космический корабль был бы ориентирован так, чтобы вдавливать астронавта ногами в пол. Чтобы замедлиться, корабль развернулся бы и включил двигатели в противоположном направлении, плавно тормозя и поддерживая примерно сходную гравитацию для экипажа.

«Но тогда вам нужен двигатель, способный ускоряться постоянно, — сказала Диас Артилес. — А что касается двигателей, я думаю, мы пока не там».

Хотя центрифуга малого радиуса — наиболее осуществимый подход и с точки зрения стоимости, и с инженерной точки зрения, у неё есть недостатки. Например, её быстрое вращение может вызывать иллюзию перекрёстной связи Кориолиса — ощущение наклона или кувырка, возникающее, когда вы наклоняете голову вне оси во время вращения.

Именно этот эффект вызывает укачивание, сказал Кларк.

Однако Кларк и его команда обнаружили, что люди могут выработать терпимость к этому ощущению с помощью тренировок — просто находясь в медленно вращающейся центрифуге и постепенно увеличивая скорость, когда ощущение больше не возникает.

«Если вы очень медленно, постепенно увеличиваете скорость вращения… и делаете это не за один сеанс, а за несколько сеансов в течение нескольких дней, насколько мы могли судить, любого можно постепенно адаптировать к вращающейся среде [вплоть до] 20–30 оборотов в минуту», — сказал Кларк.

Предотвратит ли искусственная гравитация вредные воздействия на организм?

Но исследователи всё ещё не знают, как быстро должна вращаться центрифуга и как долго человеку нужно находиться внутри неё, чтобы получить пользу. Длительные периоды в микрогравитации могут приводить к потере костной и мышечной массы, снижению аэробной формы, образованию тромбов и проблемам со зрением из-за перераспределения жидкости в глазах. Есть надежда, что искусственная гравитация сможет предотвратить эти эффекты, но сколько именно гравитации необходимо — остаётся открытым вопросом.

Исследования людей в условиях строгого постельного режима с наклоном головы вниз — стандартного метода моделирования декондиционирования в космическом полёте — показали, что 30 минут в день в центрифуге действительно предотвращали некоторую потерю мышечной функции.

«Тридцати минут в день… возможно, недостаточно, — сказал Кларк. — Может быть, час или даже два часа в день и, возможно, при более высоких уровнях перегрузки были бы полезны».

Но такие исследования дороги и требуют много времени. «Это очень сложно, — сказала Диас Артилес. — Я думаю, людям интересна эта концепция, но у нас просто нет хорошего ответа».

В конечном счёте, искусственную гравитацию не применяют в космосе не из-за технологических трудностей, а из-за того, что неизвестно, как лучше её использовать, и из-за отсутствия бюджета.

«Мы знаем, как это сделать. Как люди, мы делали вещи и посложнее, — сказала Диас Артилес. — Нам нужны деньги, но нам также нужно лучше понимать потребность».

Источники: Live Science, NASA, Wikimedia Commons.