На космическом корабле

Такой корабль можно смонтировать из частей, доставляемых с Земли при помощи ракет. Корабль мог бы постоянно вращаться вокруг Земли по орбите и служить в качестве исследовательской станции или отправной базы для кораблей, уходящих в полет на другие планеты.

Уже проделаны расчеты, определяющие диаметр такого кольца и скорость вращения, которая обеспечила бы соответствующую силу тяготения.

УСКОРЕНИЕ ИЛИ МАГНИТНЫЕ САПОГИ?

Наука знает еще несколько способов получения искусственного тяготения. Например, во время далеких межпланетных путешествий можно создать постоянное ускорение полета путем соответствующего дозирования работы двигателей. Достаточно ускорения 1/10 g, чтобы космонавты уже не ощущали невесомости и чувствовали себя вполне хорошо.

Невесомость можно, до известной степени, преодолевать также с помощью специальных устройств. Чтобы облегчить космонавтам передвижение по кораблю в условиях невесомости, некоторые специалисты предложили применить «магнитные сапоги».

Если стены космического корабля будут выложены полосами листового железа, а космонавты наденут на ноги сильные электромагниты, чтобы пройти по кораблю, достаточно будет ступить на ближайшую железную полосу; благодаря влиянию магнитного притяжения космонавт будет двигаться по ней, как по земле.

Второй способ заключается в применении специальных ковров, поверхность которых покрыта нейлоновыми петлями, и сапог с густой сетью крючков. При ходьбе по такому ковру человек может сохранить нормальное положение по отношению к плоскости пола. Испытания таких ковров уже проведены в американских лабораториях, причем ковер помещался на потолке, и человек ходил по нему.

Конечно, это только полумеры. Чтобы космонавты могли находиться на космическом корабле в течение месяцев или даже нескольких лет, проблема должна быть решена радикально.

ГРАВИТОГЕН

Известные надежды в этом отношении дает идея одного из американских ученых, который использовал довольно еще спорное предположение о существовании «гравитационных волн».

Этот ученый, профессор Вебер, создал прибор, способный воспринимать эти волны, и в настоящее время работает над конструкцией аппарата для искусственного создания «гравитационных волн». Пока что его усилия не дали сколько-нибудь удовлетворительных результатов, и многие специалисты относятся к самой идее создания такого аппарата с большим сомнением.

Идея создания аппарата, излучающего волны тяготения, то есть гравитогена, положена в основу также и других проектов. Действительно, если удастся искусственно создавать тяготение, то почему бы не создать аппаратуру, уничтожающую силу тяготения, что может повести за собой полный переворот в жизни человечества?

Подумайте, что за блестящие открылись бы перспективы!

Ведь человек мог бы по своему желанию лишать себя веса, или, наоборот, искусственно его увеличивать. Самолеты, ракеты, космические корабли перестали бы расходовать огромную энергию на подъем с Земли и на полет в пространстве. Они стали бы гораздо экономичнее, удобнее и легче. По всей вероятности они стали бы похожи на пресловутые «летающие блюдца», способные подниматься и спускаться вертикально, притом с огромной скоростью в момент старта.

Возможность ликвидации силы тяготения — вопрос далекого будущего; пока что инженерам приходится серьезно заниматься значительно менее сложной проблемой, но также актуальной, решить которую необходимо уже сегодня, а именно проблемой выхода космонавта из космического корабля в космическое пространство.

ТРУДНОСТИ СНАРУЖИ КАБИНЫ

Представим себе, что космический корабль во время полета встретился на своем пути с роем метеоритов и что некоторые из них повредили наружную обшивку корабля. Устранить повреждение изнутри корабля не всегда возможно, и капитан корабля отдал приказание произвести наружный ремонт. Чтобы выполнить приказание, одному или нескольким космонавтам, одетым в специальные дополнительные скафандры, необходимо выйти наружу через особый шлюз. Понятие «выйти» следует принять с некоторой оговоркой, так как космонавт, сам находясь в состоянии невесомости, очутится в космической пустоте. Таким образом, как только он выйдет из кабины корабля, любое, даже самое малое движение, может повлечь за собой неожиданные последствия, а попытка космонавта приблизиться к кораблю и совершить какую-либо ремонтную операцию, окажется сложной и трудной проблемой. Конечно, космонавту нет надобности сохранять нормальное положение «головой вверх» — ведь в космосе нет понятия верха и низа, и нормальное положение там совсем иное, чем на Земле. Первая операция, которую должен будет проделать космонавт — это прикрепление фала к стенке корабля. Находясь на другом конце фала, космонавт может быть уверен, что сможет вернуться на корабль и не останется навсегда в космосе, что могло бы случиться, если бы ему не удалось вернуться на борт корабля.

Но как двигаться вне корабля?

За спиной и у пояса космонавта прикреплены батареи небольших ракет; нажимая кнопки на щитке, находящемся на груди, космонавт может запускать различные ракеты и, пользуясь их отдачей, передвигаться в нужном направлении.

При обследовании корабля космонавт обнаружил два отверстия, пробитые в обшивке метеоритами, и приступает к ремонту. Сначала ему необходимо просверлить несколько небольших отверстий в обшивке, сделать внутри этих отверстий винтовую нарезку, приложить к стене заплату и закрепить ее болтами. Перед тем, как начать работу, космонавту необходимо приставить к обшивке корабля ручку с магнитной присоской, чтобы держаться за нее во время работы, после чего надо вытянуть из-за пояса электродрель, напоминающую по внешнему виду пистолет. Постановка заплаты на обшивке корабля, в этих условиях, осуществляется легко и просто, все действия и операции проводятся быстро и уверенно.

Однако тот, кто думает, что космонавт может работать обыкновенной дрелью, хорошо знакомой всем механикам на Земле, глубоко ошибется. Достаточно было бы пустить в ход такую дрель, чтобы увидеть совершенно неожиданные последствия. Дело в том, что космонавт стал бы вращаться вокруг дрели наподобие пропеллера. Ведь масса космического корабля значительно больше находящегося в вакууме тела космонавта.

К счастью, ныне космонавты располагают электродрелями специальной конструкции, и опасность такого забавного положения теперь уже сведена к минимуму.

Космические электродрели изготовлены и опробованы в условиях, близких к господствующим в космическом пространстве. Эти электродрели поступили на вооружение американского космического корабля, который должен полететь на Луну с экипажем в три человека.

ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ КИПЯЩЕЙ ВОДЫ

Человек не может выдержать слишком низкую или слишком высокую температуру. Лучше всего он себя чувствует при температуре около 20 по Цельсию. Если принять во внимание индивидуальные различия и учесть силу привычки, то можно сказать, что лучшая температура для жизнедеятельности человека находится в пределах 16–25 градусов. Достаточно, чтобы температура внешней среды отклонилась всего лишь на несколько градусов в ту, или другую сторону, и человек начинает чувствовать себя плохо, теряет физическую и умственную силу. Длительное пребывание в неблагоприятной температуре может повлечь за собой печальные последствия, вплоть до тяжелого заболевания.

Все же, человеческий организм прекрасно справляется с небольшими отклонениями от нормальной температуры, благодаря природной приспособляемости, которая к сожалению при больших перепадах температур перестает действовать.

Правда, чувствительность к холоду или жаре можно до некоторой степени регулировать при помощи одежды, но в небольших пределах.

Что же происходит в организме под воздействием возрастающей внешней температуры?

Во-первых, начинает сильнее биться сердце, происходят изменения во всей кровеносной системе; внутри тела сосуды сокращаются, а периферийные, находящиеся под кожей, наоборот, расширяются. Из тканей в кровь проникает вода, из крови вода поступает к коже, происходит выделение пота — защитная реакция организма против повышенной температуры.

Если такое состояние продолжается длительное время, в особенности, если температура постоянно повышается, потение приводит к значительной потере воды в организме. Вместе с водой выделяются минеральные соли, что приводит к ухудшению обмена веществ и к поражению многих органов. Способность человека к физическому и умственному труду резко падает, время реакции на внешние раздражения увеличивается, значительно снижается способность к сосредоточению внимания. Одновременно появляются слабость, головная боль, бессонница, подавленное состояние.

Длительное пребывание при повышенной температуре вызывает симптомы неврастении, сгущение крови, уменьшение количества кровяных телец, нарушение работы сердца и многих желез внутренней секреции.

Конечно, в таких условиях и говорить не приходится о нормальном выполнении задач.

Чувствительность к высокой температуре в значительной степени зависит от влажности внешней среды; чем суше воздух, тем выше температура, которую может выдержать человеческий организм. Каковы же пределы выносливости организма против высоких или низких температур?

Предел высокой температуры, которую может выдержать человеческий организм в течение нескольких минут без одежды, составляет 120 градусов; нижний предел в подобных условиях не превышает минус 55 градусов.

Мы уже упоминали о том, что здоровый и натренированный человек может с успехом вынести значительную внешнюю температуру, но в течение сравнительно короткого отрезка времени. Во время опытов, проводимых в специальных термокамерах, установлено, что легко одетый человек выдерживает температуру воздуха плюс 70 градусов в течение 70 минут, 80 градусов — 55 минут, 90 градусов — 40 минут и 115 градусов всего лишь — 20 минут. При дальнейшем повышении температуры человек терял сознание, в основном вследствие прекращения дыхания.

Как предохранить космонавтов от воздействия больших температурных колебаний?

Конструкторы в первую очередь обратили внимание на возможность изоляции кабины космического корабля. Внутри кабины можно поддержать постоянную температуру порядка 20 градусов и соответствующую влажность воздуха с помощью известных и применяемых в жилищном строительстве кондиционеров. Таким образом, с этой стороны особых затруднений не было.

Хуже обстоит дело с защитой космонавта от воздействия высоких температур, возникающих при прохождении корабля через плотные слои атмосферы непосредственно после старта или перед приземлением. После старта космический корабль пролетает через атмосферу со скоростью около 8 км в секунду, то есть восемь раз быстрее, чем пуля, выстрелянная из винтовки. Внешняя оболочка корабля сильно нагревается от трения о воздух и раскаляется, причем температура поверхности металла может дойти до нескольких тысяч градусов. К счастью время прохождения корабля через атмосферу слишком коротко (5–7 минут), и экипажу корабля в общем не угрожает значительное повышение внутренней температуры в кабине.

Дело усложняется при возвращении корабля на Землю, когда время его прохождения через атмосферу значительно удлиняется, и внешняя оболочка корабля нагревается сильнее. Однако удалось найти удовлетворительное решение путем придания кораблю обтекаемой формы для снижения трения и путем применения защитных экранов из огнестойких материалов.

В настоящее время перед конструкторами стоит серьезная задача защиты корабля от перегрева солнечными лучами во время длительного полета в космосе, и от холода во время нахождения корабля в тени.

МЫ ДЫШИМ ЧИСТЫМ КИСЛОРОДОМ

Воздух, которым мы дышим и к которому мы привыкли на Земле, состоит из смеси газов примерно следующего состава: 78 процентов азота, 20 процентов кислорода, 1 процент аргона и небольшое количество других газов.

Мы знаем, что в этой смеси кислород — наиболее важный и необходимый для поддержания жизни компонент. При дыхании человек потребляет кислород и выдыхает углекислый газ, возникший в организме в процессе обмена веществ. Это значит, что состав окружающего воздуха меняется с каждым вдохом и выдохом.

На открытом месте воздух быстро освежается, и его состав остается в норме. Иначе обстоит дело в закрытом помещении, например в кабине космического корабля.

Если бы у космонавтов не было соответствующего оборудования для освежения воздуха, они погибли бы в течение нескольких часов от кислородного голодания, при котором недостаток кислорода порождает различные болезненные явления и даже смерть, если в воздухе кабины останется только 7 процентов кислорода. Второй вредный фактор — излишек углекислого газа — тоже приводит к значительным осложнениям.

Отсюда следует, что воздух в кабине космического корабля должен постоянно освежаться. Но как? В этом и состоит главная проблема.

Проще всего было бы иметь баллоны, как у аквалангистов, но в этом случае пришлось бы загружать корабль большим количеством громоздких и тяжелых баллонов.

При коротких орбитальных полетах, или даже при путешествии на Луну это конечно возможно, но совершенно неприемлемо при длительных космических полетах.

Для человека, находящегося в полулежачем положении и не выполняющего тяжелой физической работы, требуется около 1 килограмма кислорода в сутки. Таким образом, планируя путешествие на Марс, пребывание на этой планете и возвращение на Землю, следовало бы предусмотреть багаж в количестве около 550 килограммов кислорода на одного космического путешественника.

ДВУОКИСЬ УГЛЕРОДА (УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ)

Но запас кислорода — это еще не все, надо подумать о веществе, необходимом для поглощения из атмосферы кабины накапливающегося в ней углекислого газа. Если воздух не очищать, количество двуокиси углерода будет нарастать, что вызовет нарушение жизнедеятельности организма космонавтов, а при концентрации 20–30 процентов, может стать причиной их смерти.

Чтобы предотвратить вредное влияние углекислоты, чаще всего помещают в кабине двуокись калия, которая превосходно поглощает углекислоту и удобна в употреблении. Но и этот способ не лишен недостатка. Дело в том, что двуокись калия весьма быстро насыщается так, что необходим запас этого вещества в размере около 1,5 килограмма в сутки на одного человека. Это значит, что для двух путешественников, отправившихся на Марс, потребуется запас около 1650 килограммов двуокиси калия. Суммируя это количество с запасом кислорода, нужным для дыхания, мы получим вес 2,8 тонны, что для космического корабля, в котором каждый грамм веса на счету, совершенно неприемлемо.

Трудности, возникающие при химическом поглощении двуокиси углерода, вынуждают нас к поискам других решений этой проблемы.

ВОДОРОСЛИ

Известно, что растения в процессе своей жизнедеятельности превосходно поглощают углекислоту и выделяют кислород. Кажется просто: достаточно взять с собой в кабину корабля нужное количество живых растений. Однако, условия в кабине таковы, что решить эту проблему не так уж просто.

Чтобы снабдить одного космонавта нужным количеством воздуха, годного для дыхания, необходимо разместить в кабине целое поле площадью 100 м2 со слоем почвы в 10 см, что конечно практически неприемлемо. Большие надежды на удовлетворительное решение проблемы дают опыты, проведенные с водорослями.

Оказалось, что один из видов водорослей семейства хлорелл может стать прекрасным средством для освежения воздуха в кабинах космических кораблей и одновременно может служить источником снабжения космонавтов свежими овощами и питанием, о чем мы пишем подробнее ниже.

Одноклеточные водоросли семейства хлорелл, если обеспечить им надлежащий уход, растут с такой быстротой, что за сутки масса увеличивается в 5, 7 и даже в 10 раз. Небольшой аквариум с водой и водорослями, емкостью 65 литров, вполне достаточен для снабжения одного человека воздухом и питанием в течение многих дней.

Хлорелла уже несколько лет подвергается всесторонним опытам во многих странах. В одной из лабораторий хлорелла выдержала уже первый экзамен, поставляя воздух двум мышам, в течение 17 дней находившимся в герметически замкнутом помещении.

В другой лаборатории американский ученый провел опыт с хлореллой в условиях, близких к космическому путешествию. Он заперся в герметической кабине, в которой был установлен сосуд с водой и водорослями, и находился там в течение 26 часов, потребляя для дыхания исключительно кислород, выделяемый водорослями. После опыта ученый сказал, что «воздух был постоянно свежим и приятно пахнул влажным сеном».

Водоросли в общем весьма нетребовательны. Для жизни им необходимы только вода, свет, двуокись углерода и небольшое количество некоторых химических веществ. Но кроме достоинств у водорослей есть и недостатки. Культивировать их весьма трудно и уход за ними нужен тщательный — они весьма нежны и чувствительны ко всяким внешним влияниям, подвержены вирусным и бактериальным болезням, легко погибают. Поэтому трудно надеяться, что водоросли станут единственным источником снабжения обитателей космического корабля воздухом.

Но успехи, достигнутые учеными в деле выращивания водорослей, позволяют питать надежду, что многие из указанных недостатков могут быть преодолены. Уже удалось вырастить сорта водорослей, устойчивые против тяжелых условий космического полета, быстрее размножающиеся, дающие больше кислорода и поглощающие больше углекислоты.

ВОДЯНОЙ ПАР

Удалить водяной пар из кабины космического корабля сравнительно легко. Мы знаем, что слишком влажный воздух затрудняет дыхание человека, снижает его выносливость к высокой температуре, уменьшает трудоспособность, приводит к нарушениям жизнедеятельности организма.

Для очистки воздуха космической кабины от водяного пара достаточно его пропустить через специальный фильтр, содержащий двуокись кремния. Когда фильтр полностью будет насыщен водой, его можно заменить свежим, а прежний вставить в аппарат для извлечения скопившейся воды. Такие фильтры можно употреблять многократно.

ВОЗДУХ ДОЛЖЕН БЫТЬ ЧИСТ

Очистка воздуха от углекислоты и водяного пара — это еще не все. В кабине космического корабля могут быть и другие газы, которые, хотя их и немного, могут затруднить экипажу пребывание в ней, повлечь за собой неудобства и даже заболевания. Речь идет об озоне, выделяющемся во время работы электронной аппаратуры, о пахучих веществах, улетучивающихся из смазочных масел, жидкостей, заполняющих гидравлические сети, электроизоляции, резиновых изделий, продуктов питания, химических соединений, человеческих испарений и пр.

Чтобы устранить эти загрязнения или, как их называют, вредности, необходимы дополнительные фильтрующие установки, что приводит к дополнительной нагрузке корабля поглощающими веществами.

КАК ЖИТЬ В ПУСТОТЕ?

Человек приспособился к нормальному давлению, которое составляет около 1 атмосферы, но может жить и при меньшем давлении, при условии, что будет к этому подготовлен.

Вопрос давления для космонавта — дело первостепенной важности. Ему необходимо создать в кабине определенное давление и предохранить его от резкого падения при разгерметизации кабины, обеспечить возможность выхода в космическую пустоту и пребывание на поверхности планеты, лишенной атмосферы.

Можно задать себе вопрос, какое же давление удобнее всего поддерживать в кабине космического корабля? Ответить на этот вопрос не так легко, как кажется. По многим причинам земное давление на борту космического корабля нежелательно. Специалисты считают, что давление может быть значительно ниже, что принесет немалую выгоду, а именно: космонавтам будет легче дышать, уменьшится опасность разгерметизации кабины, увеличится экономия в весе корабля.

Почему будет легче дышать?

Обыкновенно, на Земле, человек дышит смесью различных газов, в основном азотом с небольшим (сравнительно) количеством кислорода. Хотя азот для дыхания не нужен, организм все же привык к его наличию и плохо реагирует на его отсутствие в смеси.

Если поместить человека в барокамеру, заполненную чистым кислородом, дышать ему будет тяжело, а спустя некоторое время у него появятся признаки значительного нарушения жизнедеятельности и даже отравления. Оказалось однако, что по мере снижения давления организм человека переносит наличие большого количества кислорода, а при давлении 0,2 атмосферы камера может быть без всякого вреда для ее обитателя заполнена чистым кислородом. Поэтому, если бы удалось использовать в кабине космического корабля для дыхания экипажа чистый кислород, можно было бы применить упрощенную аппаратуру для дыхания, отказаться от лишнего балласта в виде азота, увеличить степень безопасности полета и получить много других выгод технического порядка.

Ученые начали опыты с людьми, с целью убедиться, как повлияет на организм дыхание чистым кислородом при сниженном давлении.

Опыты производились с пилотами реактивных самолетов, в группах по два человека. Их помещали в барокамеру, из которой выкачивали воздух, создавая вакуум. Все это время люди дышали через кислородные маски.

После серии опытов, длительностью в несколько часов и даже дней, выяснилось, что человеческий организм в общем удовлетворительно переносит «подъем» в барокамере.

Люди находились в барокамере в течение 17 суток при давлении около 1/5 нормального, то есть при таком, которое господствует на высоте около 11 километров. Все пилоты, подвергавшиеся опытам (в количестве 8 в двух группах), несмотря на весьма необыкновенные условия, выдержали опыт до конца, причем врачи, тщательно обследовавшие организмы пилотов, не обнаружили каких-либо неблагоприятных отклонений от нормы. Все же без неприятных ощущений не обошлось. Почти все пилоты, проходившие опыт, страдали расстройствами, типичными для кислородного отравления, ощущали боль в груди, ушах, зубах, мускулах. Они ощущали усталость, тошноту, нарушение зрительных восприятий. Однако, все эти симптомы полностью исчезали в течение 7—10 дней после выхода из барокамеры.

Какие же выводы можно сделать из этого? Во время короткого космического путешествия, например на Луну и обратно, экипаж космического корабля может спокойно находиться в условиях низкого давления и дышать чистым кислородом. Если при этом члены экипажа пройдут специальную подготовку, то они смогут избежать неприятных последствий пребывания в условиях космического полета. Снижение давления в кабине космического корабля даст немалую техническую выгоду, так как позволит уменьшить толщину стальных стенок корабля и тем самым значительно снизить его вес. Однако, нам представляется, что следует искать другое решение. Длительное пребывание в кабине космического корабля и без усложнений, связанных с уменьшением давления и снабжением кислородом, создает множество трудностей для человеческого организма и вряд ли стоит их усугублять.

Будущим космонавтам необходимо создать все условия для нормального, длительного пребывания в кабине корабля, которые облегчили бы сохранение психического и физического здоровья на самом высоком уровне. Проблема давления внутри кабины корабля должна решаться с учетом создания космонавтам максимальных удобств.

Пока же, учитывая краткость путешествия на Луну, усилия конструкторов и физиологов направлены на создание наиболее совершенного скафандра для защиты космонавтов от всех враждебных человеку факторов, встречающихся в космическом пространстве.

ПОД НЕПРЕРЫВНЫМ ОБСТРЕЛОМ

— Ты принял антирадиационные таблетки? — спросил профессор Янчар, повернувшись к своему восемнадцатилетнему сыну, Збигневу. — Мы уже прошли внутренний пояс радиации, причем прошли вполне благополучно, и через несколько минут войдем в наружный пояс. Там нас подстерегает большая опасность.

— Да, папа! Я принял все таблетки точно по рецепту три раза в день: сначала розовые, потом белые и наконец оранжевые. Думаю, что я уже прекрасно защищен. Да, ты ведь обещал мне рассказать подробно об опасностях космического излучения. Есть у тебя немного времени?

— Хорошо. Подожди, пока я передам вахту товарищу, тогда мы побеседуем спокойно.

После того, как второй космонавт занял кресло у пульта управления, профессор Янчар, присев рядом с сыном, снял очки и после небольшого отдыха начал свой рассказ.

— Я полагаю, что перед полетом ты проштудировал необходимые материалы, находящиеся в нашей библиотеке, поэтому я сразу перейду к существу вопроса. Мы знаем, что космическое излучение непрерывным потоком заливает нашу планету. Ручьи, реки, вернее целые океаны космических лучей несутся к Земле от Солнца и других звезд нашей Галактики. Мы постоянно находимся как бы под обстрелом из космоса. Хотя мы называем этот обстрел излучением, но оно значительно отличается от светового. Космические лучи — это поток частиц, несущихся с фантастической скоростью, в десять тысяч раз большей, чем скорость нашего межпланетного космического корабля. Частицы эти — не что иное, как атомные ядра (или их части) легчайших газов, водорода и гелия. Именно из них состоит основная масса потока, то есть 85–90 процентов; остальные — это атомные ядра более тяжелых элементов.

— Каковы размеры этих частиц?

— Если бы я стал приводить цифры, какие-нибудь миллиардные, или триллионные части микрона, это ничего не дало бы твоему воображению. Я попытаюсь показать размеры космических частичек более наглядно. Представим себе, что частичка космического излучения увеличилась до размеров зернышка песка. Так вот, если бы все, находящееся на земле, увеличилось в той же пропорции, то настоящая песчинка увеличилась бы до размеров земного шара. Скорость, с какой несутся частички космического излучения в пространстве, придает им колоссальную энергию; чтобы ее представить, необходимо опять-таки обратиться к сравнению. Ученые строят гигантские ускорители, в которых частички разгоняются до очень больших скоростей. Уже несколько лет в Дубне под Москвой работает огромный ускоритель, сообщающий энергию 10 миллиардов электрон-вольт; второй ускоритель — в Швейцарии — дает 29 миллиардов, третий — в Брукхейвене (США) — 23 миллиарда. Кроме того в Америке проектируется еще более мощный ускоритель.[1]