Заметки о космической фантастике #6. Как оно устроено-3

Первая часть https://author.today/post/21041

Вторая часть https://author.today/post/21171

Всё вместе https://author.today/work/8327

ЖизнеОбеспечение Пилотируемого Аппарата

Это целый комплекс самых разных устройств. Назначение у них у всех, как сообщает капитан Очевидность, заключается в поддержании определённых условий внутри корабля, чтобы тушки космонавтов долетели до цели в более-менее живом состоянии, и опционально не испытывали в ходе полёта неприятных ощущений. Для этого у нас есть целый ГОСТ 28040-89 (да, всё стандартизированно). Ну и по порядку:

1. Системы обеспечения газового состава атмосферы. Это не только регенерация кислорода: это удаление из воздуха углекислого газа и пыли, контроль утечек, контроль примесей, например, дыма, и так далее. На одного человека требуется в среднем 0,96 кг кислорода в день. 

Вариантов его пополнения на борту несколько. Первый и самый очевидный - это баллоны со сжиженным кислородом, привозимые с Земли. Именно на этом строились системы жизнеобеспечения практически на всех пилотируемых кораблях. Кроме того, в любом случае всё равно запас кислорода следует держать на борту - на случай отказа других систем. Второй способ, применяемый ныне на МКС - это электролиз воды, которая разлагается на водород и кислород. Он достаточно эффективен и несложен, хотя требует затрат электроэнергии.

Прибор для электролиза воды, на испытательном стенде

Третий - это полностью замкнутый цикл, но о нём чуть позже.

Помимо углекислого газа, воздух может загрязняться микропримесями - метаном, угарным газом, углеводородами, аммиаком, озоном и так далее. Всё это удаляется с помощью сорбционно-каталитических процессов (просто выбросить грязный воздух в форточку не выйдет), т. е. воздух прогоняется через фильтр, заполненный химпоглотителем и катализатором, после чего возвращается обратно в комнаты, а фильтрующие вещества после отработки ресурса выбрасываются в космос. Люди - они такие, мусорят везде, где могут.

2. Системы климат-контроля. О терморегуляции всего корабля я уже писал, ну а эти приборы обеспечивают приемлемую температуру, давление и влажность воздуха.

3. Система контроля микрофлоры. Ну и фауны, конечно. Весь летящий на МКС груз (впрочем, как и вообще все космические корабли) по понятным причинам всегда проходит полную дезинфекцию, однако убить абсолютно все микроорганизмы в нём невозможно. В любом случае все эти колонии начнут плодиться и размножаться, так что однажды придётся почесать репу и заняться очисткой. Делается это сейчас с помощью электростатических фильтров: воздух прогоняется сквозь мощное электрическое поле, которое уничтожает вирусы, бактерии, споры плесени и тому подобную дрянь. 

Прибор для обеззараживания воздуха "Поток". Стильно и футуристично

Исследования показывают, что в отсутствие обеззараживающих устройств в замкнутом пространстве МКС начинают размножаться плесневые грибки, в том числе аллергические, и бактерии - анализы в японском модуле "Кибо" обнаружили даже легионеллу. Большинство незваных гостей являлись обычными для человеческого организма и были занесены экипажем, но не легионелла. Однако в любом случае воздух и поверхности космической станции сопоставимы по уровню чистоты с операционной, так что даже в случае полного отказа систем микробиологического контроля у экипажа будет достаточно времени, чтобы их наладить.

Стоит также отметить, что в наши дни существует такое понятие, как планетарная защита. Заключается оно в том, что нельзя загрязнять небесные тела земными микроорганизмами, в особенности те, где по идее могут существовать собственные виды. Эксперименты показали (и показывают), что споры и бациллы могут сохранять жизнеспособность в космическом пространстве очень долго (год и более), более того, эти мелкие падлы ещё и пытаются приспособиться к изменению условий. Так что занесение на Землю жизни из космоса вполне вероятно.

4. Система утилизации отходов (да, космонавты тоже какают). Из мочи полностью удаляется вода, после чего все твёрдые отходы тоже отправляются летать в околоземное пространство. Люди загаживают орбиту в прямом смысле этого слова, а будь высушенные человеческие какашки потвёрже, и возникла бы неиллюзорная опасность получить пробой в обшивке из-за столкновения с ними.

5. Регенерация воды. Так как каждый грамм поставок на борт МКС стоит дорого, приходится уподобляться персонажам "Дюны" и собирать всю лишнюю воду. Моча, как уже было сказано выше, испаряется, атмосферная влага конденсируется, и так далее. Норма расхода воды - 3-4 литра в день на человека, однако из них лишь небольшая часть теряется безвозвратно, всё остальное (93% на сегодня) возвращается в цикл. Кроме того, питьевая вода йодируется - для обеззараживания. Болеть в космосе нельзя.

Что там в фантастике? Э-э, ну-у-у... как бы, это... всё тлен, короче.

Замкнутый цикл жизнеобеспечения

На сегодня полностью замкнутый цикл на практике пока не используется - МКС по-прежнему зависит от поставок с Земли, в первую очередь это касается еды. Однако экспериментальные проекты уже разрабатывались и достигли некоторых успехов.

Советский эксперимент "БИОС-3" включал в себя помещения общим объёмом 315 кубических метров, как неплохая квартира. Регенерация кислорода и удаление углекислого газа в атмосфере производились с помощью хлореллы - микроскопических водорослей, кроме того, зэки... простите, экспериментаторы выращивали гидропонном методом целый список высших растений - для еды. Естественно, если мы говорим о будущем, все подобные овощи будут ГМО: их потребуется максимально адаптировать для космических условий, что включает в себя повышение калорийности, неприхотливость, снижение доли несъедобной биомассы и так далее.

Тут стоит сделать отступление: гидропоника, как следует из названия, означает выращивание растений не в грунте, а в питательных растворах. Почему-то многие об этом забывают и описывают внутри кораблей настоящие поля, хотя это гораздо сложнее, ненадёжно и по сути бессмысленно.

Полной замкнутости вообще во всём, скорее всего, достичь не удастся: для этого потребуются дополнительные объёмы пространства и мощности, а иногда слишком сложные циклы, так что в итоге всё равно придётся поставлять что-то с Земли. Однако если мы говорим о корабле поколений, то теоретически обеспечить минимальные нужды его жителей - в воздухе, еде, витаминах и микроэлементах - вполне возможно. Во всяком случае, на МКС уже выращивали салат, и сейчас идут разработки по созданию систем оранжерей в условиях микрогравитации, читай - невесомости. То есть прокормиться можно.

Портативные системы жизнеобеспечения

Космический скафандр в целом предназначен для одной-единственной вещи: не дать человеку откинуть копыта в безвоздушном пространстве. Всё остальное - опционально. Удобства в том числе, так что скафандр - это отнюдь не лёгкая одежда для развлечений. Можно посмотреть, например, видеосъёмки поведения американских астронавтов на Луне: даже при пониженной гравитации они двигаются весьма неуклюже и осторожно. Из-за низкого давления снаружи скафандр раздувается (это при том, что в самом скафандре - 0,4 атмосферы), что при его массе создаёт серьёзные неудобства - рыцари в доспехах двигаются куда ловчее и быстрее, чем космонавт. Немало весит и ранец СЖО (систем жизнеобеспечения). 

Естественно, структура костюма зависит от целей. Например, лунные скафандры экипажей "Аполлонов" состояли из внутреннего костюма с системой охлаждения на водной основе, основной оболочки из тринадцати слоев материала (нейлон с неопреном, алюминиевый майлар, дакрон, полиамидная ткань и внешний огнестойкий слой) и внешнего покрытия. Скафандры для выхода в открытый космос, наподобие советского "Орлана", выглядят уже иначе - они менее громоздки, хотя, к примеру, нынешний российский "Орлан-МК" весит 120 кг. А есть и скафандры для работы в самом корабле, например, американский оранжевый Advanced Crew Escape Suit - именно в нём позируют астронавты, летавшие на "Шаттлах", или советский "Сокол", в котором после прекращения эксплуатации шаттлов спускаются на бренную землю члены экипажа МКС. Они служат для обеспечения защиты человека в случае разгерметизации и прочих нехороших вещей, и носятся только во время полёта, стыковки и расстыковки. К слову, судя по внешнему виду, в эту же категорию относится гламурный скафандр SpaceX. 

Всем известны сцены в некоторых фильмах, где космонавт-астронавт разбивает стекло гермошлема и потом красиво задыхается, или вдруг обнаруживает, что дышать можно, или ещё что-нибудь такое. Канонический пример - "Чужой", разумеется. Так вот, это ерунда: стёкла шлемов делаются из поликарбоната лексана, то есть из натурального бронестекла. Никакой лицехват при всём желании не смог бы его пробить, да и взрослый Чужой тоже. С другой стороны, а как тогда можно было бы обосновать его приземление на лицо любопытного землянина?..

Не стоит забывать и о светофильтре. Обычные шлемы лётчиков имеют затенение в виде покрытия поверхности стекла слоем серебра, однако в космосе интенсивность излучения гораздо выше, поэтому стёкла скафандров покрывают чистым золотом. И это далеко не самая дорогая часть снаряжения, если что.

Скорее всего, в будущем скафандры сохранят свои основные недостатки, т. е. громоздкость, неудобный ранец системы жизнеобеспечения и так далее. Однако если мы говорим о фантастике, то там внешний вид и сюжетные надобности гораздо более важны, чем достоверность (тем более если речь идёт о будущем). Так что, на мой взгляд, можно смело описывать гламурные костюмчики а-ля SpaceX и не париться. Разве что ранец СЖО забывать не стоит.

Анабиоз

Тема анабиоза изъезжена в фантастике вдоль и поперёк. В девяти случаях из десяти при этом используется старая добрая заморозка, а иногда авторы выкручиваются и пишут "гипносон" или прочую фигню в том же духе. Оставив гипносон гипносистам, давайте посмотрим на реальность.

Естественно, речь идёт об анабиозе человека. Более простым существам и в анабиоз впадать проще, собственно, на факте его существования строится гипотеза о возможности замедления жизнедеятельности человека.

Зачем нужно именно замораживать? Всё очень просто: скорость любой химической реакции зависит от температуры. При её снижении реакция замедляется, а значит, замедляются и биохимические процессы в холодной тушке хомо сапиенс. В гипотермическом диапазоне, т. е. температуре тела выше нуля, уже проводились эксперименты на кошкахсвиньях и даже почти успешно - для этого кровь частично заменяли охлаждённым физиологическим раствором. Однако неизвестно, какие последствия для мозга и сознания человека это повлечёт. Как фантдоп, впрочем, оно вполне годится, но на коротких отрезках - жизнедеятельность замедляется, но не останавливается.

Другое дело - криогеника. Здесь возникает опасность некроза тканей: при замораживании грани кристаллов льда (а в тушке хомо сапиенс, напомню, немало воды) разрывают клетки, приводя к их гибели. Надёжных способов перевести жидкость в аморфное состояние, не убив при этом человека, сегодня не существует. Но, в принципе, право на жизнь эта идея имеет.

Ещё один вариант - это химический анабиоз. Такой описан у Уоттса в "Ложной слепоте", основан он на химических ингибиторах, замедляющих физиологические процессы. Конкретно это сероводород: опыты на мышах показали, что присутствие в воздухе крошечной дозы сероводорода приводит к гибернации, после которой мыши полностью восстанавливались. Правда, опыты на крупных млекопитающих закончились ничем, но кто знает, что будет дальше?

Системы навигации

В пределах Солнечной системы навигация предельно проста: все возможные цели полёта находятся в поле зрения, так что вопрос, куда и как лететь, лежит скорее в области выбора оптимальной траектории, и не более того. А вот в случае межзвёздного полёта всё несколько сложнее.

Ориентироваться, разумеется, можно только по звёздам и квазарам. Других вариантов в нашей реальности попросту нет. 

Представьте себе, что вы оказались в любой точке космоса в пределах, скажем, 200 световых лет от Земли. У вас есть корабль, позволяющий мгновенно перемещаться (прыгать в варпе) на расстояния от нуля до, скажем, 20 световых в любом направлении. Энергетические затраты и всё остальное во внимание не принимаем. Как определить, где вы находитесь и куда лететь?

Для этого нужно вооружиться радиотелескопом, сенсором, позволяющим точно определить светимость объекта на небе, и звёздным каталогом. Ну и калькулятором, разумеется. Далее действия навигатора выглядят так:

1) определить с помощью радиотелескопа положение квазаров. Так как квазары находятся на расстоянии сотен миллионов световых лет от Земли, у них практически отсутствует параллакс, т. е. из любой точки в нашей области Вселенной они будут видны под одним и тем же углом (если не поворачиваться самому, разумеется). Это позволяет использовать их в качестве опорных точек для последующих измерений.

2) определить спектр наиболее ярких звёзд. Спектр - это своеобразный паспорт звезды, позволяющий с высокой точностью её идентифицировать путём сравнения с каталогом и ближайшим звёздным окружением. Таким образом, не нужны никакие радиомаяки, которые часто описываются у фантастов, эту роль берут на себя квазары, а звёзды выступают ориентирами. 

3) далее по параллаксу звёзд относительно квазаров и с помощью радиоизлучения этих квазаров можно определить точное положение корабля (относительное, разумеется), после чего определить, где должна находиться искомая звёздная система. Зная видимую величину и подсмотрев в каталоге абсолютную, можно с помощью обычного инженерного калькулятора легко определить расстояние до звезды и полететь к ней. Прыжков, однако, потребуется по меньше мере два: один длинный, основной, и один корректирующий, так как вряд ли у вас получится строго выдержать направление и угадать расстояние с должной точностью, учитывая собственное движение звезды, ограниченность скорости света и так далее. Впрочем, это меньшее из зол.

К сожалению, звёздная навигация редко упоминается в НФ и в космоопере, а если упоминается, то часто там пишут такую вот ахинею:

- ...Я достиг планеты, которой нет, после слепого прыжка с опорой на маяки Схедмона, Оара и Гэг-2… а вектор знаешь на что ориентировался? На звезду…

По-моему, уже хватит, чтобы уверенно задать курс.

С. Лукьяненко, "Планета, которой нет"

Звучит наукообразно, непонятно, а значит - круто. На самом деле проблемы книжных аборигенов по поиску Земли смотрятся откровенно смешно, учитывая, что они могли посещать Землю через гиперпереходы. Это ведь так просто - измерить спектроскопом излучение Солнца, или тупо посмотреть его в земных справочниках, определить спектр ближайших звёзд, а потом вооружиться мощным телескопом и найти Солнце уже на своём небе. После этого достижение цели не должно представлять особой проблемы. Впрочем, это далеко не единственная претензия к логике книги, кроме того, вспоминаем старое правило: читатель редко обращает внимание на такие мелочи.