Глава 1
ЗМЕЯ И ЦИРКУЛЬ
Если сегодня мы попытаемся заглянуть в завтрашний день космонавтики, то сможем увидеть, что задача будущего освоения космического пространства человеком все в меньшей степени может рассматриваться, как задача чисто техническая, инженерная, какой она была совсем недавно в 50-60-х годах нашего века. В самом деле, запуск первого в истории искусственного спутника Земли фактически был задачей чисто инженерной, хотя и исключительной сложности. Ведь сам принцип полета ракеты в космос был научно обоснован за многие десятилетия до этого. О том, что надо сделать, чтобы улететь в космос, знали даже любознательные школьники. Другое дело - мало кто представлял себе, как это сделать. Прогресс советской науки в целом, новаторские работы в области ракетного двигателестроения, средств автоматизации и управления, аэродинамики больших скоростей, наконец, ракетостроения, общий высокий уровень технической культуры и позволили открыть 4 октября 1957 года эру освоения космического пространства.
Полет человека в космос во много раз увеличил количество инженерных задач. Назову только две проблемы, на решение каждой из которых требовались усилия многих научно-исследовательских коллективов. Первая - создание надежной системы жизнеобеспечения, которая могла бы гарантировать активную деятельность космонавта на всех участках полета. Вторая - отработка спуска в плотных слоях атмосферы со скоростями, во много раз превосходящими скорость звука. Истории решения только этих двух проблем - интереснейшие научно-технические эпопеи.
Полет Юрия Гагарина уже никак нельзя было считать задачей чисто инженерной. Перед тем как послать человека в космос, требовалось ответить на очень простой и вместе с тем очень трудный вопрос: а не враждебен ли космос его физической и психологической природе? Питание, вода, свежий воздух, тепло, нормальное барометрическое давление - все, из чего складывается наше земное физиологическое благополучие, все это обеспечивалось как раз техникой. Но этот вопрос, самый главный, самый важный, был уже не инженерным вопросом. На него должны были ответить медики, физиологи, специалисты по авиационной медицине, все те люди, которые и создали молодое ответвление древнейшего древа - космическую медицину. И они ответили: не враждебен. Они верили своим гипотезам и опытам. Они ручались за человека. Просили только, чтобы человек был покрепче, - их можно понять.
Я никак не хочу умалить успехов инженерной мысли. Каждому ясно, что, скажем, «Восток», «Союз» и «Салют» - это не просто разные космические аппараты, а аппараты разных машинных поколений. Очевидно и то, что орбитальные станции будущего и пилотируемые межпланетные корабли потребуют от своих создателей еще более смелых, остроумных и изощренных научно-технических решений. Не так давно во время встречи со студентами Московского физико-технического института космонавт Николай Рукавишников, отвечая на вопрос о сложностях гипотетической «марсианской» экспедиции, воскликнул:
- Покажите мне конструктора, который даст гарантию, что его прибор ни разу не выйдет из строя в течение трех лет непрерывной работы!
Разумеется, все трудности не исчерпываются только требованиями надежности. Их великое множество. Почему же некоторые специалисты в области ракетной техники тем не менее считают, что сдерживать дальнейшее проникновение человека будут не инженерные проблемы? Их доводы представляются весьма убедительными.
В принципе, говорят они, уже сегодня нет неразрешимых инженерных задач, которые препятствовали бы полету, например, к Марсу. Эскизные проекты подобного рода существуют, и ничего фантастического, принципиально невозможного в них нет. Полет человека на Марс с инженерной точки зрения, сегодня задача количественная, а не качественная, какой она была, скажем, для Ф.Цандера.
Более сложными, чем проблемы инженерные, представляются факторы социально-экономические, которые могут являться препятствиями на пути мирного научно-технического сотрудничества. Некоторые из этих факторов мешали и, безусловно, могут и в будущем мешать прогрессу космонавтики. Между тем будущий полет человека к другим планетам сейчас все чаще вырисовывается не как пункт какой-либо одной национальной космической программы, а как итог научно-технического содружества разных стран. Это доказывают и бесстрастные расчеты экономистов. Если самое дорогое техническое предприятие за всю историю человечества - программа «Аполлон» - оценивалась в 25 миллиардов долларов, то полет человека на Марс приближенно оценивается уже в 100 миллиардов долларов. Трудно представить себе сегодня страну, которая могла бы позволить себе подобные затраты даже ради славы стать родиной первопроходцев Марса. В 1973 году в Пасадене, в Лаборатории реактивного движения Калифорнийского технологического института, американские инженеры в беседах с советскими журналистами говорили:
- Ну, на Марс мы полетим, конечно вместе. Одни мы не потянем, слишком дорогое получается предприятие... Думаю, что нет смысла больше останавливаться на социально-экономических факторах, влияющих на дальнейший прогресс пилотируемых космических полетов. Тут все ясно, вернее, тут нет спорных для нас с вами вещей: политика мира и разрядки - непременное условие международного сотрудничества в космосе.
Теперь мне бы хотелось назвать главный фактор, способный по сегодняшним представлениям (эта оговорка обязательна!) замедлить процесс проникновения человека в космос. Речь идет об одной нерешенной проблеме космической медицины, вернее, о прискорбной ограниченности той области, в которой некоторые выработанные ею возможности, выводы и рекомендации имеют бесспорную силу.
За считанные годы своего существования космическая медицина добилась исключительных успехов. Однако, как часто бывает в сражениях всякой молодой науки с неизведанным, на месте каждой отрубленной головы дракона вырастали две новые. Одну такую голову рубят давно, но шея оказалась чертовски мускулистой - это невесомость.
В мою задачу не входит даже беглый обзор работ, посвященных раскрытию тайн сложного воздействия невесомости на жизнедеятельность человеческого организма, К числу отрицательных факторов, которые выявились уже в первое десятилетие космических полетов, медики относят уменьшение массы эритроцитов в крови; декальцинацию - вывод из организма кальция, который сообщает нашим костям должную твердость; атрофию мышечной ткани, вестибулярные расстройства - особенно в первые часы работы в невесомости, функциональные нарушения сердечно-сосудистой системы и другие малоприятные вещи. Подробнее об этом говорить не стоит, благо существует много хороших популярных книг на эту тему.
Да, успехи молодой науки налицо и известно ей уже очень много. И тем не менее ни один специалист не возьмет на себя смелость сказать: «Раз человек может жить в невесомости два-три месяца, значит, проживет и год, ничего с ним не случится». Случится или не случится? Что может произойти и когда? Как избежать неприятностей? - вот главные вопросы, вокруг которых разворачиваются дискуссии на всех конгрессах, съездах и симпозиумах, где встречаются специалисты по космической медицине.
Действительно, длительные полеты «Салютов» и «Скайлэба» отодвинули временные границы пребывания в космосе, но тайны невесомости они не открыли. Можно говорить лишь о предположениях весьма широкого спектра от мрачно-пессимистических до лучезарно-оптимистических. Давид Винтер в статье «Человек в космосе: время строить планы на будущее», анализируя данные по полету двух последних экипажей орбитальной станции «Скайлэб», отмечает, что уменьшение массы эритроцитов, которое наблюдалось в предыдущих полетах, не прогрессирует с увеличением сроков пребывания в невесомости. Но что это: предел или ступенька стабильного состояния, за которой новый скачок? Винтер утверждает, что на 30-40 сутки полета наступает стабилизация эритроцитной массы. По его мнению, на 5-7 неделе происходит окончательная адаптация к невесомости также и сердечно-сосудистой системы. Средства профилактики могут снизить, по его мнению, период адаптации к земной тяжести после возвращения на Землю с нескольких недель до 4-5 дней. Американский специалист признает, что механизмы процессов, которые приводят к декальцинации организма и отрицательному балансу азота и фосфора, остается неясным. И все-таки Винтер, конечно, оптимист. Он считает, что требования к здоровью у кандидатов в космонавты могут быть снижены и рекомендует смелее направлять в космос женщин, пересмотрев нынешние методики и критерии отбора.
Доктор Путткамер из ФРГ, изучив американские данные, также считает, что космонавты могут перенести 8-9-месячный полет без серьезной медицинской подготовки. Он считает, что 4-5 недель достаточно, чтобы организм полностью адаптировался к миру невесомости, и тоже настаивает на пересмотре медицинских критериев при отборе космонавтов.
Большинство советских ученых я бы тоже зачислил в отряд оптимистов. По мнению директора института медико-биологических проблем Министерства здравоохранения СССР, академика О.Г.Газенко, гарантийный срок работы экипажа на орбитальной станции - полгода.
- Может быть и год в невесомости не даст серьезных необратимых явлений в организме, но полной уверенности в этом пока нет, - говорит Олег Георгиевич. - Предстоит выяснить влияние невесомости на характер обменных процессов и деление клеток. Поэтому сейчас ведется большая экспериментальная работа с биологическими объектами на специальных спутниках.
- Но в принципе, - добавляет академик, - я не вижу ничего невозможного в биологической адаптации человека к новым условиям, к постоянному существованию в невесомости...
О.Г.Газенко не случайно затронул вопрос о характере обменных процессов и процессов на клеточном уровне. Те осторожные специалисты, которых мы, разумеется, чисто условно решили называть «пессимистами», как раз утверждают, что именно здесь ждут нас неприятные сюрпризы. Я помню, что об этом говорил, в частности в своем выступлении на XXIV международном астронавтическом конгрессе в Баку в октябре 1973 года врач и космонавт Борис Борисович Егоров.
Я не медик, но убежден: сюрпризы обязательно будут. Да и как они могут не быть? Их отсутствие означало бы, как мне кажется, нарушение законов и диалектики, и эволюции. Сотни миллионов лет, начиная с архейских бактерий, все живое формировалось, развивалось и в развитии своем приспосабливалось к миру земной тяжести. На гравитационное поле накладывались все процессы эволюции живого мира. Вправе ли мы предполагать, что совершеннейшее его творение - человеческий организм - проявит полное равнодушие к неожиданному для него отсутствию этого поля? По-моему, для этого нет никаких оснований. Другое дело, что нам бы этого хотелось. Но, я думаю, медики, проявляющие осторожность в этом вопросе и не склонные считать желаемое действительным, заслуживают только уважения.
То, что гравитационные раздражители играют большую и пока еще не во всем ясную роль в жизни живого организма показывают, например, опыты, которые не так давно были поставлены в Институте ботаники Академии наук Литовской ССР. Оказалось, что растения реагируют на центробежную силу даже тогда, когда она совершенно ничтожна: в тысячу или десять тысяч раз меньше силы земного притяжения. Растения обладают таинственным сверхчувствительным аппаратом, который постоянно фиксирует силу тяжести. К. Э. Циолковский, предполагая, что в невесомости направление роста растения «будет делом случая и влияния света», предвосхитил результаты будущих опытов на биоспутниках и орбитальных станциях. Однако свет все-таки не может полностью исключить отрицательного влияния «гравитационного хаоса». Вращение горшков с растениями на клиностате - установке, которая «сбивает растение с толку» и не дает ему «понять», где верх, а где низ, показало, что для развития растению нужен хотя бы слабый гравитационный ориентир, хотя бы ничтожная сила тяжести, безразлично куда направленная, благодаря которой стебель растения мог как-то определить себя в пространстве. В противном случае, растение хиреет, значительно хуже развивается и плодоносит.
Я не хотел бы причислять самого себя к пессимистам, но, очевидно, все обстоит не столь радужно, как предполагал К.Э.Циолковский, когда писал: «Тяжести не будут ощущать ни растения, ни люди. И для тех, и для других это может быть очень выгодно. Растениям не нужны будут толстые стволы и ветки, которые нередко ломаются от обилия плодов и составляют бесполезный балласт деревьев, кустарников и даже трав. Тяжесть не мешает и поднятию соков». Все это так, но, все-таки, эта, всем мешающая, тяжесть зачем-то нужна. Да и как она может оказаться «вдруг» не нужна, если данный вид испокон веков жил в сотворенном ею мире. С точки зрения гидравлики - сокам, конечно, подниматься легче, но легче ли от этого растению? Американский ученый Э.Синтон считает, например, что сила тяжести служит как бы остовом, по отношению к которому формируется весь характер роста растения.
Еще Чарльз Дарвин подметил, что движения растений и низших животных, при изменении положения их в гравитационном поле, - имеют немало общего. В дальнейшем это подтвердилось многочисленными опытами. Отчего же, признавая столь сильное влияние гравитации на простейший организм, мы откажем в таком влиянии организму более сложно организованному?
Преимущество сложного организма перед простейшим видится в его большей пластичности, в более легкой приспособляемости к самым невероятным условиям существования. И истинный оптимизм заключается не в том, что мы невесомость «все равно поборим», а в том, что мы сумеем выработать настолько научно-обоснованные методики физических упражнений во время космических путешествий и найдем настолько эффективные фармакологические препараты, способные нивелировать влияние невесомости на отдельные органы или системы, что все это постепенно отодвинет допустимые сроки пребывания человека в невесомости сначала на годы, затем на десятилетия и, наконец, сделает эти сроки соизмеримыми с продолжительностью человеческой жизни.
Пионеры космонавтики задолго до первых космических стартов понимали всю серьезность биологических проблем, которые во многом определят процесс проникновения человека в космос. Основатель теоретической космонавтики великий русский ученый К. Э. Циолковский посвещает проблемам пребывания человека в невесомости многие страницы своих произведений.
Мне приходилось присутствовать на десятках «космических» пресс-конференций, но глубже всего в память врезалось, конечно, самая первая, в московском Доме ученых на Кропоткинской, в апреле 1961 года. Кто-то из журналистов задал тогда вопрос Гагарину:
- Отличались ли истинные условия вашего полета от тех условий, которые вы представляли себе до полета?
- В книге Циолковского очень хорошо описаны факторы космического полета., - ответил Юрий Алексеевич, - и те факторы, с которыми я встретился, почти не отличаются от его описания.
Так, звездной дорогой Юрия Гагарина мысленно прошел молодой учитель гимназии К.Э.Циолковский, который 12 апреля 1883 года (ровно - день в день - за 78 лет до старта Гагарина) окончил свой космический дневник «Свободное пространство». В этой работе Константин Эдуардович уже говорит об «обитателях космоса», для которых межпланетные просторы не просто черная бездна, но новая среда, новые пространства жизни.
В 1896 году он развивает эту мысль в своем первом научно-фантастическом произведении «Грезы о земле и небе и эффекты всемирного тяготения», В фантастике Циолковский так же безупречно точен, как и в своих технических статьях. Для него фантастика - лишь иная, более доступная для неподготовленного читателя форма пропаганды своих идей. Не уход, не отдых от истины, а лишь переодевание ее в более броскую, яркую одежду. Здесь он самостоятельно и независимо продолжает старую традицию, устремляя ее в будущее: фантастика Циолковского идет от «Снов» Иоганна Кеплера к «Плутонии» Владимира Афанасьевича Обручева, к фантастике писателей-ученых Николая Николаевича Плавильщикова и Ивана Антоновича Ефремова.
В «Грезах...» Константин Эдуардович описывает невесомость так, будто сам он был командиром «Востока». И Титов, сам того не зная, повторил мне объяснения Циолковского: «Верха и низа в ракете собственно нет, потому, что нет относительной тяжести, и оставленное без опоры тело ни к какой стенке ракеты не стремится, но субъективные ощущения верха и низа все-таки остаются. Мы чувствуем верх и низ, только места их сменяются с переменой направления нашего тела в пространстве. В стороне, где наша голова, мы видим верх, а где ноги низ».
Помните телерепортажи из космоса? Космонавты показывали нам, как «плавают» перед телекамерой ручки, блокноты, маленькая куколка, которую дочка Андрияна Николаева попросила свозить на орбиту. Это не кинотрюк, это реальная передача о реальном полете, и Циолковский не мог видеть ее, когда он писал: «Все неприкрепленные к ракете предметы сошли со своих мест и висят в воздухе, ни к чему не прикасаясь, а если они и касаются, то не производят давления друг на друга или на опору. Сами мы также не касаемся пола и принимаем любое положение и направление: стоим и на полу, и на потолке, и на стене; стоим перпендикулярно и наклонно, плаваем в середине ракеты, как рыбы, но без усилий». И еще: «Выпущенный осторожно из рук предмет не падает, а толкнутый двигается прямолинейно и равномерно, пока не ударится о стенку или не наткнется на какую-нибудь вещь, чтобы снова прийти в движение, хотя с меньшей скоростью. Вообще, он в то же время вращается, как детский волчок. Даже трудно толкнуть тело, не сообщив ему вращения».
Воображением невероятной силы обладал этот человек!
Один из пионеров космической биологии и медицины академик Василий Васильевич Парин говорил, что Циолковский не только рассказал нам о невесомости, «о предупредил, что человеческий организм не останется к ней равнодушным. Рисуя нам картины «эфирных оранжерей», в которых растения радостно плодоносят, не отягощенные весом собственных плодов, Константин Эдуардович тем не менее понимал, что за отсутствие тяжести в космосе возможно потребуется дорого платить, что длительная невесомость способна вызвать вредные для космонавта реакции. Он ставит вопрос об изучении невесомости на земле, об имитации этого явления в специальных падающих кабинах и в специальном устройстве. В «Грезах...» он рассказывает об этом тренажере: «рельсы, имеющие вид поставленного кверху ножками магнита, или подковы: тележка охватывает рельсы с двух сторон и не может с них соскочить. Падая с одной ножки, она внизу делает полукруг и подымается на другую, где автоматически задерживается, когда теряет свою скорость. При движении до полукруга относительная тяжесть падает: на кривой она снова возникает в большей или меньшей степени, в зависимости от радиуса полукруга, но приблизительно постоянная. При подъеме на прямом и отвесном рельсе, она опять исчезает: исчезает и при обратном падении, если не задержать тележку на высоте. Таким образом время наблюдения кажущегося отсутствия тяжести удваивается».
Через шестьдесят лет американец Уолтон, заменив в описании Циолковского рельсы на трубу высотой 240 метров, построил установку, которую он назвал «гравитрон». Работа этого тренажера полностью подтвердила все предсказания Константина Эдуардовича.
И второй имитатор невесомости - бассейн с водой,- также предложен Циолковским. Заменив воду в бассейне жидкостью чуть большего удельного веса, можно добиться того, что космонавт-аквалангист будет находиться в бассейне в состоянии так называемого безразличного равновесия: не всплывать и не тонуть.
В подобных бассейнах тренировались и советские космонавты, и американские астронавты.
Один из пионеров космонавтики - французский летчик, инженер и конструктор Робер Эсно-Пельтри в своем докладе на годовом собрании Астрономического общества в Париже в 1927 году, говорил: «...трудность заключается в преодолении земного притяжения, и раз оно побеждено, то уже не трудно достичь и удаленных и близких планет. Но это при условии, что отсутствие поля тяготения не причиняет вреда живым организмам. (Подчеркнуто мною. - Я.Г.). Если же организм не может переносить подобных условий, то прядется создавать искусственное поле тяготения путем получения постоянного ускорения при помощи двигателя, и если будет достигнуто поле, отвечающее земному, то пассажиры не будут испытывать неудобств, где бы они ни находились, но, очевидно, такой прием потребует громадного расхода энергии горючего и отдалит еще на больший срок возможность полета от современных и без того трудных условий».
Примеры подобных зрелых научных предвидений можно найти и в работе других пионеров космонавтики. Но и в этом вопросе К.Э.Циолковский был, пожалуй, самый смелый, самый раскованный в своих фантастических мечтах. В рассказе «В поясе астероидов», написанном в 1895 году, Константин Эдуардович говорит о том, что условия невесомости способны изменить в будущем саму природу человека. Он пишет: «...мы предполагаем, что человек эволюционируя, превратился в существо, которому нипочем все эти новые условия существования. Он, как растения, не нуждается в хлебе и говядине, он покрыт прозрачной оболочкой, дающей ему необходимое давление и предохраняющей его от потери воды и газов. Внутри ее лучами солнца образуется (как в растении) необходимый ему кислород и пища. Он поглощает их, как животное, но негодные продукты (моча, углекислый газ и прочее) перерабатываются лучами солнца опять в кислород и питательные вещества. Продукты его жизненных выделений нисколько его не отравляют, а, напротив, питают! Чувства и разум его не только не падают, но еще возвышаются».
Это - фантастическая картина далекого будущего и, развивая мысли Циолковского, конечно, очень заманчиво было бы описать жизнь наших далеких прозрачных потомков. Но применительно к нашей теме, нас больше всего интересует настоящее, сегодняшний день. И сегодня даже оптимисты, убежденные, что космическая эволюция землян приведет к питанию человека посредством фотосинтеза, даже такие оптимисты не выпишут вам билет на Марс и обратно. Им не позволит это сделать совесть ученого. Вопрос о сроках пребывания в космосе - пожалуй, самый злободневный вопрос космонавтики. Генерал-лейтенант авиации, дважды Герой Советского Союза летчик-космонавт СССР В.Шаталов в одной из статей признает: «Очень важным для космонавтики остается вопрос о предельных сроках пребывания человека в условиях невесомости. С тем, что такие сроки все-таки существуют, видимо, придется согласиться. Трудно рассчитывать на то, что человек, покинувший Землю, неопределенно долго может находиться в космосе. Но сроков этих мы пока не знаем».
Наверное, перед нами тот случай, когда земные дискуссии не помогут. Думается, слово за «его величеством Экспериментом». И, очевидно, эксперимент, а точнее - серия экспериментов такого рода должны стоять в ряду самых срочных научных дел. Потому что, не разгадав тайны невесомости, мы не можем начать в будущем решать проблемы чисто инженерные. Помните старый анекдот о том, как звери решали, какой им мост выстроить через речку? Осел сказал: «Прежде всего надо решить, как будем строить: вдоль или поперек?» Так вот до тех пор, пока мы не узнаем, как долго без ущерба для своего здоровья человек может жить в невесомости, мы не сможем решить, как нам строить мост к берегам далекого космоса: вдоль или поперек?
Представим себе на миг, что в результате проведенных исследований космические медики установили: несмотря на всевозможные ухищрения, они не могут продлить срок пребывания человека в невесомости больше чем до одного года. Это сразу определит предельный срок сменности экипажей на орбитальных станциях. Именно это время должно приниматься в расчет при определении ресурсов работы их научного оборудования. Что же касается проблемы долговременных полетов в космос, полетов межпланетных, то этот срок, по существу, диктует инженерам все. Ясно, что для выполнения программы, рассчитанной на один год, корабль не нуждается в устройствах, создающих искусственную гравитацию, а в корабле, предназначенном, скажем, для доставки экспедиции на спутники Юпитера, такое устройство необходимо.
Циолковский предложил создать искусственную гравитацию еще в 1895 году, причем он не настаивал на точном воспроизводстве земной тяжести. «Совершенно достаточно, - писал Константин Эдуардович, - тяжести в одну сотую, или одну тысячную земной».
Но даже столь мало отличимая от невесомости искусственная тяжесть (одна тысячная земной, - это значит человек будет весить 60-70 грамм) и связанные с ее созданием дополнительные энергетические затраты неизбежно повлекут за собой усложнение и утяжеление всех конструкций. Последнее обстоятельство потребует дополнительных мощностей ракетных двигателей носителя, а скорее всего создания новых ракет. Новые, более мощные, а значит и возросшие в своих размерах ракеты, в свою очередь, приведут к необходимости создания новых, еще более грандиозных (и дорогих) стартовых комплексов. Короче говоря, издержки и расходы, требующиеся для создания собственно систем с искусственной гравитацией, составляют лишь небольшой процент от всех мыслимых издержек и расходов, вызванных необходимостью решить эту проблему. Естественно, вся эта огромная работа способна замедлить темпы развития космонавтики.
Так, в общем-то, лишь одна, частная проблема космической медицины оказывается, накрепко связанной с огромным количеством уже чисто инженерных проблем. Как видите, мудрый змей - эмблема медиков - склоняется сегодня не только над спасительной чашей, но и плотно обвивает своими кольцами циркуль инженера.