5. Здоровье как препятствие на пути в космос
Настоящее
К середине сентября 2008 г., во время наводнения в городе, Хезер Арчулетта пролежала на койке в больнице Галвестона уже семь недель. Ее тело было наклонено под углом 6°, ноги выше головы; это было необходимо для имитации воздействия невесомости. Ее лицо распухло, нос был постоянно забит, из глаз неожиданно проливались слезы. Острая боль в спине прошла, но шея была постоянно напряжена, а руки ослабли — подолгу делать записи было трудно. Сознание было нечетким. Она держалась с трудом, ей было сложно сосредоточиться на чтении.
В начале эксперимента, когда Хезер только начала вести блог пиллонавта, она стала известна в интернете и давала интервью новостным изданиям со всего света. Хезер — энтузиаст космоса, типичная поклонница «Звездного пути» — была оптимистична, как настоящий астронавт. Она рассказала Fox News, что вместе с другими испытуемыми собирается провести 90 дней вниз головой в больнице, пользоваться уткой вместо туалета и принимать душ, лежа за занавеской на специальной каталке тоже вниз головой, и это будет для нее единственным подобием уединения на протяжении всего проекта. NASA обещало заплатить каждому участнику около $17 000.
Хезер подшучивала над своим «бездельем», но, подобно марафонцу, пожертвовала частью своей жизни. Она обрекла себя на неподвижность и страдания, поставила под угрозу собственное здоровье. Полученное внимание не компенсировало потраченного времени. СМИ вскоре забыли о Хезер: это был год Сары Пейлин, финансового кризиса, войны между Россией и Грузией и т.д. Дни тянулись еле-еле, она переписывалась со своими подругами о профессиональном хоккее и подшучивала над другим участником эксперимента, которого прозвала Сарказмо. Проведенные в постели три месяца имели смысл только потому, что могли помочь отправить людей на Марс.
А потом ее мечты разрушил (быть может, лишь на время) ураган Айк, показав, насколько невесомость делает человеческое тело неприспособленным к Земле. Мы существа прямоходящие, наша система кровообращения постоянно трудится, качая кровь от ног к голове, а функции костей и мышц сохраняются тогда, когда они испытывают сопротивление. Составленный NASA план исследования отводил на подъем испытуемых с постели три дня и еще две недели — на их реабилитацию, восстановление прежних способностей. Под угрозой урагана у Хезер и ее новых друзей, с которыми она лежала два месяца, на возвращение к вертикальному образу жизни было всего три часа.
Во время эвакуации госпиталя пиллонавты с трудом пытались встать, боролись с головокружением и слабостью, их отекшие ступни и голени простреливала режущая боль. В столовой Хезер упала в обморок. Ее кровяное давление подскочило до опасного уровня. Машины скорой помощи перевезли тех троих, что оставались в постели дольше всех, в больницу в Остине; боли, слабость и напряжение продолжались у них несколько дней. Их мозг разучился оценивать расстояние — при ходьбе они врезались в стены. Зрение Хезер так окончательно и не восстановилось, она стала постоянно носить очки (хотя это может быть и совпадением — ей было 38 лет). Пятью неделями позже, уже дома, ее все еще мучили боли по утрам, и она не могла вернуться к привычным утренним пробежкам.
«Хуже всего была усталость, — писала она в блоге. — “Усталость” — это даже не то слово… Такого истощения я никогда раньше не испытывала, даже когда болела гриппом. Я крепко сплю, ложусь подремать (наконец-то получается!), но время от времени накатывает сонливость и мышечная усталость, я просто лишаюсь сил. Иногда это происходит внезапно, и мне нужно срочно сесть или лечь. Моя цель — стать еще сильнее, чем я была, и умом, и телом, но порой усталость отбивает всякую мотивацию… Я просто стараюсь не давать этому длиться больше нескольких часов подряд!»
Невесомость приводит к снижению объема содержащейся в теле жидкости, анемии, неврологическим изменениям, атрофии мышц и снижению кислородного обмена и плотности костной ткани. Большинство астронавтов после приземления чувствуют себя, как желе, и испытывают трудности с равновесием и передвижением, как и пиллонавты. Возвращение тяготения сбивает мозг с толку. Подобное иногда испытывают моряки после долгого плавания, когда поначалу кажется, что улица раскачивается, будто палуба корабля. Ощущения астронавтов сходны, но они интенсивнее и продолжаются несколько дней. Некоторых астронавтов приступы головокружения и дезориентации преследуют неделями.
Возвращение из космоса сопровождается крайней жаждой. Астронавты обычно быстро выпивают много воды, восстанавливая объем жидкости. Преодоление анемии, т.е. производство новых красных кровяных клеток, занимает от 1 месяца до 6 недель. Восстановление мышечной силы может длиться дольше. Плотность костей восстанавливается еще медленнее. На Земле кости постоянно сопротивляются тяготению и крепнут от нагрузок, например от бега. В невесомости кости теряют 1% массы в месяц. После периода невесомости кости восстанавливаются на Земле вдвое дольше, т.е. после шестимесячного полета требуется год восстановления. Кое-кто из людей, проведших значительное время в космосе, так и не восстановил плотность костей и мышечную массу в полном объеме.
Астронавт и авиационный врач Майк Барратт рассказывает, что, приземлившись после шести месяцев в космосе, он чувствовал себя магнитиком на холодильнике. Но, как и все астронавты, он хотел вернуться в космос. И даже пиллонавт Арчулетта сохранила положительный настрой и вернулась к участию в исследовании постельного образа жизни после своего выздоровления и восстановления Галвестона.
Госпиталь Медицинского отделения Техасского университета, в котором она лежала, затопило во время урагана, и он открылся лишь через год. Чиновники подумывали переместить его в более безопасное место, подальше от воды, но все кончилось его отстройкой на прежнем месте (стоимостью $1 млрд) и попыткой сделать здание более устойчивым к наводнениям: двери и стены первого этажа были выполнены из водонепроницаемых материалов. Вот так люди приспосабливаются к новой среде. Мы можем жить где угодно на Земле. Мы можем строить больницы на барьерных рифах, приспосабливая их к поднимающемуся уровню моря, по крайней мере пока у нас есть деньги.
Но адаптация — это дорога в один конец. Когда дело доходит до приспособления к космосу, куда легче отправиться туда, чем вернуться обратно.
Барратт рассказал, что его больше всего поразила по прибытии на МКС адаптация к невесомости. Несколько дней продолжались тошнота и головные боли — как у Арчулетты, когда она легла в постель, — а потом начались изменения. В космосе повышается проницаемость вен и артерий, и сердечно-сосудистая система заливает ткани жидкостью. Селезенка расщепляет красные кровяные тельца, сокращая объем крови. Тело изменяет форму благодаря снижению нагрузки на суставы и подъему органов в грудной полости. Астронавты становятся выше, их талия сужается, а грудная клетка становится шире. Но гибче всего мозг: он перепрограммируется, создавая собственную систему отсчета в трехмерном мире без верха и низа.
«Мы как бы превращаемся во внеземлян, — говорит Майк. — Проведя там 6–8 недель, начинаешь чувствовать себя сверхчеловеком. Ты меняешься физиологически, адаптируешься к нулевой силе тяжести, начинаешь ориентироваться в трех измерениях и вообще эффективно работаешь в новых условиях. Кто бы мог подумать, что мы на это способны? Знаете, до того, как первых людей запустили в невесомость, всерьез рассматривался вопрос о том, смогут ли они там дышать, переваривать пищу, попросту ходить в туалет и т.д. И это только верхушка айсберга, но мы со всем отлично справляемся. И тот факт, что в нашем теле происходят все эти изменения и что благодаря этим изменениям оно становится даже функциональнее при 0 g, просто удивителен».
Все астронавты умны, но Барратт больше похож на обычного человека, чем некоторые из осознающих собственное совершенство существ, работающих на американских космических кораблях. Он не выбрал эту карьеру в пятилетнем возрасте. Поначалу Майк был увлечен морем и до сих пор проводит редкое свободное время за починкой парусников, на которых катается на северо-западе, хотя из-за работы в NASA вынужден жить в Хьюстоне; его жена работает там педиатром. Будучи студентом-медиком, он выбрал авиационную медицину, когда ему в руки попал увлекательный журнал. Решение попробовать стать астронавтом посетило его ближе к среднему возрасту, уже после того, как он стал заниматься сохранением здоровья астронавтов во время долгих полетов. Так что он — и подопытный кролик, и ученый, проводящий исследования, в одном лице.
МКС стала в первую очередь лабораторным полигоном для исследований последствий длительного пребывания в космосе. Одним из главных успехов, достигнутых за годы исследований методом проб и ошибок, стало решение многих проблем, связанных с потерей физической формы, из-за которых астронавты оказываются совершенно не приспособленными к нормальной деятельности после возвращения на Землю. Сейчас все американские астронавты интенсивно тренируются два часа в день на беговой дорожке, велотренажере и тренажере для резистивных упражнений. Этот распорядок обеспечивает нагрузку на кости и мышцы, необходимую для сохранения формы. Восстановление костей идет с той же скоростью, с какой они разрушаются. Тренировки отнимают много времени и сил, но астронавты неизменно демонстрируют согласие и остаются жизнерадостными. Барратт соглашается с тем, что космические туристы никогда не станут соблюдать такой режим упражнений: ведь он превосходит по объему тренировку атлета, готовящегося к марафону.
Команда исследователей постельного режима в Галвестоне проводила испытания устройств, призванных повысить эффективность космических тренажеров, а также уменьшить их размеры — речь шла о беговых дорожках и машинах для приседаний, которыми испытуемые могли пользоваться, лежа на спине. Ронита Кромвель, руководитель программы, говорит, что для полета на Луну или Марс нужно более компактное оборудование, иначе оно не поместится на корабль. Пиллонавты вроде Арчулетты и испытуемые в подобных учреждениях в других странах принимали участие в каждом этапе решения этих задач. В Германии есть гигантская центрифуга с изменяемым тяготением. В России испытуемых заворачивают в нечто, похожее на водяную кровать, для полной сенсорной депривации.
Но эти проекты касаются лишь нескольких из 32 рисков, связанных с пребыванием в космосе, которыми занимается Программа исследования человека NASA. Диапазон этих рисков — от утраты слуха после полета на ракете до воздействия токсичной лунной пыли, проникающей в посадочные лунные модули, от проблем с иммунной системой (возможно, связанных с частыми высыпаниями на коже астронавтов) до камней в почках, формирующихся в невесомости отчасти из-за вымывания кальция из костей. Для некоторых пунктов списка пока нет готовых решений. Это самые трудные задачи на пути к отправке людей на другую планету.
Барратт перечисляет пять самых главных пунктов так, как будто он все время про них думает. Истончение костей и мышц. Радиация. Психологические трудности. Автономная медицинская помощь. Нарушение зрения. Ни одна из них не решена до конца, а некоторые в результате исследования оказались даже более серьезными. Вопрос касательно зрения возник в 2009 г., отчасти в связи с глазами самого Майка.
Когда Майк был на МКС, он заметил, что его зрение слабеет — явление это настолько обычно, что NASA давным-давно начало посылать очки и тем астронавтам, которым они были не нужны на Земле. Эта проблема почти не исследовалась; большинство астронавтов летают в космос в том возрасте, когда им и так становятся нужны очки.
«Мы с Бобом Тёрском заметили, что нам нужно немного большее увеличение для выполнения работы. Будучи врачами, мы осмотрели глаза друг друга с помощью офтальмоскопов, и нам показалось, что мы видим небольшие отеки диска зрительного нерва». Иначе говоря, то место, где глазной нерв входит в глаз, оказалось немного припухшим и у Барратта, и у канадского астронавта Тёрска. NASA доставило дополнительное оборудование для съемки, чтобы прояснить вопрос, и с его помощью астронавты сделали крупнейшее открытие за десятилетия медицинских исследований в космосе.
«Настоящее открытие произошло, когда мы сделали друг другу УЗИ, — говорит Майк. — В моей голове определенно происходило что-то важное».
На изображениях было видно, что зрительный нерв распух вдвое против нормального размера, а глаз Майка стал более плоским. В дальнейшем другие ученые провели исследования многих астронавтов, и у каждого из них обнаружились проблемы с глазным давлением — уникальные метки побывавших в космосе. Отека диска у многих не было, и на Земле припухлость всегда пропадала, но 60% астронавтов, отработавших длительную экспедицию в космосе, жаловались на снижение остроты зрения и на слепые пятна. Согласно статье Томаса Мейдера 2011 г., у некоторых трудности со зрением не прошли на Земле даже годы спустя.
Это непростая проблема, и ее истоки не вполне понятны. Кажется, основная причина в постоянно повышенном давлении жидкости в мозге из-за невесомости, а также в высокой концентрации углекислого газа в космических аппаратах (CO2 расслабляет кровеносные сосуды). Кристиан Отто, космический врач, объясняет, что на Земле, если ничего не делать с избыточным давлением, у пациента в конце концов истончается ткань глазного нерва, а опухание препятствует питанию клеток глюкозой и кислородом. Но Кристиан говорит, что при том уровне опухания, что наблюдается в космосе, время гибели нервных клеток превышает шесть месяцев. Большинство астронавтов МКС проводят в космосе не более шесть месяцев подряд. В полете продолжительностью в год риск выше, а трехлетний полет на Марс может привести к частичной слепоте.
В связи с ухудшением зрения возник вопрос о том, что еще может происходить с мозгом из-за влияния невесомости на циркуляцию жидкостей. Кристиан говорит, что без тяготения нарушается циркуляция спинномозговой жидкости. На Земле эта жидкость выводит продукты жизнедеятельности мозга, и считается, что недостаточная ее циркуляция приводит к слабоумию. NASA еще не исследовало этот вопрос, но врачи хотят заняться анализом спинномозговой жидкости после полетов, чтобы проверить ее на маркеры заболеваний, приводящих к слабоумию, а также провести когнитивные испытания астронавтов, чтобы узнать, снижается ли их интеллект (хотя этого вроде бы не происходит).
Даже не вполне понимая проблему, NASA ищет решения, называя их «контрмерами». Астронавт Скотт Келли вернулся после года на МКС в марте 2016 г., надеясь на то, что проблемы со зрением можно предотвратить с помощью пары российских вакуумных штанов. Это хитроумное изобретение заставляет кровь перемещаться в нижнюю половину тела. Но в долгосрочной перспективе такое решение непрактично. Чтобы путешествовать сквозь космос годами, людям, вероятно, понадобится искусственная тяжесть.
Будучи главой Программы исследования человека, Барратт созвал конференцию с целью возобновить исследования на тему создания центробежной силы, действующей подобно силе тяготения, с помощью вращения космического аппарата. Тема непростая, и за последние 15 лет исследований она не особо продвинулась.
Майк считает, что даже слабая тяжесть окажется достаточной для того, чтобы защитить зрительный нерв, так что после посадки на Луну или Марс повреждение приостановится. Но мы не знаем этого наверняка. Проблемы со зрением, возникающие на МКС, никогда не проявлялись во время исследований постельного режима. Группа Кромвель в Галвестоне начала опыты по исследованию воздействия малой тяжести, укладывая испытуемых в постели под углом — так, чтобы их ступни были расположены чуть ниже головы. Тем самым научная команда воссоздала нагрузку лунного тяготения (1/6 от земного) на мышцы и кости. Но ученые не были уверены в том, что подобрали правильную степень смещения жидкостей, и нельзя было проверить это без сравнения с Луной или иной обстановкой с малой тяжестью. Когда Обама отменил лунную миссию, работа была остановлена.
Все это показывает, как мало мы знаем о жизни в космосе. То, что мы продолжаем обнаруживать новые опасности космических полетов, — нехороший признак. Если бы не любопытство Барратта и Тёрска на МКС, мы могли бы узнать о повреждении зрительного нерва лишь тогда, когда астронавты начали бы терять зрение в миллионах километров от Земли на пути к Марсу.
«Мы не знаем о долгосрочных последствиях, ведь происходят достаточно серьезные физиологические изменения, затрагивающие мозг и зрительный нерв, — говорит Майк. — Мы не знаем механизма происходящего, и трудно найти то, чего мы не ищем. Возможны ли долгосрочные изменения зрения, вырождение белого вещества мозга или когнитивные проблемы? Нам это не известно, потому что мы не искали ответов.
Возможно, мы не замечаем многое из того, что у нас прямо под носом. Пять лет назад никто не знал об этом синдроме. Сейчас он — один из основных рисков. Мы знаем о нем только потому, что накопили достаточный опыт полетов, а на борту МКС были инструменты, позволяющие его обнаружить. А что мы еще не обнаружили?»
* * *
Взрыв сверхновой выбрасывает материю во Вселенную со скоростью, близкой к скорости света. Небольшую часть этих галактических космических лучей составляют тяжелые элементы, формирующиеся в глубине звезд; их называют тяжелыми заряженными частицами (ТЗЧ) высоких энергий, и это в основном углерод, кислород, кремний и железо. Ядро атома железа без электронной оболочки — суперионизатор с положительным зарядом 26, притягивающий электроны атомов, мимо которых оно пролетает. Оно способно разрушить молекулы в живых клетках и других материалах. На такой скорости тяжелый ион также наносит незаурядный физический удар, сталкиваясь с другой материей. Наблюдались ТЗЧ — отдельные атомные ядра! — с энергией, эквивалентной энергии бейсбольного мяча, брошенного профессионалом.
Эти частицы — те космические чудища, из-за которых Земля оказывается островом, с которого непросто уплыть. Нас защищает атмосфера — над нашей головой содержится эквивалент десяти метров воды, которых достаточно для того, чтобы поглотить удар. Количество материала, необходимого, чтобы остановить эти тяжелые частицы, четко определяется физикой, и более простого пути нет. Лучше всего подходит водород, по этому так эффективны H2O и полиэтиленовый пластик, в котором на каждый атом углерода приходится два атома водорода. Но необходимые объемы защиты исключают практичность любого космического аппарата в обозримом будущем. Два метра воды блокируют около половины галактических космических лучей, а кубический метр воды весит 1000 кг.
Поначалу казалось, что солнечная радиация гораздо опаснее для астронавтов, поскольку около Земли ее намного больше. В августе 1972 г., когда «Аполлон-16» уже вернулся на Землю, а «Аполлон-17» готовился к отлету, мощная солнечная вспышка ударила по поверхности Луны протонной бурей невиданной интенсивности. Будь там астронавты, они получили бы смертельную дозу облучения. Внутри орбитального командного модуля они бы пережили бурю, частично защищенные алюминиевыми стенками капсулы, получив дозу, способную вызвать лучевую болезнь с рвотой, утомлением и снижением числа красных кровяных клеток, но не смерть. А еще у них бы повысился риск в дальнейшем заболеть раком.
Солнечная буря 1972 г. не только напугала NASA, но и подсказала решение проблемы. Солнечная радиация отчасти предсказуема, ее относительно легко избежать, от нее можно защититься. В новой капсуле NASA «Орион» предусмотрено временное убежище от солнечных бурь — место, в котором астронавты могут спрятаться среди запасного оборудования, воды и пищи, которые блокируют излучение. МКС защищена пластиком и находится на орбите в пределах магнитосферы Земли, отклоняющей большую часть легких частиц, испускаемых Солнцем. Близкая Земля также блокирует излучение со своей стороны.
Обеспокоенность галактическими космическими лучами росла в ходе миссий «Аполлон», когда астронавты подверглись действию ТЗЧ (и вторичного излучения, испускаемого под ударами по космическому аппарату крупных ионов, выбивающих фонтаны атомных частиц). Они видели вспышки света в темноте. Тщательное исследование на МКС, получающей около трети потока ТЗЧ по сравнению с открытым космосом, подтвердило то, что эти вспышки света вызываются пролетом отдельных ионов сквозь зрительные нервы астронавтов.
Лунные экспедиции длились не более 12 дней каждая, и воздействие радиации считалось приемлемым. Но в ходе исследования, проведенного тридцатью годами позже, выяснилось, что у астронавтов, подвергавшихся облучению в космосе, чаще и в более молодом возрасте развивалась катаракта, и чем дольше продолжался полет, тем раньше это происходило. Подобное наблюдалось у переживших атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки, а также у некоторых раковых больных, прошедших радиационную терапию.
Никто не знает, что произойдет с астронавтами вне пределов защитного влияния Земли во время многолетнего полета к Марсу. Пожалуй, Френсис Кусинотта знает об этом больше многих.
Кусинотта (друзья зовут его Фрэнк) пришел в NASA еще студентом в 1983 г. Он работал в Центре управления полетом в марте 1989 г., когда один из шаттлов угодил в солнечную бурю настолько сильную, что она вырубила электричество во всем Квебеке. К Программе исследования человека он подключился в 1997 г. Ранее в своей карьере он работал над экранированием, в том числе над повышением безопасности МКС. Но экранирование не было увлекательной темой исследований. Физика вопроса уже была ясна. Поэтому он обратил свое внимание на галактические космические лучи как угрозу здоровью.
Незадолго до того, как Фрэнк получил работу по исследованию человека в Космическом центре имени Джонсона, Национальный научно-исследовательский совет США опубликовал доклад с призывом интенсивно исследовать риски, связанные с ТЗЧ. По оценкам комиссии Совета, за год путешествия к Марсу ТЗЧ пронзили бы каждую клетку (диаметр которой сравним с диаметром человеческого волоса) в теле астронавта. Связанные с этим риски включали рак, а также повреждения центральной нервной системы, что в ходе полета могло повлиять на умственные способности. Комиссия Национального научно-исследовательского совета предложила пятнадцатилетнюю интенсивную программу изучения и оценки этих рисков; ожидалось, что средства, затраченные NASA, окупятся тысячекратно, так как полученные сведения позволят конструировать космические аппараты, не закладывая огромных запасов на неизвестные факторы.
Фрэнк начал эту работу, поднявшись до ведущего радиационной программы в NASA, где он курировал создание установки для экспериментов с ТЗЧ в Брукхейвенской национальной лаборатории на Лонг-Айленде в Нью-Йорке. Но интенсивная программа, к проведению которой призывал доклад 1996 г., так и не была осуществлена. Его авторы предупреждали, что без должного сосредоточения усилий могут пройти два десятилетия, а ответы так и не будут получены — такую перспективу они считали неприемлемой. Прошло 20 лет, и поставленные тогда ключевые вопросы по-прежнему остаются главными неизвестными. Риск рака из-за ТЗЧ известен с возможной ошибкой в 2–3 раза, и это не говоря о тех неопределенностях, которые пока невозможно выразить количественно.
Фрэнк считает, что чиновники NASA так ничего и не поняли, и это касается и администратора Чарльза Болдена, бывшего астронавта и генерала морской пехоты. Фрэнк говорит: «Мы по-прежнему слышим высказывания мистера Болдена о том, что нужно найти подходящий экранирующий материал. Что кто-то когда-то сказал ему, что дело в используемых материалах. Мы знаем все необходимое о материалах уже три или четыре десятилетия. Но это на самом деле не решение, пока они не научатся запускать в космос куда большую массу».
Кусинотта, видный и благообразный, с густыми бровями, говорит осмотрительно, в его речи все еще чувствуется легкий акцент Нью-Джерси — он провел детство на противоположном от Филадельфии берегу реки Делавэр. Его, как и всех, вдохновили полеты «Аполлонов», но что его действительно волнует в работе, так это строгая математика моделирования рисков. Он живет в мире субатомных частиц и отдельных клеток, где точное понимание подробностей взаимодействий материи — вопрос жизни и смерти астронавта.
Трудность все это время заключалась в получении точных данных о повреждениях живых тканей энергичными частицами для повышения точности модели рисков. Простого способа сделать это не существует. ТЗЧ не встречаются на Земле. Ученые исследуют тех, кто пережил атомные бомбардировки, пациентов, проходящих радиационное лечение, и постоянных жителей зоны Чернобыльской аварии, но это не тот же самый тип радиации. ТЗЧ можно создавать в ускорителях, которые используют огромные магниты для разгона частиц в подземных туннелях, но туда нельзя поместить человека.
В Лаборатории космической радиации NASA в Брукхейвене, введенной в эксплуатацию в 2003 г., мышей облучают пучком ТЗЧ в помещении с массивными бетонными стенами и входом-лабиринтом, задерживающим паразитное излучение. Исследователи пишут предложения по грантам на исследования, мышей разводят для экспериментов и облучают, они доживают свой трехлетний век, после чего исследователи анализируют данные и публикуют работы. Весь процесс занимает шесть лет. И работы не только отвечают на старые вопросы, но и ставят новые.
Кусинотта говорит, что точные ответы может дать программа длительностью 10 лет и стоимостью от $500 млн до $1 млрд. NASA могло бы ускорить исследования и анализ, быстро переходя к следующему эксперименту с одним контрагентом, а не начиная все с начала.
План Фрэнка может сработать и дать четкие ответы, но эти ответы могут оказаться иными, чем всем хотелось бы. Исследование может привести к выводу, что риски слишком высоки и что они не могут быть снижены ни имеющимися технологиями, ни теми, появление которых ожидается в будущем. На самом деле в NASA больше обсуждается не собственно измерение рисков, а то, какие риски приемлемы.
Угроза радиации — и более всего риск раковых заболеваний — может остановить всю работу. Исследования мышей в Брукхейвене показывают, что ТЗЧ приводят к формированию быстрорастущих опухолей, вскоре дающих метастазы. В 2014 г. Кусинотта опубликовал исследование, в котором говорится, что время пребывания астронавта на МКС следует ограничить двумя годами для мужчин и восемнадцатью месяцами для женщин (рак груди и яичников и более высокий риск рака легких делает женщин более подверженными негативному воздействию радиации). И это с учетом более низкого риска раковых заболеваний у астронавтов в целом, связанного с отбором исключительно здоровых людей. При нынешних установленных NASA пределах риска раковых заболеваний астронавты могут покидать земную орбиту не более чем на 200 дней. Полет к Марсу и обратно при сегодняшнем уровне технологий займет от 400 до 600 дней.
Некоторые астронавты считают, что предельный риск развития рака установлен слишком низким и что NASA чересчур боится рисковать, как и американское общество в целом. В других странах ограничения на радиационную нагрузку выше, чем в США, и при установленных там правилах они, наверное, могли бы отправиться на Марс, если бы знали, как это сделать, и располагали средствами.
Врач-астронавт Майк Барратт говорит: «Я вам точно говорю, что китайцев это не остановит. У нас сформировалось уникальное консервативное радиационное ограничение, касающееся только американцев, которое другие страны могут игнорировать и лететь на Марс».
Многочисленные американцы — фанаты космоса — полетели бы на Марс, даже если это почти наверняка приведет к смерти. Чтобы стать первым путешественником на Марс, даже в идеальных условиях, понадобится изрядное мужество. Немало астронавтов погибло при посадке или взлете на Земле, а на Марсе риск будет выше.
«Да, другие риски существуют, но они даже не приближаются к опасностям взлета и посадки, — говорит Майк. — Допустим, у вас может на три процента возрасти риск умереть от рака, который вы все равно не сравниваете с риском для остального населения. Но астронавты и так обычно живут дольше по сравнению с прочими людьми. Итак, что же произойдет с показателями риска, если исключить из рассмотрения риски взлета и посадки? Они, конечно, не улучшатся, но и не ухудшатся так сильно, как можно подумать».
Кусинотта же с этим не вполне согласен. Трехпроцентный риск смерти от рака — это 1 шанс против 33. Астронавты заработают рак, который значительно сократит их жизнь. Астронавт возрастом 45 лет поплатится потерей в среднем 12–16 лет жизни. Риск полета оценивается сейчас куда ниже — 1 к 200 и, как считается, будет снижаться. Даже у шаттла показатели лучше. Два полета из 135 окончились катастрофой, т.е. риск гибели составил 1 к 66.
Барратт возражает, что во всех оценках риска много неизвестных. Те корабли, что погибли, потерпели катастрофу не по предполагавшимся при оценках рисков причинам. Математика Кусинотты верна, говорит он, но формирующие оценку риска данные туманны. Космическое путешествие всегда рискованно, и астронавт может умереть в результате бесчисленного множества случайностей.
«Это должны быть люди, желающие принять риск, — говорит Майк. — И программа, и общественность должны быть готовы к тому, чтобы принять последствия, если дела пойдут плохо; это не должно нас напугать, остановить и не позволить двигаться дальше».
Фрэнк считает иначе: «Кто-то смотрит на астронавтов как на героев и мучеников. Другие видят в них водителей грузовиков: мол, они просто доставляют научные грузы. Сравнения самые разные. Я встречал людей, которые сравнивают их с пожарными и солдатами. Но коэффициент смертности у пожарных и солдат куда ниже, чем 1 к 33».
Мы разговаривали с этими людьми порознь и не знали о том, что когда-то они работали вместе и обсуждали эти вопросы непосредственно друг с другом. Майк Барратт возглавлял Программу исследования человека в NASA в 2012 и 2013 гг., но не был шефом Фрэнка Кусинотты и говорит, что никогда не сомневался в его работе. Теперь Фрэнк преподает в Университете Невады в Лас-Вегасе. Он рассказывает, что оставил блестящую карьеру в NASA, потому что чувствовал направленную на него личную неприязнь в связи с проблемой риска развития рака.
«Со мной ругались по поводу этих ограничений, что, по-моему, было странно, ведь моя работа в NASA никак не была связана с установлением правил, — говорит Фрэнк. — Но я об этом писал, и поэтому люди из руководства постоянно из-за этого склочничали. И мне это надоело».
Когда Кусинотта еще работал в NASA, агентство попросило у Национальной академии наук «этического благословения» понизить стандарты безопасности для исследовательских миссий. Группа экспертов из Института медицины встретилась в 2013 г., чтобы обсудить идею о том, что если астронавты знают, на что идут, то при наличии их согласия NASA может отправлять их на более рискованные исследовательские миссии, а если риски неизвестны, то и на миссии с неограниченным риском.
Опубликованное исследование по большей части оправдало точку зрения Фрэнка, но и оставило выход для NASA — этические рабочие рамки для оценки разовых исключений из правил. Как и в других областях деятельности, сообщалось в докладе, если цель критически важна, если фактор времени является существенным, если герой добровольно делает шаг вперед, будучи полностью осведомлен, и если другого пути нет, то жертва может считаться этически оправданной. Как в тех случаях, когда человек входит в горящее здание или идет на смертельно опасную боевую миссию.
Но путешествие на Марс не отвечает этим условиям. Мы отправляемся на Марс, потому что хотим, а не потому что должны.
Если бы Конгресс выделил деньги на строительство транспорта, мы могли бы отправиться на Марс сейчас. NASA даже могло бы обойти нынешние ограничения по риску развития раковых заболеваний. При планировании полета есть несколько способов снизить показатели, чтобы втиснуть их в текущий стандарт. Можно выбрать астронавтов с низкой наследственной склонностью к раку. Можно стартовать в период активных солнечных пятен, когда солнечный максимум несколько снижает галактическое космическое излучение. Можно планировать более короткие полеты.
Но будет ли оно того стоить — едва прикоснуться к Марсу? Предприятие столь рискованное и сложное требует результатов больших, чем просто слова «Мы это сделали». Успех должен вести к чему-то новому, к следующей цели. Чтобы добраться до Марса по-настоящему, с такими средствами, которые дают запас уверенности и ясное видение будущего, потребуется сделать куда больше, и начать следует с основополагающих знаний.
Майк Барратт по сути согласен с тем, что мы должны отправляться на Марс только тогда, когда будем к этому по-настоящему готовы, а не едва способны на это. Пока мы работали над этой книгой, поступили новые данные, усугубляющие проблему ТЗЧ, и взгляды Майка стали ближе к позиции Фрэнка Кусинотты. В матрице NASA из 32 вопросов здоровья, связанных с космическими полетами, Марс уже является неприемлемым риском по 9 пунктам, а по еще по 6 риски неизвестны. Но повреждения от ТЗЧ, не связанные с раком, даже не учитывались в оценках риска, и Майк ожидает, что дальнейшие исследования вскроют новые угрозы.
ТЗЧ не только вызывают рак, они еще и напрямую вредят центральной нервной системе. Исследования с мышами показывают, что эти частицы способны повреждать синапсы прямым попаданием, окислительным стрессом и накоплением бляшек. Повреждение мозга в космосе может влиять на кратковременную память, способность к целенаправленной деятельности и поведению, угрожая как выполнению задачи полета, так и умственному здоровью астронавтов. После возвращения возможно повышение риска заболеть болезнью Альцгеймера.
Работа, опубликованная в 2015 г., показала, что при малых дозах облучения, аналогичных получаемым в космосе, у мышей проявляются когнитивные нарушения. Но сравнение мозга мыши и человека не совсем корректно, и нет внятного способа выяснить, как такое повреждение может повлиять на мышление человека. И еще какой риск повреждения мозга следует считать приемлемым?
У нас полно времени это выяснить. Вкладываемых США средств недостаточно для того, чтобы отправиться к Марсу в обозримом будущем, а возможностей для исследований есть немало. Например, NASA не ведет долгосрочных наблюдений за здоровьем уволившихся астронавтов, так что риск раковых заболеваний, о котором говорят модели Кусинотты, не проверяется обследованием людей, подвергшихся облучению. В 2016 г. Барратт и другие чиновники NASA затребовали у Конгресса полномочий следить за здоровьем своих бывших сотрудников; подобные полномочия есть, к примеру, у Министерства энергетики и Министерства обороны: они имеют право наблюдать за развитием раковых заболеваний у своих бывших сотрудников, работавших с ядерными материалами.
Чтобы получить ответы, NASA следует отдать приоритет этим вопросам сейчас. Фрэнк отмечает, что исследование, занимающее десятилетия, в такой быстро развивающейся области, как биология, может устареть до того, как будут получены ответы. Действительно, новые риски обнаруживаются быстрее, чем удается находить решения по старым.
А время работает против астронавтов, надеющихся погулять по Марсу. В конце концов роботы смогут выполнить работу астронавта. Этические стандарты Института медицины гласят, что рискованные миссии оправданы только тогда, когда им нет альтернативы. К тому времени, когда риски для здоровья снизятся до разумного уровня, роботы, вероятно, уже выиграют гонку.
Будущее
Герои Китайской лунной базы участвовали в парадах, им салютовали толпы, но китайские космонавты никогда не давали интервью, не произносили речей и не посещали научных конференций. Проведя несколько лет на лунной базе до того, как та была заброшена, они стали знаменитостями международного масштаба. Но после возвращения на Землю их профессиональные контакты и общение со СМИ ограничивались перепиской по электронной почте и СМС, никакого видео и аудио. Они никогда не покидали «кокона» своего космического агентства. Они не вернулись домой. Все эти герои поселились в собственных новых домах на территории жилого комплекса, построенного Китайской национальной космической администрацией, куда не пускали даже их старых друзей и дальних родственников.
Западные обозреватели предположили, что такая секретность отражает очередную непонятную им странность китайской культуры. Любители теории заговоров разрабатывали в интернете сложные сценарии, одни из которых предполагали, будто члены лунной команды были похищены и заменены инопланетянами, а другие говорили, что они вовсе никогда не существовали, а вся миссия была мистификацией. NASA сосредоточилось на американской марсианской программе и ее интенсивном развитии и не обращало особого внимания на китайцев. Частная марсианская миссия, финансируемая парой миллиардеров, грозила попасть первой на Марс, и NASA хотело выиграть гонку.
Но врача, возглавляющего Программу исследования человека NASA, по-прежнему волновали серьезные медицинские вопросы, с которыми столкнутся путешественники на пути к Марсу, и нехватка времени на их решение. Он продолжал ждать, когда же Китай опубликует научные работы, которые развеют его страхи, и недоумевал, почему же литература о лунных миссиях все не появляется. Вежливые запросы были так же вежливо отклонены.
Под его председательством NASA провело международную научную конференцию по теме проблем здоровья в космосе и пригласило на нее китайцев. Официально ничего выяснить не удалось, но в баре отеля врач из NASA встретил своего коллегу из Китайской национальной космической администрации, и после пары бокалов они нашли общий язык. Им было о чем поговорить. Оба — авиационные врачи, сделавшие карьеру в военно-воздушных силах своих держав. Произошел обмен забавными историями о работе под руководством невежественных бюрократов.
Позже вечером, когда бармен ушел домой, китайский ученый признался в своей обеспокоенности. Он сказал, что NASA следует приостановить марсианскую программу и получить до запуска ответы на давние вопросы, и мрачно намекнул на то, что при нынешнем недостатке медицинских сведений об отправке астронавтов на трехлетнюю миссию многие пожалеют.
«Доктор Лю, вы знаете, что я не располагаю полномочиями приостановить программу, — ответил американец. — Мне необходимо знать, что произошло».
Двумя месяцами позже он получил приглашение посетить жилище китайских астронавтов в секретном космограде неподалеку от космодрома Цзюцюань в пустыне Внутренней Монголии. Встреча была совершенно конфиденциальной. Присутствовали только двое врачей и глава лунной миссии. Началась легкая беседа; она продолжалась необычно долго. Астронавт широко улыбался и кивал на каждое замечание, но отвечал односложно. Наконец в ответ на прямой, подробный вопрос о медицинских сложностях, возникших у него по возвращении на Землю, он снова улыбнулся и ответил: «Да».
Астронавты, которые отправлялись в космос с IQ гениев, ныне оказались умственными инвалидами. Китайское правительство не позволило бы предать катастрофу огласке. Но врач NASA и администратор агентства встретились непосредственно с президентом. Без какого-либо публичного объявления марсианская миссия начала отставать от графика. Никто ничего не заподозрил; соблюдение графика вызвало бы большее удивление. Тем временем президент потребовал выделить дополнительные миллиарды на оплату интенсивных исследований когнитивных сложностей, связанных с космическими полетами, в рамках Программы исследования человека.
Миллиардеры с собственной марсианской миссией не стали медлить. Они никогда не верили в то, что правительство продолжит быстро двигаться вперед, и не прислушивались всерьез к неясным предостережениям администратора NASA. Марс обращается вокруг Солнца почти вдвое дольше, чем Земля, и возможность запуска появляется лишь раз в 26 месяцев. Если правительство не успеет к окну запуска, частная миссия опаздывать не собиралась. В итоге они тоже опоздали, но решились на запуск, несмотря на более длительное путешествие. Ждать еще два года казалось невозможным.
Основатели частной миссии мало что знали о космосе. Эдуардо заработал свой первый миллиард благодаря тому, что в общежитии колледжа был соседом по комнате асоциального гения, разработавшего приложение под названием «Сирано» — искусственный интеллект (ИИ), с помощью которого любой «ботаник» мог стать мастером социальных медиа и знакомств через интернет. Питая слабость к возмутительным высказываниям в СМИ, Эдуардо обзавелся собственным космопланом и частной орбитальной станцией, печально прославившейся декадентскими вечеринками с участием кинозвезд. Другой основатель, Радж, был хедж-фондовым гигантом, чье состояние непрерывно росло благодаря обширной сети шпионов, собирающих инсайдерские инвестиционные сведения. Он привлекал внимание тем, что скрывался от публики, лишь изредка показывая свое лицо и королевский образ жизни любопытным. Добраться до Марса было для них делом престижа, для каждого по-своему.
Желая добиться максимальной эффектности, миллиардеры хранили свой проект в секрете и организовали шумиху только за несколько месяцев до запуска. Права на рекламу в прямой трансляции миссии были куплены за миллиарды. Личности астронавтов были раскрыты на феерическом званом вечере в голливудском театре. Ослепительный Эдуардо вышел к стеклянной кафедре, чтобы их представить.
«Перед лицом человечества, нашей семьи в поисках нового дома, я представляю вам пионеров, предтеч нового рода человеческого, наших Льюиса и Кларка, наших Адама и Еву!» Из-за занавеса, держась за руки, вышла женатая пара в облегающих комбинезонах. Они выглядели подтянутыми, интересными и образованными — превосходные образчики человеческой породы. Миллиардер поднял их руки ввысь; публика аплодировала стоя.
Космический аппарат был поменьше и попроще, чем конструируемый для миссии NASA; его устройство напоминало о полетах «Аполлонов». Паре предстояло жить в миниатюрном командном модуле, выходящем на орбиту Марса, с отдельным спускаемым аппаратом, который доставит их на поверхность и станет их домом на несколько месяцев. Прямая трансляция с бортовых камер показала, как астронавтов вжало в кресла ускорением взлета, когда ракета отправилась в путь; они были окружены логотипами Pepsi, Google и подгузников для взрослых Depend.
Рейтинги миссии были феноменальны, таких трансляций не случалось несколько десятилетий. Зрители смотрели ее круглосуточно, обсуждая в «Твиттере» и блогах все, что делает чета астронавтов. Шли недели и месяцы, история постепенно развивалась. Возможность двусторонних переговоров постепенно исчезала с ростом задержки сигналов между кораблем и Землей. Но трансляция продолжалась, демонстрируя, что происходило на корабле несколькими минутами ранее. Задержка выросла до четверти часа в каждую сторону. Центр управления записывал видеопослания и через полчаса наблюдал момент их получения. Иногда их игнорировали.
Зрители ощущали растущее напряжение. Мужчина большую часть времени казался напряженным и необщительным, пренебрегал обязательными упражнениями. Он стал выключать камеру. Женщина продолжала отсылать сообщения в центр управления, но казалась встревоженной и рассеянной. Порой она отвечала на полученные запросы невпопад.
Теперь пара жила в своем собственном мире. Мир этот казался странным и неуютным. В социальных сетях пережевывали каждую их реплику, пытаясь поставить диагноз их отношениям и отчуждению. Ученые спорили о том, психологические или физические проблемы стали причиной изменения их поведения, но у них не было способа выяснить это наверняка. Ни один из астронавтов не был врачом, и они, казалось, были неспособны следовать подробным инструкциям для проведения обследования.
Спустя год командный модуль и посадочный аппарат вышли на орбиту Марса. Астронавты утратили всяческое сходство с теми, кем были, покидая Землю. Их движения стали медлительны, как в тумане; они перестали следить за порядком в жилище и личной гигиеной. По жилому отсеку летали куски пищевой упаковки и грязные носки. Центр управления приказал им перейти в посадочный аппарат и начать отстыковку и спуск на марсианскую поверхность, но астронавты проигнорировали сообщение. Они стали совершенно пассивны.
Затем погас свет. Канал связи оставался открыт, но капсула не слала сообщений. Двое суток ничего не происходило. Командный центр на Земле планировал аварийный перехват управления, чтобы задать новую траекторию, включить двигатель и отправить корабль обратно на Землю.
Потом без всякого предупреждения телеметрия с капсулы показала, что было выдано несколько беспорядочных команд. Когда сигналы достигли Земли, реагировать уже было слишком поздно. Космический аппарат запустил главные ракетные двигатели, взяв курс на столкновение с Марсом. Больше об аппарате ничего не слышали. Последнее его изображение было получено с помощью космического телескопа, заснявшего обломки на марсианской поверхности.
Провал частной марсианской миссии привел к невиданной прежде общественной поддержке космической науки. Раньше обыватели полагали, что улететь с Земли будет просто. Десятилетия восхваления журналистами космических успехов приучили публику спокойно сидеть и наслаждаться зрелищем прибытия к другим мирам потрясающих межпланетных зондов и астронавтов, ведущих уроки для школьников после возвращения на Землю. Освоение космоса происходило «само собой». Все полагали, что, когда человечеству понадобится добраться до другой планеты, мы будем к этому готовы. Марсианская катастрофа показала, что это не так. Если мы не смогли доставить на Марс двоих людей, как мы можем надеяться когда-либо забросить на Титан целую колонию?
Никто не знал, почему погиб марсианский аппарат, но у каждого на этот счет была своя теория. Ясно было, что астронавты повредились умом по причинам физическим, психологическим или из-за их сочетания. Национальный совет по безопасности на транспорте начал расследование, как и особая комиссия Конгресса.
В центре внимания скоро оказались китайские астронавты, возвратившиеся с Луны и так и не появившиеся на публике. О президентском совещании на тему китайской катастрофы знали слишком многие, чтобы его можно было скрыть, но Белый дом все равно попытался отмолчаться. Из-за этой попытки президента стали обвинять, хотя его грех был только в том, что он не смог остановить частную миссию. Когда вся эта история всплыла в виде драматического публичного выступления, все выглядело так, будто политики убили астронавтов и разрушили шансы космической колонизации. Популярность партии президента рухнула, а следующие кандидаты соревновались в обещаниях все больших инвестиций в пилотируемые космические полеты.
Но теперь эти обещания касались не только безопасности, но и скорости. Настоящие журналисты проинформировали население о подлинных сложностях космического полета — его реальных угрозах здоровью. Ясно было, что работа будет сложной — создание искусственной тяжести на движущемся космическом корабле и решение проблемы радиации — и займет немало времени. Более быстрые корабли могли сделать космос безопаснее, доставляя пассажиров к месту назначения скорее и подвергая их меньшим опасностям. Но изобретение новых двигательных систем, способных значительно быстрее перемещать более массивные корабли, было труднейшей технологической задачей.
И в то же время необходимо было продолжать исследования космоса. Решение было найдено. Пока создавался дальний космический корабль, достаточно большой, быстрый и безопасный, было решено отправлять в космос представителей Земли, не нуждающихся в разнообразной защите: роботов. Они ведь будут готовы скорее и смогут сделать почти все, что могут сделать астронавты.
