Будущее космонавтики: база из грибов и космические мусорщики

Регулярные полеты людей на Луну, колонизация Марса — приоритетные задачи почти всех космических программ. Несмотря на постоянные переносы, недостаток финансирования и растущее недоверие в обществе, ученые не теряют энтузиазм. А что будет дальше? В спецвыпуске рубрики «Имени языка Эйнштейна» рассказываем, какие технологии помогут человечеству обустроить жизнь в космосе.

Усовершенствованный человек
Без вспомогательных технических средств человек не смог бы осуществить даже путешествие по воде, не говоря уже о морских глубинах или космическом пространстве. Для того, чтобы находиться в дальнем космосе, сейчас человеку необходимо превратить окружающее пространство в пригодную для существования среду, как это, например, сделано на Международной космической станции (МКС). Однако, в будущем более предпочтительной может оказаться, наоборот, адаптация человека к внешним агрессивным факторам: гравитации, магнетизму, радиационному излучению и составу дыхательной среды.

«Для более амбициозных экспедиций человечество будет делать ставку на методы генной инженерии для подстройки организма к враждебным условиям дальнего космоса», — считают в «Роскосмосе». Так, 18 апреля 2021 года исполнительный директор компании по перспективным программам и науке Александр Блошенко сообщил ТАСС о планах по изучению возможности изменения организма человека для полетов в дальний космос.

Но пока такие технологии только в планах, на практике космические организации разрабатывают средства защиты и адаптации — скафандры, материалы обивки кают. Основной сдерживающий фактор при освоении дальнего космоса — радиация. Из-за нее длительность нахождения человека около Луны ограничена месяцем, а экспедиция на Марс станет последней для экипажа. За весь полет до красной планеты доза облучения превысит установленный для астронавтов «карьерный» лимит.

С 2004 года на МКС проводят исследования в рамках проекта «Матрёшка-Р», результаты которых применяют для разработки средств защиты будущих лунных экипажей. В экспериментах используют специальные манекены — «фантомы», материал которых копирует человеческие ткани. Следующий этап проекта запланирован на октябрь 2021 года. Это будет испытание нового защитного материала из композитных полимеров, разработанного российскими учеными. Эксперимент, возможно, также пройдет во время выхода в открытый космос, где радиационный фон выше, чем на станции.

Робот-космонавт
Но если космос так опасен и неприветлив, почему принципиально лететь именно человеку, если можно отправить роботов, тем более, что сейчас все запуски человека в космос происходят на МКС? По словам Блошенко, весь перечень необходимых операций, в том числе экспериментальные исследования, невозможно проводить с использованием только автоматических систем. Кроме того, экспедиции на станцию это также отработка технологий, обеспечивающих возможность нахождения человека за пределами Земли. Без нее никакие дальнейшие планы экспансии человека в космос невозможны.

Однако, космические агентства все же ведут работы по созданию робототехнических систем. Инженеры NASA, а также исследовательских центров Японии, Канады и Германии создают и запускают на МКС антропоморфных роботов. В России таким космонавтом в 2019 году стал робот «Федор», а сейчас ему на замену готовят «Теледроида», которого планируют запустить в 2025 году. Тем не менее, в ближайшее время вряд ли удастся автоматизировать весь спектр работ, тем более с учетом непредвиденных ситуаций, поэтому участие человека в полетах так важно.

С помощью роботов изучают экстремальные земные условия для подготовки человека к будущей космической экспансии. Например, в проекте Systematic Underwater Biogeochemical Science and Exploration Analog (SUBSEA) подводных роботов используют для исследования глубоководного вулкана у побережья Гавайев. Ученые считают, что местные условия похожи на ледяные спутники Сатурна и Юпитера — под их замороженной поверхностью могла зародиться и сохраниться жизнь. 

Жизнь в космосе
Когда мы представляем расселение людей на другой планете, воображение рисует футуристичные картины технологичных городов из стекла и металла. Ученые из исследовательского центра NASA в Кремниевой долине видят совсем по-другому. Они предлагают строить базы на Луне и Марсе из грибов.

Суть строительства заключается в отправке на поверхность планеты или спутника «спящего» гриба, который при добавлении воды разовьется в компактную базу в виде трехслойного купола. Его внутренний слой — это мицелий: каркас, который сначала активируют для роста, а затем запекают, превращая в органический «кирпич». Внешний слой будет состоять из льда, возможно, добытого из ресурсов Луны или Марса. Вода защитит астронавтов от радиации и пропитает средний уровень — цианобактерии. Эти одноклеточные в процессе фотосинтеза будут производить кислород для космонавтов и питательные вещества для мицелия. Таким образом, проект мико-архитектура позволит не только избавиться от необходимости перевозить тяжелые строительные материалы, но и обеспечить среду обитания в экстремальных условиях.

Невесомость негативно влияет на репродуктивную систему живых систем, поэтому основная проблемы для будущих космических колоний — выращивание растений, животных, не говоря уже о деторождении. Сейчас на МКС космонавты культивируют горох, редис, картофель больше в исследовательских целях, чем в качестве продуктов питания или источника кислорода. Также проводят эксперименты по размножению тихоходок, комаров, ракообразных и крыс.

Аппараты-дворники
За последние десятилетия в околоземном космическом пространстве скопилось огромное количество искусственных объектов, среди которых работающие аппараты и космический мусор: верхние ступени ракет-носителей, разгонные блоки, прекратившие работу спутники. С каждым годом растет не только число новых запусков спутников, но и количество мусора. 

Наиболее активно человечество использует низкую околоземную орбиту (200—2000 км над уровнем моря). Первая официальная свалка расположена на высотах 650—1000 км: здесь хранятся старые аппараты, разнокалиберные обломки и военные спутники с ядерными установками. На высоте примерно 36 000 км — вторая орбита захоронения с отслужившими спутниками связи. При этом мусор находится не только в отведенных местах и столкновение может произойти где угодно, ведь предугадать движение мелких частиц практически невозможно.

За крупными обломками следят космические агентства. Например, существует онлайн-карта Stuff in Space с данными от организаций США. В режиме реального времени она показывает спутники (красные точки), корпусы ракет (синие) и космический мусор (серые) в околоземном пространстве.

В 1978 году научный консультант NASA Дональд Кесслер описал сценарий, при котором совсем скоро концентрация рукотворных объектов на орбите достигнет критического значения. Тогда число аварий начнет неконтролируемо расти: мусор будет врезаться в летательные аппараты, а те взрываться и разлетаться на части, задевая другие объекты. Горы металлолома сделают нижние орбиты непригодными для использования, а вокруг Земли появится мусорный пояс, наподобие колец Сатурна.

Чтобы избежать таких последствий, Европейское космическое агентство (ESA) с партнерами работает над созданием аппаратов, способных захватывать и сводить с орбиты неуправляемые объекты. В сентябре 2018 года прошел эксперимент со спутником RemoveDebris, разработанным британской компанией SSTL. Запущенный на грузовом корабле на МКС, он вышел за борт вместе с имитатором космического мусора и во время испытаний успешно поймал его в свою сеть.

Еще один проект, спонсируемый ESA — космический аппарат миссии ClearSpace-1. В 2025 году он должен захватить манипуляторами старый адаптер полезной нагрузки, оставшийся на орбите от европейской ракеты «Вега», и опустить его в атмосферу Земли для уничтожения.

Однако все инициативы носят единичный характер — это разработка технологий на будущее за государственный счет, а не коммерческий бизнес. Проще говоря, за уборку космического мусора никто не хочет платить и пока увеличение активности в этом направлении сдерживается элементарным отсутствием спроса. Остается надеяться, что в будущем ситуация изменится — да и согласно теории Кесслера, у нас нет выбора.

Обложка: «На первом лунном космодроме», А. Соколов и А. Леонов, 1968 год
Иллюстрации: roscosmos.ru, архив NASA, скриншот stuffin.space