Читать книгу "На грани возможного. Наука выживания - Фрэнсис Эшкрофт"

Экипаж первых американских космических аппаратов дышал чистым кислородом под давлением в одну треть атмосферы. Так можно было загрузить больший объем на тот же вес, чем в случае использования воздуха того же состава, что и на Земле (с 78 %-ным содержанием азота). Несмотря на то что кислород становится токсичным, если дышать им более суток при атмосферном давлении (см. гл. 2), под давлением в одну треть атмосферы он вполне безопасен. В корабли серий «Меркурий» и «Джемини» закачивали на стартовой площадке чистый кислород под давлением в одну атмосферу, а затем, после выхода на околоземную орбиту, давление уменьшали. После страшного пожара во время планового имитируемого запуска «Аполлона-1», в котором погибли Гас Гриссом, Эд Уайт и Роджер Чаффи, эту практику изменили. При атмосферном давлении чистый кислород крайне пожароопасен. В трагедии с «Аполлоном-1», судя по всему, повинна случайная искра, попавшая на легковоспламеняющийся материал в кабине, и наполненный кислородом командный отсек тут же охватила огненная буря. После этой катастрофы запуск стали проводить при обычной земной атмосфере и только на орбите переключались на чистый кислород. В советских же космических кораблях с самого начала создавали давление в одну атмосферу и закачивали сходную по составу с воздухом дыхательную смесь – 78 % азота и 21 % кислорода. Теперь на ту же схему перешли и в НАСА, учитывая вредное воздействие чистого кислорода, которое проявляется, если приходится слишком долго дышать им во время длительного пребывания на орбите.

При дыхании в воздухе повышается содержание углекислого газа, что может привести к головным болям, головокружению и удушью (см. гл. 2). Следовательно, CO2 необходимо удалять. В космическом корабле это происходит за счет химической реакции с гидроксидом лития (который в процессе превращается в карбонат лития). В апреле 1970 г. о канистрах с гидроксидом лития и опасности накопления углекислого газа узнали и заговорили все. Причиной стала авария, случившаяся через два с половиной дня после старта «Аполлона-13». В результате короткого замыкания взорвался один из трех отсеков топливного элемента, питавшего командный модуль. Подача топлива из двух оставшихся отсеков тоже нарушилась в результате взрыва, и космический корабль остался без энергоснабжения. Спасательной шлюпкой для астронавтов стал лунный спускаемый аппарат «Аквариус», на котором оставались резервы кислорода, воды и электроэнергии. К сожалению, запасов гидроксида лития на нем хватало для очистки воздуха от углекислого газа всего на двух человек на два дня, тогда как возвращение на Землю заняло бы более трех дней и экипаж состоял из трех. Выпуски международных новостей не замедлили оповестить общественность о том, чем грозит астронавтам избыток углекислого газа. При этом в командном модуле находился достаточный запас канистр с гидроксидом лития, но для воздухоочистительной установки «Аквариуса» они не подходили из-за разницы в конфигурации. Инженеры с Земли сутки бились над решением проблемы, и наконец разработали способ сконструировать импровизированный очиститель воздуха из «неправильных» канистр и разнокалиберного хлама – картонок, полиэтиленовых пакетов, клейкой ленты и старых носков. Я в детстве, как и многие мои сверстники, очень любила телепередачу Blue Peter, где рассказывалось, как делать разные штуки из йогуртовых стаканчиков и эластичных лент. Воздухоочиститель для «Апполона-13» занял бы первое место среди их шедевров. К счастью, он не подвел.

При дыхании, кроме всего прочего, выделяется водяной пар – это известно любому, кто хоть раз сидел в холодную погоду в машине с закрытыми окнами. Они запотевают изнутри в первую очередь из-за влаги, испаряемой нашими легкими. Содержание водяного пара в воздухе космического аппарата необходимо тщательно контролировать, поскольку переизбыток вызовет конденсацию, а недостаток – сухость роговицы глаз и слизистых оболочек глотки. Для поддержания оптимального баланса воздух в космическом корабле постоянно циркулирует в замкнутом цикле, углекислый газ и частицы пыли удаляются, а влажность и содержание кислорода поддерживаются на нужном уровне.

Внутри космического корабля создается комфортная температура в 18–27° С. Температурный контроль имеет огромное значение, поскольку с одной стороны корабль «поджаривается» на солнце, а с другой – леденеет от космического холода. После того как на станции «Мир» отключалось электропитание, внутри становилось невыносимо холодно, когда Земля заслоняла Солнце, и адски жарко, когда оно показывалось снова. Для поддержания постоянной температуры при путешествии с Земли на Луну и обратно «Аполлоны» медленно вращались вокруг своей оси (это спиральное вращение получило шутливое прозвище «поджарка на гриле»). В шаттле теплоотдача производится через «космические батареи», установленные на внутренней стороне дверей грузовых шлюзов, которые открываются, когда шаттл выходит на орбиту.

Свободное падение

Человек почти целиком воссоздает в космосе привычную среду обитания – за одним существенным исключением. Это гравитация. Создавать искусственное тяготение в космическом аппарате нецелесообразно, с одной стороны, потому что задача космических исследований состоит как раз в обратном – уйти от земного притяжения, и с другой стороны, потому что в коротких полетах микрогравитация не особенно мешает работе. Тем не менее физиологический стресс от невесомости довольно-таки ощутим. Она вызывает моментальное перераспределение жидкостей организма от ног к голове и груди и нарушает контроль над равновесием, провоцируя синдром укачивания – так называемую космическую болезнь. В длительных экспедициях она приводит также к уменьшению числа эритроцитов, вымыванию кальция из костей и мышечной атрофии. В течение примерно шести недель все эти нарушения стабилизируются, кроме потери костной массы, которая продолжается до самого конца полета, и адаптации к ней, даже при смене длиной в год, не происходит.

На самом деле космический корабль, находящийся на орбите, притягивается к Земле почти с такой же силой, что и на земной поверхности. Невесомость же возникает от того, что все предметы в нем находятся в постоянном свободном падении. На Земле мы чувствуем силу тяжести только потому, что поверхность держит нас, не давая притянуться к земному ядру. Если же поверхность исчезнет – при затяжном прыжке с парашютом или коротком прыжке со стены – мы на какое-то время окажемся в невесомости. Вращающийся на орбите космический корабль находится в постоянном падении, но при этом собственная скорость не дает ему упасть, а несет дальше по орбите. Строго говоря, во вращающемся на орбите корабле возникает не невесомость (нулевая сила тяжести), а микрогравитация.

Самые низкие орбиты расположены в 200 км от земной поверхности – на этой высоте необходимо принимать в расчет сопротивление воздуха. На более низких высотах сопротивление замедляет космический корабль настолько сильно, что он может войти в штопор и сгореть в нижних слоях атмосферы. Космическая станция «Мир» вращалась вокруг Земли на высоте около 400 км, но даже там ее постепенно притягивало к поверхности, и каждые несколько недель приходилось возвращать станцию на изначальную орбиту. Верхний предел посещаемых человеком орбит задается необходимостью избегать радиационных поясов, которые окружают планету как раз выше 400 км от поверхности (см. далее).