Учитель начальных классов (стр. 2 из 4)

· Прибытие в окрестности Марса в сентябре 2018 г. (2)

· 20-25 сентября 2018 г.- выход на орбиту вокруг Марса (2).

· Октябрь 2018 г. - стыковка с техническим модулем, начало исследовательского этапа экспедиции (2).

· Примерно 1.5 года проводятся исследования с орбиты Марса. Высадка (3). Возможности для посадки на Марс рассмотрим дальше.

· Март 2020 года завершение исследовательского этапа, подготовка к возвращению.

· 20 апреля 2020 г. - старт к Земле (4).

· Перелет к Земле - 160 суток (оранжевая кривая)

· Посадка - октябрь 2020 г. (5)

Общая продолжительность исследовательского этапа на орбите Марса 1 год и 6 месяцев. Схема полёта представлена на рис. 4.

Таким образом, можно предположить, что экспедиция продлится более 2,5 лет. За это время космонавты могут встретить много опасностей. Я составил таблицу 1, в которой перечислил их, а также способы защиты от них.

№ п/п	Род опасности.	Способы защиты.
1.	Невесомость и гиподинамия	Занятия физическими упражнениями на тренажёрах.
2.	Опасные излучения от Солнца.	Ориентация корабля таким образом, чтобы топливные баки защищали жилые помещения, использование специальных материалов для корпуса корабля.
3.	Психологические факторы.	Отбор людей в экипаж по психологической совместимости, предварительные тренировки по типу программы «Марс 500»
4.	Информационная изоляция	Наличие на борту богатой медиатеки, разработка систем устойчивой связи с Землёй.

Таблица 1. Влияние различных факторов на поведение человка во время продолжительного космического полета.

Но кроме этих опасностей, которые человек может уменьшить, существуют ещё и другие проблемы: питание, вода и кислород для космонавтов.

В сутки человек потребляет примерно 1 кг кислорода, около 3 кг воды и около 0,6 кг пищи (обезвоженные продукты). Предположим, что к Марсу полетит экипаж из 4-х человек, тогда в сутки им понадобится 4кг кислорода, 12 кг воды, 2,4кг пищи. Если экспедиция продлиться около 2,5 лет, т.е. не более 1000 дней, то понадобится 4000кг кислорода, 12000 кг воды и 2400 кг сублимированной пищи. Общая масса составит около 20 тонн.

Сделав эти вычисления, я понял, что корабль для полёта на Марс должен быть огромным! Решить эти проблемы может регенерация, т.е. восстановление использованного воздуха и воды. Еще в 1915 г. К.Э. Циолковский впервые задался вопросом, можно ли искусственно создать такой круговорот веществ, такую замкнутую систему. В 1916 г. его последователь инженер Ф.А. Цандер начал ставить эксперименты, направленные на разрешение этого вопроса.

Принципиальная возможность регенерации всех необходимых для жизнедеятельности человека веществ основана на том, что организм выделяет в составе продуктов жизнедеятельности все те химические элементы, которые он получил в виде пищи и воды, а также поглощённый при дыхании кислород. Таким образом, практически создаётся замкнутый круговорот необходимых веществ. Регенерация пищевых веществ (из углерода углекислого газа, воды, минеральных элементов мочи и кала) может быть, в принципе, осуществлена при использовании растений. Ведутся также поисковые исследования по искусственному синтезу пищевых углеводов из углекислого газа и воды.

Системы регенерации воды начали использоваться при длительных космических полётах. Так на советской космической станции «Мир» была установлена очень эффективная система регенерации воды, что позволило установить там душевую кабину для космонавтов. Американцы не использовали системы регенерации воды на своих космических кораблях, не используется она и на МКС. Там космонавты вместо привычного душа используют специальные салфетки.

Системы регенерации воздуха появились на космических кораблях уже при первых полётах в космос (на кораблях «Восток»).

Об основных видах систем регенерации я прочитал в [4] и представил их в Приложении 1.

Зелёные помощники.

До настоящего времени наиболее широкое применение на космических кораблях нашли химические регенераторы, которые позволяют не только добавлять в воздух кислород, но и поглощать лишний углекислый газ. Но для этих систем необходим запас химических веществ, который нельзя пополнить при полёте на Марс.

Как видно из этой Приложения 1, наиболее эффективным будет использование растений, так как они требуют для свой деятельности световую энергию, которой в космосе много.

Меня очень заинтересовала книга-дневник нашего знаменитого лётчика, а затем руководителя Центра подготовки космонавтов, Н.П. Каманина «Скрытый космос». Там я нашёл очень интересное место: «24 июля 1963г. Келдыш, Королев, я, Воронин, Алексеев и другие специалисты сегодня более пяти часов изучали состояние работ по космической экологии - кругообороту веществ в кабине космического корабля. Экологией у нас занимается целый ряд организаций. Это, в первую очередь, наш Институт авиационной и космической медицины, ОКБ-124, завод N918, Институт биологии, Институт физиологии растений АН СССР и другие организации. Через 2-3 года Советский Союз будет иметь возможность выводить на околоземные орбиты космические корабли весом до 70-80 тонн и собирать на орбите еще более тяжелые корабли. Такие пилотируемые корабли смогут не только облететь Луну, но и полетят к Венере, Марсу и другим планетам. Продолжительность таких полетов будет исчисляться годами, поэтому уже сейчас наука должна дать ответы на ряд вопросов, без решения которых невозможно сконструировать космические корабли будущего. В первую очередь это вопросы защиты экипажа от радиации и космических излучений, обеспечения воздухом, питанием и водой, переносимости невесомости в длительном полете, психологической совместимости членов экипажа и т.д.

Из всей этой группы вопросов нас больше всего интересовали проблемы экологии. У Воронина мы осмотрели несколько лабораторий и стендов, практически решающих вопросы регенерации воздуха, воды и утилизации всех отходов жизнедеятельности экипажа. Мы пили прекрасную воду, только что выделенную из мочи, попробовали морковь, помидоры, капусту и другие овощи, выращенные в условиях, аналогичных условиям длительного космического полета (не на почве, а на отходах и в специальных установках). В Институте авиационной и космической медицины Яздовский продемонстрировал нам работу установки, которая из одного килограмма хлореллы выделяет в сутки 270 литров кислорода. Человек потребляет 25 литров кислорода в час. Следовательно, два килограмма хлореллы способны удовлетворить суточную потребность в кислороде для одного человека. Вопросы регенерации воздуха и воды для очень длительных полетов можно считать принципиально решенными. Пока не решен вопрос полного восстановления пищи. В сутки человек потребляет 2,5-3 килограмма воды и пищи. Сейчас за каждые сутки полета космонавт расходует 3 килограмма продовольствия. На год полета для одного человека потребуется более тонны пищи и воды. Современное состояние отработки экологических систем дает основание ожидать, что в ближайшие 2-3 года будут созданы такие установки, которые смогут регенерировать более 80 процентов всех веществ, употребляемых космонавтом для обеспечения своей жизнедеятельности. Таким образом, необходимый для жизнеобеспечения космонавта суточный вес веществ будет в пределах 400-600 граммов, а для обеспечения годового полета на одного человека потребуется 150-200 килограммов веществ. Регенерирующие установки будут весить около 150 килограммов... ».

Исследования поведения зелёной водоросли хлореллы в условия космического полёта начал космонавт из Чехословакии 2 марта 1978 года на борту советской космической станции «Салют 6». В. Ремек начал выполнение первого совместного эксперимента — « Хлорелла», который продолжался практически в течение всего полета корабля «Союз-28». Его цель — изучение роста, развития и наследственности одноклеточной водоросли хлореллы в условиях космического полета.

Рис.5. Делящаяся клетка хлореллы. Зелёные шарики внутри клетки – это хлоропласты. Именно в них происходит процесс фотосинтеза (поглощается углекислый газ, вода и солнечный свет, а выделяется кислород и глюкоза).

Хлорелла - один из видов одноклеточных водорослей (рис.5). При ее выборе как объекта исследований ученых привлекает ряд особенностей, которые могут использоваться в будущих космических полетах. Она состоит примерно на 60% из белка, что позволяет применить водоросли для питания. Известна и способность хлореллы поглощать углекислый газ, давая взамен кислород, что может быть в принципе использовано в длительных космических полетах. Кроме того, она является удобным объектом при изучении воздействия невесомости на биологию растений.

Специалисты воспользовались способностью хлореллы удваивать количество клеток каждые четыре часа, что позволяет получить несколько поколений этого быстрорастущего организма, которые последовательно развивались в невесомости. Эксперимент «Хлорелла» (рис.6) готовили специалисты нескольких научно-исследовательских институтов. Об этом я прочитал на сайте [5]

Рис. 6. Современный опытно-промышленный реактор для выращивания хлореллы.

Известно, что хлорелла содержат в своем составе около 70% высококачественного белка. Также, эти микроскопические водоросли являются источниками редкого витамина В12 (кобаламина); содержание его в хлорелле в несколько раз больше, чем в продуктах животного происхождения, в частности, печени, что делает их чрезвычайно привлекательными для сторонников вегетарианского питания. Кобаламин сообщает человеческому организму мощный энергетический заряд, нормализует деятельность нервной системы, снимает раздражительность, эмоциональное напряжение, а также улучшает память, повышает концентрацию внимания. Таким образом, хлорелла не только регенерирует атмосферу космического корабля, но и станет источником пищи для космонавтов. Она сможет сэкономить до 20% сартовой массы космического корабля.