Марс-500

«Марс-500» — эксперимент по имитации пилотируемого полёта на Марс, проведённый Россией с широким международным участием. Эксперимент прошёл под эгидой Роскосмоса и Российской академии наук. Основной международный партнёр проекта — Европейское космическое агентство. Во время эксперимента шесть добровольцев находились в замкнутом комплексе 520 суток. Эксперимент был максимально приближен к реальному пилотируемому полёту на Марс с возвращением на Землю. Проект осуществлён Институтом медико-биологических проблем РАН в Москве. Стоимость проекта оценивается в 15 миллионов долларов США. Первые два этапа проекта (14- и 105-суточная изоляция) были успешно завершены к середине 2010 года. Реализация третьего этапа (собственно «полёт») началась 3 июня 2010 года и успешно завершилась 4 ноября 2011 года. Директор проекта — лётчик-космонавт Российской Федерации Борис Моруков.
Пилотируемый полёт на Марс должен произойти в первой половине XXI века. Такая миссия требует огромных финансовых затрат и обременена большими техническими проблемами, так как она из-за большого расстояния между Землёй и Марсом (от 55 до 400 миллионов километров) продлится больше года. Неизбежный аспект миссии — это то, что всё время команда из 6 космонавтов должна жить в замкнутом помещении. Это может быстро привести к напряжённости внутри команды, тем более что рутинная техническая работа, которая будет поступать во время всего полёта, и скука могут стать серьёзными проблемами.
Основная цель проекта — собрать данные о здоровье членов команды и их работоспособности, сымитировав основные особенности пилотируемого полёта на Марс, такие, как большая длительность, автономность, необычные условия связи с Землёй — задержка связи, ограниченность расходуемых ресурсов и определить, возможен ли такой полёт, исходя из возможностей человеческого организма.
Первый этап проекта продолжительностью в 14 суток был проведён в двух модулях медико-технического комплекса — жилом модуле ЭУ-150 объёмом 150 м³ и медицинском ЭУ-100 объёмом 100 м³. Этап завершился в ноябре 2007 года.
Целью проведения этого этапа была проверка соответствия технических и эксплуатационных характеристик систем модулей, в которых должен был жить экипаж, оценка их удобства и ремонтопригодности.
Результат показал, что модули соответствуют всем необходимым требованиям.
Добровольцы должны были провести 14 суток в изоляции.
Экипаж состоял из 6 человек.
Второй этап проекта продолжительностью в 105 суток был проведён с 31 марта по 14 июля 2009 года.
Проведение этапа было необходимо для получения научно-технической информации и её анализа, чтобы организовать наиболее оптимально и эффективно основной последний этап проекта.
Основными задачами, которые должны были быть решены исследователями в ходе выполнения этого этапа, являлись: изучение особенностей физиологической и психологической адаптации членов экипажа в условиях автономного существования, исследование взаимодействия экипажа с сотрудниками центра управления с учётом задержки связи и другие.
5 марта 2010 года ИМБП опубликовал результаты 105-суточной изоляции.
Третий и последний этап проекта продолжительностью 520 суток проводился с 3 июня 2010 по ноябрь 2011 года. На этом этапе выполнялось исследование взаимодействия «человек — окружающая среда» и сбор информации о состоянии здоровья и работоспособности экипажа, в условиях, приближённых к марсианскому полёту: высокая длительность нахождения в замкнутом пространстве, автономность, связь с Землёй со значительной задержкой, ограниченность ресурсов. Также проводилась отработка технологий медицинского обеспечения космонавтов для межпланетных полётов и оценка возможности современных технологий, систем и средств обеспечения жизнедеятельности и защиты человека. Во время этого этапа проводилось три выхода на имитируемую марсианскую поверхность.
Для оказания психологической поддержки команде проводился шахматный турнир между «марсианским» экипажем и экс-чемпионом мира по шахматам Анатолием Карповым.
Состав экипажа 520-суточной изоляции
От России:
1. Ситёв Алексей Сергеевич - командир экипажа
2. Камолов Сухроб Рустамович - врач экипажа
3. Смолеевский Александр Егорович - исследователь
От Европейского космического агентства:
4. Romain Charles - бортинженер
5. Diego Urbina - исследователь
От Китайского Центра подготовки космонавтов:
6. Wang Yue - исследователь
12 февраля 2011 года экипаж разделился на две команды: Алексей Ситев, Сухроб Камолов и Ромэн Шарль остались в «корабле». Александр Смолеевский, Диего Урбина и Ванг Юэ перешли в «посадочный модуль», в котором были проведены эксперименты, связанные с посадкой на Марс.
14 февраля 2011 года в 13:00 по московскому времени состоялся первый выход на имитируемую поверхность Марса. Участники вынесли флаги России, Китая и европейского космического агентства, затем зачитали приветствие на русском и английском языках и собрали пробы частиц с поверхности в капсулу, поместив её в специальный контейнер. Космонавты также произвели заборы камней и грунта из этих же мест. Продолжительность пребывания на «поверхности Марса» составила около 1,5 часов.
18 февраля 2011 года произошёл второй выход на имитатор марсианской поверхности. В нём приняли участие двое космонавтов: россиянин Александр Смолеевский и китаец Ван Юэ. Они зачитали приветствие на русском и китайском языках. Затем космонавты выполнили необходимые работы с малой марсианской станцией, произвели забор проб сыпучего грунта и камней и с помощью магнитометра выполнили поиск аномалий. Деятельность космонавтов транслировалась в прямом эфире в Центре управления полётами ЦНИИ машиностроения из Института медико-биологических проблем РАН, где и проводится эксперимент.
Третий, последний выход на «поверхность Марса» состоялся 22 февраля 2011 года. На «поверхность» вышли россиянин Александр Смолеевский и итальянец Диего Урбина. Во время выхода были взяты пробы скальных пород. Также космонавты выполнили отработку нештатной ситуации, при которой Диего Урбина споткнулся о валун и упал, а Александр Смолеевский должен был ему помочь подняться.
4 ноября 2011 года 520-суточная изоляция благополучно завершилась, и экипаж вышел из экспериментального комплекса. В течение трёх дней они находились в обсервационном режиме. 8 ноября в агентстве РИА Новости состоялась первая пресс-конференция с экипажем проекта.
Во время проекта реализованы дополнительные эксперименты, именуемые сателлитными, которые направлены на изучение воздействия радиации, профилактики воздействия невесомости, влияния пожаробезопасной атмосферы корабля и другие.
Длительное пребывание в изолированном комплексе при воздействии различных стрессовых факторов может сильно повлиять на организм, в частности, на жизнеспособность и механизмы регуляции. Чтобы правильно проанализировать научные данные о состоянии команды испытуемых «Марс-500» в течение полуторагодового существования в НЭКе, проводились контрольные эксперименты, в которых такие же группы находились в естественных условиях с учётом разных факторов среды — климатогеографических, производственных и социально-бытовых. Только таким методом можно разработать критерии оценки состояния здоровья и риск развития заболеваний у людей.
Кардиологические эксперименты нацелены на изучение динамики изменения состояния здоровья за длительный отрезок времени, влияния на неё экологических факторов и создание критериев оценки индивидуального риска развития заболеваний. Для этого были созданы группы добровольцев из разных стран мира с отличным состоянием здоровья. Добровольцев исследовали той же аппаратурой и теми же методами, что и испытуемых в проекте «Марс-500». Затем эти группы добровольцев изучались, а результаты сравнивались с результатами исследования эталонной группы испытателей «Марс-500», которая находилась в термокамере в стандартных условиях.
Эти исследования важны не только для развития космической медицины, но и для развития здравоохранения в России. Они направлены на сохранение здоровья работающего населения и профессионального долголетия. В ходе проведения кардиологических экспериментов будут разрабатываться новые методология и технология диагностики донозологического состояния. Предполагается, что новые методы внедрят в систему здравоохранения, когда меры будут приниматься до начала развития болезни. Изучение донозологических состояний особенно необходимо для космонавтов, так как они подвержены постоянным стрессорным нагрузкам.
Во время 105-суточного этапа была произведена работа с бо́льшими группами добровольцев для того, чтобы выбрать тех, кто соответствует критериям практически здорового человека, для сравнения с эталонной группой, исследуемой в течение долгого времени в термокамере. Параллельно такие эксперименты проводились в Москве, в Центральном регионе России, на Кавказе, на Севере России, на Дальнем Востоке, а также в Белоруссии, Казахстане, Чехии, Германии и Канаде.
Программа изучения:
При измерении всех параметров использовался аппаратно-программный комплекс «Экосан-2007». Такой же был применён для 520-суточного этапа. В перспективе подобные комплексы станут многопараметрическими, многоцелевыми медицинскими приборами для людей, чья работа является стрессорной. Ранее «Экосан-2007» испытывался на водителях автобусов и лётчиках.
Как известно, во время долгого пребывания человека в невесомости у него появляются гипокинетические нарушения. Для изучения этого явления Институт медико-биологических проблем много лет проводит исследования в этой области, что позволило детально составить картину гипокинетических нарушений. Результаты экспериментов показывают, что главная причина развития нарушений — это изменение в работе гравитационно-зависимых механизмов, которые отвечают за двигательную активность при воздействии гравитации на организм. Изменения начинают происходить из-за нарушения согласованной работы сенсорных систем, в частности, опорной и проприоцептивной.
Данные, полученные в ходе экспериментов, дают основание полагать, что опорная афферентация у человека выполняет роль механизма активации и регуляции активности позно-тонической системы, а также, что опорная разгрузка является причиной физиологических и морфологических изменений, которые обычны для условий невесомости и микрогравитации.
Основная цель иммерсионных экспериментов состоит в изучении воздействия опорной разгрузки на механизмы реализации опорных сигналов (спинальные, супраспинальные) и состояние центральных механизмов систем управления движением.
Во время всего полёта существует риск возникновения пожара в космическом корабле. Для сведения этого риска к минимуму возможно будет использоваться аргон. С помощью аргона можно значительно снизить концентрацию кислорода в атмосфере космического корабля без вреда для экипажа и создать так называемую гипоксическую среду.
С 1996 по 2003 гг. ИМБП РАН проводил исследования по пребыванию человека в нормоксических и гипоксических средах, состоящих из кислорода, азота и аргона, которые показали безопасность долговременного нахождения в нормоксической среде и улучшение адаптации организма благодаря аргону к гипоксии в гипоксической среде. В 1996 году на протяжении 7 суток группа подопытных находилась при давлении в 10 метров водяного столба в нормоксической среде с содержанием кислорода в 10 % (остальное — азотно-аргоновая смесь). Умственная и физическая деятельность в течение всего эксперимента сохранялась на нормальном уровне. При уменьшении кислорода до 7,5 % с добавлением аргона было замечено улучшение адаптации к гипоксии. В 1999 году испытуемые провели 18 суток при давлении 5 м вод. ст. в нормоксической среде также без нарушений умственной и физической деятельности. В настоящий момент для безопасного практического применения признана смесь, состоящая из 14 % кислорода, 53 % азота и 33 % аргона. Трёхсуточный эксперимент, проведённый в 2003 году, при давлении 5 м вод. ст. с 10 % содержанием кислорода выявил повышение умственной и физической деятельности, внимания и объёма кратковременной памяти человека.
Все эти исследования говорят в пользу возможности его применения для создания пожаробезопасной среды на пилотируемом космическом корабле, хотя количества этих исследований недостаточно, чтобы сделать статистическую оценку.
Гипербарические эксперименты дополняют знания по влиянию пожаробезопасной кислородо-азотно-аргоновой смеси на организм человека при помощи комплексной оценки состояния организма испытуемого во время длительного нахождения в пожаробезопасной смеси. У добровольцев определяли уровень психической и физической работоспособности, оценивали состояние кардиореспираторной системы, гематологических, метаболических и иммунологических показателей в крови, а также проводились микробиологические исследования и исследования, которые позволят усовершенствовать существующие системы жизнеобеспечения.
Чтобы избежать комбинированного (хронического и острого) облучения во время полёта на Марс, надо создать модель прогнозирования радиационного риска. Модель должна описывать вероятность возникновения радиационной болезни в зависимости от полученной общей дозы, снижение работоспособности, которое вызывает острая реакция организма, и возможное снижение общей устойчивости к влиянию факторов межпланетного перелёта. Создать такую модель можно, изучив воздействие радиации на живой организм в течение долгого времени.
Радиологические эксперименты проводятся с целью изучения радиобиологических реакций основных регуляторных систем организма (нервной, эндокринной, иммунной, сердечно-сосудистой, кроветворной), а также спермато- и цитогенетического ответа на облучение и анализ отсроченных эффектов облучения (продолжительность жизни и канцерогенез). В качестве подопытных выбраны самцы макаки-резус возрастом 3—5 лет. Они поделены на группы по 10—15 обезьян в каждой. Эксперименты организованы так, что имитируют реальное облучение космонавтов при полёте на Марс, включая острую и хроническую фазы болезни. Источник радиации, использующийся в этих экспериментах — Cs.
Среди космических экспериментов по медико-биологическому разделу «Долгосрочной программы научно-прикладных исследований и экспериментов, планируемых на российском сегменте МКС» запланирован и введён в действие эксперимент «Спланх»: «Исследование особенностей структурно-функционального состояния различных отделов желудочно-кишечного тракта для выявления специфики изменений пищеварительной системы в условиях космического полёта» В рамках проекта «Марс-500» экипажем выполняется 24-часовая электрогастроэнтерография — исследования электрический активности отделов пищеварительного тракта человека с помощью гастроэнтерографа «Спланх-1» — бортового прибора, разработанного ИМБП РАН с участием НПП «Исток-Система» на базе серийно выпускаемого электрогастроэнтерографа «Гастроскан-ГЭМ».
Медико-технический комплекс создавался для проведения экспериментов по имитации космических полётов, которые максимально приближены к настоящим, продолжительностью не меньше 500 суток с экипажем 4—6 человек.
Комплекс включает несколько экспериментальных установок (ЭУ):
Основными требованиями к добровольцам были следующие:
Для проведения 520-суточного эксперимента перед стартом было отобрано 6 человек из списка кандидатов, которые и составили экипаж «марсианского полёта».
Кандидаты:
С 10 по 11 марта 2010 года 11 кандидатов прошли тренировку на выживаемость. Их поделили на две группы по 5 и 6 человек. В первой командиром экипажа был ведущий инженер-испытатель из ЦПК им. Гагарина Борис Егоров, во второй — старший инспектор-водолаз ЦПК им. Гагарина Михаил Синельников.
Партнёры и эксперты международного проекта «Марс-500» из Московского правозащитного центра выступили с критикой в отношении однополой изоляции участников эксперимента по имитации полёта и колонизации красной планеты, заявив в интервью британской газете «Daily Mail», что половая дискриминация на Марсе случилась ещё до того, как на планету ступила нога человека.
Генеральный директор МПЦ, юрист Михаил Салкин сообщил: «Отсутствие женщин в проекте ещё раз демонстрирует наличие на Земле старых гендерных стереотипов», что исказит результаты медико-биологических исследований, отрицательно сказавшись на полноте научной картины проводимого эксперимента. Заместитель гендиректора по развитию и науке Московского правозащитного центра Егор Розенков, в свою очередь, предупредил о возможном возникновении «социальных патологий, которые развиваются в изолированных мужских группах: тюрьмах, армии или закрытой школе», обратив внимание на вероятное появление сексуальной инверсии, которая может быть следствием однополой изоляции: «С точки зрения здоровья и психологического комфорта экипажа будет большой ошибкой „отправить“ не смешанный, а исключительно мужской экипаж» — заявил специалист.
В ответ на прозвучавшую критику заместитель директора эксперимента «Марс-500» Марк Белаковский из Института медико-биологических проблем РАН пояснил, что дискриминации женщин во время отбора не наблюдалось: «Они [женщины] просто не победили в этом отборе. Правила были одинаковые, равные для всех, кто хотел присоединиться к нашему проекту, но девушки просто не прошли испытания». Однако анонимный источник в Роскосмосе сказал корреспонденту британского издания: «Мы просто не хотим поставить под угрозу эксперимент напряжённостью между полами», но заверил, что при проведении следующего эксперимента имитации полёта на Марс женщины, вероятно, будут включены в состав нового экипажа.
По мнению лётчика-космонавта СССР Валентина Лебедева, такие эксперименты бесполезны, так как условия этих экспериментов слишком далеки от реального межпланетного перелёта. Он указывает на то, что любой участник в любое время может отказаться от дальнейшего участия и покинуть комплекс, в отличие от реального полёта на Марс.
Член-корреспондент РАН Юрий Караш в статье «Независимой газеты» написал, что полёт «может быть оправдан лишь постольку, поскольку Россия действительно ставила бы задачу полёта к Марсу». Но поскольку у Роскосмоса таких планов пока нет, оправдания для этого полёта тоже нет.
В августе 2015 года команда НАСА приступила к проведению аналогичного эксперимента по выживанию в условиях, сходных с полётом на Марс. Команда из шести человек провела один год в полной изоляции от внешнего мира в специальном комплексе на склоне спящего вулкана Мауна-Лоа на Гавайских островах. В состав экспериментальной команды вошли три мужчины и три женщины. Эксперимент завершился 28 августа 2016 года.
Луна-2015 — эксперимент по имитации пилотируемого полёта на Луну, проведённый Россией 27 октября — 4 ноября 2015 года.