Астронавт Сунита Уильямс с эластичной системой крепления тренируется на беговой дорожке TVIS в служебном модуле «Звезда» Международной космической станции в 2006 году. Источник: NASA / экипаж 14-й экспедиции, общественное достояние, через Wikimedia Commons
Длительное пребывание в условиях микрогравитации остаётся одной из самых серьёзных угроз для здоровья участников дальних космических полётов. Невесомость негативно влияет на зрение, кости, мышцы и другие системы организма. Одним из возможных решений специалисты считают создание искусственной гравитации — силы, напоминающей земное притяжение, на борту корабля. Подобная идея знакома по фильму Стэнли Кубрика «Космическая одиссея 2001 года», где космонавты жили внутри огромного вращающегося кольца.
По словам Торина Кларка, доцента кафедры аэрокосмической инженерии Университета Колорадо в Боулдере, технических препятствий для реализации такой технологии нет. «Нет никаких причин, по которым это не могло бы произойти, — заявил он в интервью Live Science. — С технической точки зрения это может случиться в самом ближайшем будущем». При этом попытки внедрить искусственную гравитацию уже предпринимались: для МКС планировали создать центрифугу шириной 2,5 метра, однако в 2005 году проект отменили из-за нехватки финансирования.
Ана Диас Артилес, доцент кафедры аэрокосмической инженерии Техасского университета A&M, отмечает, что интерес к этой теме то вспыхивает, то угасает. «Это одна из тех вещей, которые внезапно становятся суперпопулярными, все учёные NASA получают финансирование, чтобы понять, как это реализовать, а потом всё умирает, — рассказала она Live Science. — Потом возвращается, снова умирает и снова возвращается. За время работы я прошла через несколько таких циклов». Помимо бюджетных ограничений, остаётся открытым вопрос, как именно применять эту технологию: сколько гравитации нужно, каким должен быть размер устройства, как долго его использовать и стоит ли делать гравитацию непрерывной или применять короткорадиусную центрифугу.
Исследователи рассматривают три основных подхода. Первый — классический научно-фантастический: огромное вращающееся кольцо, в котором экипаж живёт и работает в условиях, близких к земной гравитации. «У вас относительно большой радиус, поэтому не нужно вращаться очень быстро, чтобы создать гравитацию, — пояснила Диас Артилес. — Но конструкция массивная. Все детали невозможно доставить одним кораблём — потребуется несколько аппаратов и сборка на орбите. Это огромное предприятие». Второй вариант — короткорадиусная центрифуга: труба радиусом от 1,8 до 3 метров, которая вращается, имитируя гравитацию. Человек находится внутри, головой к центру вращения, поэтому сила прижимает его к ногам. Такое устройство используют короткими ежедневными сеансами, как тренажёр. «Это похоже на тренажёр, — сказала Диас Артилес. — На МКС есть беговая дорожка и силовой тренажёр: вы приходите на 30 минут, занимаетесь и уходите». Третий способ — линейное ускорение: корабль разгоняется так, что сила прижимает астронавта к полу, а при торможении разворачивается и включает двигатели в обратном направлении. «Но тогда нужен двигатель, способный ускоряться постоянно, — отметила Диас Артилес. — А с точки зрения propulsion (двигательных установок) мы, думаю, ещё не там».
Наиболее осуществимым по стоимости и инженерным решениям считается короткорадиусная центрифуга, но у неё есть недостатки. Быстрое вращение вызывает так называемую иллюзию Кориолиса — ощущение наклона или кувырка при повороте головы вне оси вращения. Именно этот эффект провоцирует укачивание. Однако Кларк и его команда выяснили, что к нему можно привыкнуть с помощью тренировок: нужно находиться в медленно вращающейся центрифуге и постепенно увеличивать скорость, когда ощущение пропадает. «Если очень медленно, шаг за шагом повышать скорость вращения и делать это не за один сеанс, а за несколько дней, то, насколько мы можем судить, любой человек способен постепенно адаптироваться к вращению до 20–30 оборотов в минуту», — сказал Кларк.
Тем не менее учёные пока не знают, с какой скоростью должна вращаться центрифуга и сколько времени нужно проводить внутри, чтобы получить пользу. Долгое пребывание в невесомости ведёт к потере костной и мышечной массы, снижению аэробной выносливости, образованию тромбов и проблемам со зрением из-за перераспределения жидкости в глазах. Исследования на добровольцах, соблюдавших постельный режим с наклоном головы вниз (стандартный метод имитации космической детренированности), показали, что 30 минут в центрифуге в день частично предотвращают потерю мышечной функции. «Тридцати минут в день, возможно, недостаточно, — считает Кларк. — Может быть, час или даже два часа в день и, возможно, при более высоких перегрузках были бы полезны». Однако такие эксперименты дороги и требуют много времени. «Это очень сложно, — сказала Диас Артилес. — Людям интересна эта концепция, но у нас нет хорошего ответа». В итоге препятствием для использования искусственной гравитации в космосе служит не технология, а понимание того, как её лучше применять, и наличие бюджета. «Мы знаем, как это сделать. Как люди, мы делали вещи и посложнее, — заявила Диас Артилес. — Нам нужны деньги, но также нужно лучше понимать потребность».