Пять причин, почему человек пока не готов к полёту на Марс

Главная проблема марсианской экспедиции — не долететь до планеты, а сохранить человека работоспособным на всём пути

До Марса уже умеют долетать машины. С человеком всё сложнее

Роботы летают к Марсу больше полувека. Они фотографируют поверхность, бурят грунт, анализируют атмосферу и способны работать там годами. Поэтому может показаться, что осталось построить достаточно большой корабль и посадить в него людей.

Но человек — не ещё один прибор на борту.

Ему нужны кислород, вода, пища, сон, физическая нагрузка, лекарства и защита от окружающей среды. Он может заболеть, получить травму, потерять костную и мышечную массу, хуже переносить нагрузку или допустить ошибку. А некоторые последствия многолетнего пребывания за пределами магнитного поля Земли мы просто никогда не наблюдали у людей.

Именно поэтому главный вопрос сегодня звучит не «можно ли построить корабль до Марса?», а «можем ли мы сделать такую экспедицию приемлемо безопасной для человека?».

Пока ответ остаётся неполным.

Причина №1. Радиацию нельзя просто оставить за стенкой корабля

На Земле нас постоянно защищают атмосфера и магнитное поле планеты. В межпланетном пространстве значительная часть этой естественной защиты исчезает.

Экипаж сталкивается с двумя особенно важными источниками ионизирующего излучения: галактическими космическими лучами и солнечными энергетическими частицами. Первые приходят из-за пределов Солнечной системы и включают чрезвычайно энергичные частицы. Вторые могут резко усиливаться во время событий на Солнце.

Мы уже измеряли эту среду непосредственно на пути к Марсу.

Детектор RAD, летевший внутри аппарата Mars Science Laboratory вместе с марсоходом Curiosity, работал во время 253-дневного перелёта. Исследователи рассчитали, что для даже сравнительно короткого полёта туда и обратно при сходном уровне защиты эквивалентная доза могла бы составить около 0,66 зиверта.

Но проблема не сводится к одной цифре.

Космическое излучение отличается от большинства привычных земных источников радиации. Высокоэнергетические частицы способны проходить через материалы корабля и создавать вторичное излучение. Простое увеличение толщины металлических стен поэтому не превращает корабль в радиационный бункер.

Главная медицинская тревога — накопительный риск повреждения тканей и ДНК, включая увеличение долгосрочного риска рака. Исследуется и возможное влияние на сердечно-сосудистую, нервную и другие системы.

Причём реальные последствия многолетнего воздействия такого сочетания излучения на человека остаются одним из крупнейших пробелов в знаниях.

Причина №2. Организм начинает перестраиваться задолго до посадки

На Международной космической станции человек находится в невесомости, но сама станция всё ещё летит внутри магнитосферы Земли. Марсианская экспедиция будет одновременно намного продолжительнее и гораздо дальше от Земли.

Без привычной гравитационной нагрузки меняется работа практически всего организма.

Кости теряют минеральную плотность. Мышцы, особенно те, которые на Земле постоянно сопротивляются силе тяжести, уменьшаются и теряют силу. Перераспределяются жидкости организма. Меняется сердечно-сосудистая регуляция. Возникают изменения зрения и структур глаза. Перестраивается иммунная система.

Современные тренировки позволяют существенно уменьшать некоторые из этих эффектов. Но Марс добавляет новый поворот.

После месяцев невесомости человеку недостаточно просто «прилететь». Ему практически сразу придётся действовать в гравитации Марса — примерно 38% земной.

Нужно встать, двигаться, переносить оборудование, надевать скафандр, выполнять сложные операции и реагировать на аварии. Вестибулярная система, мышцы, кровообращение и координация при этом должны быстро перейти в новый режим.

А если экспедиция предполагает возвращение, организму предстоит ещё одна перестройка — обратно к земной гравитации.

Получается необычная физиологическая последовательность:

• земная гравитация;
• месяцы невесомости;
• частичная гравитация Марса;
• снова невесомость;
• возвращение к земной гравитации.

Такого эксперимента над человеческим организмом ещё никогда не проводили.

Причина №3. Мы обнаруживаем новые уязвимости организма быстрее, чем успеваем их закрывать

Чем подробнее учёные изучают космические полёты, тем меньше организм напоминает набор отдельных систем «кости — мышцы — сердце».

В 2024 году появился Space Omics and Medical Atlas (SOMA) — крупнейший на тот момент массив молекулярных и физиологических данных о воздействии космического полёта на человека. Исследователи анализируют изменения экспрессии генов, иммунной системы, белков, метаболизма и микробиома.

Картина оказывается системной: космическая среда вызывает множество взаимосвязанных изменений, причём реакция разных людей может отличаться.

Особенно показателен пример почек.

В отдельной работе 2024 года исследователи объединили данные людей, животных и экспериментов с моделированием микрогравитации и галактического космического излучения. Были обнаружены изменения структуры и работы почек, а у животных моделирование дозы космического излучения, соответствующей путешествию к Марсу и обратно, вызывало повреждение почечной ткани.

Это не означает, что у летящего к Марсу человека обязательно разовьётся почечная недостаточность. Значительная часть этих данных получена на животных и в моделях.

Но именно в этом и заключается проблема: полноценного человеческого аналога многолетней экспедиции к Марсу не существует.

Мы пытаемся оценить последствия путешествия, которого человек ещё никогда не совершал.

Причина №4. На расстоянии миллионов километров медицина становится автономной

На Международной космической станции серьёзная проблема потенциально допускает досрочное возвращение экипажа. Есть регулярная связь с Землёй, медицинская поддержка и возможность доставки грузов.

На Марсе эта модель перестаёт работать.

В зависимости от взаимного положения планет радиосигналу могут потребоваться десятки минут на дорогу туда и обратно. NASA указывает, что задержка связи в одном направлении может достигать примерно 20 минут.

Это полностью меняет смысл фразы «проконсультироваться с врачом».

Если член экипажа потерял сознание, получил тяжёлую травму или у него возникла острая медицинская проблема, нельзя провести привычную телеконсультацию в реальном времени. Врач на Земле может получить вопрос тогда, когда решение уже пришлось принять.

Нельзя вызвать скорую помощь.

Нельзя быстро доставить пациента в специализированный центр.

Нельзя заказать недостающее лекарство на следующем грузовом корабле.

Поэтому экипажу понадобится фактически автономная медицинская система: диагностика, лекарства, оборудование, алгоритмы принятия решений и люди, способные действовать без немедленной помощи Земли.

Даже аптечка превращается в инженерную проблему.

NASA отдельно исследует стабильность лекарств для дальних экспедиций. Многие препараты имеют сроки годности короче предполагаемой продолжительности марсианской миссии. Кроме того, необходимо понимать, как длительное хранение, радиация и изменения физиологии организма могут влиять на качество лекарств, фармакокинетику и ответ на терапию.

На Земле медицина построена вокруг доступности огромной инфраструктуры. На Марсе всю необходимую инфраструктуру придётся увезти с собой — заранее не зная, какая именно проблема возникнет.

Причина №5. Самым сложным компонентом корабля может оказаться человеческая психика

Представьте не романтический полёт среди звёзд, а повседневность.

Одни и те же несколько человек. Ограниченное пространство. Практически отсутствие возможности уединиться. Невозможность выйти наружу без сложной процедуры. Огромная ответственность. Монотонность, рабочая нагрузка, нарушения сна и постоянное понимание, что Земля находится слишком далеко, чтобы прийти на помощь.

И так не неделю.

Потенциально годы.

Изоляция сама по себе не означает, что экипаж неизбежно столкнётся с психическим расстройством. Будущих астронавтов будут тщательно отбирать и готовить, а исследования в изолированных наземных комплексах позволяют совершенствовать такую подготовку.

Но психологический риск нельзя отделить от остальных.

Недосып может ухудшать внимание. Конфликт внутри экипажа — взаимодействие команды. Стресс — принятие решений. Монотонность и перегрузка — когнитивную работоспособность.

На Земле ошибку часто можно исправить.

В нескольких десятках или сотнях миллионов километров от Земли одна неверная последовательность действий способна превратить небольшую техническую проблему в угрозу всей экспедиции.

Именно поэтому NASA рассматривает изоляцию и ограниченное пространство не как бытовое неудобство, а как отдельную группу рисков пилотируемых дальних полётов.

Пять опасностей на самом деле усиливают друг друга

Самая важная деталь часто теряется, когда марсианские риски перечисляют по отдельности.

Радиационное воздействие происходит на фоне физиологических изменений. Микрогравитация меняет организм, которому в случае болезни понадобятся лекарства. Медицинская помощь ограничена расстоянием. Нарушение сна и психологическая нагрузка возникают в среде, где ошибка может иметь серьёзные последствия.

Именно взаимодействие факторов делает задачу особенно сложной.

Поэтому результаты полугодового пребывания на Международной космической станции нельзя просто умножить на три или четыре и получить прогноз полёта к Марсу.

Марсианская экспедиция — качественно другая среда.

Значит ли это, что человек никогда не полетит на Марс?

Нет.

Слово «никогда» здесь было бы таким же преувеличением, как утверждение, что основные проблемы уже решены.

Ни одна из пяти опасностей сама по себе не доказывает невозможность пилотируемого полёта. Более того, именно для их преодоления разрабатываются новые системы радиационной защиты, методы физических тренировок, автономная диагностика, медицинские технологии, системы жизнеобеспечения и программы психологической подготовки экипажей.

Есть и ещё одна важная причина для оптимизма.

Люди оказались значительно устойчивее к космическому полёту, чем можно было опасаться в начале космической эры. Исследования показывают многочисленные молекулярные и физиологические изменения, но одновременно демонстрируют огромную способность организма адаптироваться и восстанавливаться.

Однако между «человек способен жить в космосе несколько месяцев» и «мы умеем безопасно отправить экипаж в многолетнюю межпланетную экспедицию» остаётся большая дистанция.

И преодолеть её предстоит прежде всего биологии и медицине.

Что должно измениться, прежде чем полёт станет приемлемым риском

Для реальной пилотируемой экспедиции недостаточно решить одну большую проблему. Нужна система защиты сразу от нескольких рисков.

• Снизить радиационную нагрузку и научиться лучше прогнозировать солнечные события.
• Проверить способы сохранения мышц, костей, сердечно-сосудистой системы и координации во время очень длительных полётов.
• Понять последствия сочетания микрогравитации и космического излучения для мозга, иммунной системы, почек и других органов.
• Создать автономную космическую медицину, способную диагностировать и лечить серьёзные состояния без немедленной помощи Земли.
• Обеспечить лекарствами, сохраняющими необходимые свойства на протяжении всей экспедиции.
• Научиться поддерживать сон, когнитивную работоспособность и взаимодействие небольшой группы людей в многолетней изоляции.

И главное — проверять эти решения постепенно: в наземных экспериментах, на орбите, в дальних окололунных миссиях и только затем в межпланетном пространстве.