Что надеть на Марс?

Марс вряд ли когда-нибудь займет верхнюю строчку в списке наиболее популярных туристических мест. Несомненно, самая высокая гора Солнечной системы — потухший вулкан Олимп — придется по вкусу паре-тройке любителей. Но в целом, Марс не самое приятное место для отдыха.

Там весьма негостеприимный ландшафт: сплошь каньоны, вулканы, кратеры и высохшие озера. Атмосфера на планете разреженная и состоит в основном из углекислого газа. Марс не имеет ни защитной магнитосферы, ни радиационного пояса Ван Аллена, которые закрывали бы поверхность планеты и каждого, кто на ней оказался, от космических лучей и солнечной радиации. А температура даже на экваторе может варьироваться от +21 °С в летний день до –73 °С ночью.

Помимо этого, отважным туристам придется противостоять интенсивным пыльным бурям — прямо как Мэтту Деймону в начале «Марсианина». Такие бури могут охватывать территорию площадью с целый континент и не прекращаться неделями.

Возникает логичный вопрос: что надеть?

Эбигейл Харрисон много размышляет над этим вопросом. На Земле девушка предпочитает носить смелые и яркие наряды. Но в любой момент она готова обменять их на марсианский скафандр. С самого детства Харрисон мечтает лишь об одном: стать не просто астронавтом, а первым человеком, ступившим на красную планету.

Сегодня ее мечта близка к исполнению как никогда. Эбигейл заканчивает первый курс в колледже Уэллсли, где параллельно изучает астробиологию и русский язык. Еще она активно участвует в работе космического сообщества. «Астронавт Эбби», как часто называют Харрисон, руководит некоммерческой организацией «The Mars Generation», которая стимулирует преподавание точных наук (по-английски STEM — от слов Science, Technology, Engineering, Math), проводит подготовку «космических послов» и предоставляет стипендиальные программы на обучение в Космическом лагере под управлением некоммерческого ракетно-космического центра США в Хантсвилле, штат Алабама.

Для Харрисон куда важнее то, что государственные и коммерческие предприятия начали новую «космическую гонку». В результате этого соревнования первый пилотируемый полет на Марс может случиться в 2030 годах (по заявлению НАСА) или и того раньше — в середине 2020 годов, если верить генеральному директору SpaceX Илону Маску.

Даже Дональд Трамп, который в отношении космоса строит исключительно милитаристские планы, хочет, чтобы американцы вернулись на Луну, а потом отправились исследовать красную планету.

«В ближайшем будущем мы отправим на Марс кое-что прекрасное, — заявил он на мартовском заседании Совета министров. — Полетим туда, куда никто и помыслить не смел».

Когда это произойдет, Харрисон будет нужен идеальный наряд.

Эми Росс, разработчица скафандра нового поколения из Космического центра НАСА имени Линдона Джонсона, уверена, что ее услуги обязательно потребуются для пилотируемого полета на Марс — это лишь вопрос времени. К тому моменту она уже будет во всеоружии.

«Моя задача состоит в том, чтобы убедиться, что у нас есть доступные технологии, — объясняет Росс. — Поэтому, когда мне доверят изготовление скафандра для полета на Марс, у меня будет все необходимое, даже если я не буду ясно представлять конечный результат».

Для создания так называемого «костюма для исследования планет» НАСА придется начать все с чистого листа. Ни оранжевые «скафандры-тыквы» для взлета и приземления, которые астронавты носили на борту шаттла, ни комплекс EMU для выхода в открытый космос с МКС, не пригодны для использования на Марсе. Первый имеет ограниченные возможности для обеспечения жизнедеятельности, а второй не предназначен для ходьбы.

Даже скафандры, которые носили на Луне Нил Армстронг и Базз Олдрин, не выполняют и части необходимых функций для внебортовых работ на Марсе. Так как площадь поверхности планеты и уровень гравитации на ней почти в два раза превышают лунную, исследовать красную планету будет более утомительно, чем ходить по Луне. Это означает, что скафандры должны быть легче и обеспечивать большую подвижность в поясе, коленях и лодыжках.

«На Луне нужно было покидать аппарат и возвращаться по несколько тысяч раз, — рассказывает Росс. — А для полета на Марс придется разработать скафандр, способный выдержать миллионы таких вылазок. Таким образом, необходимый уровень надежности и прочности костюма значительно увеличивается».

Скафандр по сути работает как мобильный космический корабль, кокон, пригодный для жизни в суровых условиях. В то же время он должен быть прочным, надежным и не сковывать движения астронавта, задача которого — заисследовать Марс до предела.

«Когда рассчитываешь провести на Марсе 500 дней, скафандр должен стать таким инструментом, который перестаешь замечать, — объясняет Росс. — Нужно сделать так, чтобы, надев скафандр, астронавты могли заниматься чем угодно: собирать образцы грунта, проводить разного рода исследования или заменить шину у марсохода».

Однако на Марсе ткани и обшивка могут вести себя не так, как на Земле. Одновременное воздействие низкого давления, солнечной радиации и упомянутых выше пыльных бурь может ускорить износ материалов или сделать их более хрупкими. И хотя макетные условия, созданные НАСА в проекте «Mars chamber», позволяют прикинуть, как себя поведет материал, реальных испытаний они не заменят.

Именно поэтому, на борту пока еще безымянного марсохода «Марс-2020», наследника Curiosity, который приступит к работе через два года, будут находится тефлон, поликарбонаты и полиуретаны. Изучив эти образцы и сравнив их с результатами тестов, проведенных на Земле, Росс и ее команда смогут выяснить, как долго прослужит скафандр — и это нужно сделать прежде, чем астронавт окажется в ситуации, когда его жизнь будет зависеть от костюма.

«Нужно учитывать особенности среды Марса — пыльной, химически активной и подверженной ультрафиолетовой радиации», — добавляет она.

Жизненно важно, чтобы на человеческое тело в известных пределах действовало атмосферное давление. Если давление будет слишком сильным, как в самых глубоких частях океана, внутренние органы астронавта сожмутся как пустые банки из-под газировки. Чересчур низкое давление, как на большой высоте или в космосе, приведет к тому, что жидкости внутри тела начнут кипеть. Для предотвращения подобных ситуаций НАСА заполняет свои скафандры сжатым газом. Получается что-то вроде салона самолета в форме человека.

По словам бывшей заместительницы главы НАСА Давы Ньюман, профессора аэронавтики и космонавтики из MIT, недостаток такого метода поддержки внутреннего давления заключается в том, что скафандры в итоге выглядят как жесткие воздушные шары, а чувствуешь себя в них как человечек с логотипа Michelin. Они затрудняют движения, и астронавт в них быстро устает.

«Для астронавтов, выполняющих в космосе ремонтные работы, жесткие перчатки станут причиной многих трудностей, — писала Ньюман в начале 2012 года в январском выпуске журнала ASK. — Представьте, что на протяжении нескольких часов вам нужно работать с инструментами и вертеть в руках мелкие детали. И все это в наполненных газом перчатках, которые не дают пальцам согнуться.

С помощью сплавов с эффектом памяти формы Ньюман удалось создать плотно облегающий эластичный скафандр, в котором механическое давление оказывается непосредственно на кожу. Его назвали Biosuit (биоскафандр): он похож на костюм Женщины-кошки, и его швы скрывают сложную сеть проводов и пружин. При поступлении электрического тока пружины сжимаются, и скафандр идеально садится по фигуре астронавта, поддерживая оптимальное давление. Охлаждение пружин ослабляет хватку скафандра: в этом состоянии его удобно снимать и надевать.

У скафандра Ньюман еще есть изъяны, над которыми нужно поработать. Например, пока непонятно, как внедрить в него систему жизнеобеспечения, которая подавала бы кислород, регулировала температуру, удовлетворяла прочие нужды, и в то же время не занимала бы много места. Возможно, стоит использовать модульную систему, которая позволяла бы астронавтам переносить лишь необходимое для текущей задачи оборудование.

Однако хотя Росс и ее отдел в НАСА взбудоражены общей задумкой, которая, возможно, позволит будущим исследователям космоса двигаться более естественно и с меньшими ограничениями, они все же предпочитают иметь дело с уже известной технологией — по крайней мере пока.

«Разработка скафандров с собственным давлением — наша первоочередная и вполне осуществимая задача: мы летаем в них уже сейчас, — заявляет Росс. А вот технология Biosuit Ньюман все еще в разработке. — Если преимущества уже готового скафандра будут перевешивать недостатки, то мы купим его, как только он будет готов».

Нельзя сказать, что технологию механического противодавления нельзя использовать. Ее можно применить в малых масштабах, например, для производства перчаток.

В 2007 году студент из института Пратта Тэд Саузерн для магистерской диссертации принял участие в конкурсе на создание перчатки астронавта. Вместе с российским дизайнером скафандров Николаем Моисеевым они разработали перчатку, которая заняла тогда второе место. За победой в конкурсе последовал и контракт от Хьюстона.

Теперь Саузерн стоит во главе компании Final Frontier Design, которую он основал на призовые $100 000, и считает, что он «мучительно близок» к созданию перчатки для внебортовых работ: она будет легче, эластичнее и удобнее используемой модели. Компания применяет сжатые волокна и маленькие воздушные подушки для распределения давления по поверхности руки («Чулки для руки» — довольно точное описание от журнала Air & Space).

«Решение неидеально, и я хотел бы найти способ лучше, однако на данный момент это единственный рабочий вариант», — заявил Саузерн в сентябре прошлого года.

Почти каждый масштабный фильм о космосе, от «Парни что надо» до «Армагеддона», содержит одну и ту же сцену. Ну вы знаете: кадр из трейлера, где герои в космических скафандрах и ботинках в слоумо большими шагами идут на камеру, а музыка на фоне становится все громче и громче, пока не достигает наивысшей точки. Зал ликует, зрители бьют себя в грудь, кто-то даже роняет скупую слезу. Есть что-то волнующее в том, как астронавт отвечает на зов приключения — возможно, самого главного в его жизни — и если зритель ничего не чувствует в этот момент, скорее всего, он бессердечная скотина.

Скафандры, конечно, выглядят круто, но… можно ли обойтись без крутизны?

Кэтлин Льюис, специалист по истории космоса из Национального музея воздухоплавания и астронавтики, считает скафандры произведениями искусства. Ей нравится каждый из них — и самые ранние, и те, что использовались в космических программах «Меркурий», «Джемини» и «Аполлон», и костюм EMU для МКС.

«Скафандры — сложные механизмы и произведения искусства. На рентгене внутреннее устройство скафандра похоже на машину Голдберга — настолько оно замысловатое и запутанное».

Льюис нравится напоминать людям, что Рассел Колли, создатель высотно-компенсирующего костюма, который позволил пилоту Уайли Посту достичь доселе невозможных высот, изначально учился на дизайнера, «так что глаз у него был наметан». (Позже Колли принял участие в разработке скафандров для проекта «Меркурий». В некрологе 1996 года The New York Times назвала его «Кельвином Кляйном от космонавтики».)

Хотя скафандры разрабатываются в первую очередь для выполнения своей функции, у дизайнеров есть определенная свобода выбора. Поэтому скафандры российских космонавтов так отличаются от скафандров НАСА и Европейского космического агентства. «Все дело в дизайнерском видении», — объясняет Льюис.

Возможно, неслучайно скафандр Biosuit от Давы Ньюман похож на облачение Мстителей. Для инженера и проектировщика эстетика — это «наиболее важный компонент работы», сказала Ньюман журналу Wired в 2014 году.

«На свете нет ничего более захватывающего, чем исследование космоса, — говорила тогда Ньюман. — А геройские скафандры не дадут ослабнуть духовной связи с Землей».

Майкл Лай, профессор промышленного дизайна в Школе дизайна Род-Айленда, лучше других понимает баланс формы и функции. Лай со студентами сконструировал полноразмерную модель космического скафандра, который «члены экипажа» могут носить во время внебортовых работ в рамках земной симуляции миссий на Марсе.

«Функциональность определенно важна, однако в то же время ничто не должно быть лишено красоты», — считает ученый. Не говоря уже о том, что задолго до первых шагов человека по Луне люди исследовали звезды в резиновых костюмах и шлемах, похожих на аквариумы, на обложках низкопробных книжек и журналов.

«Стоит человеку увидеть что-то, как это определяет видение будущего, и я думаю, что красота тоже играет свою роль. Намного легче зацепить человека идеей, если тот считает ее интересной и захватывающей, чем если дело обстоит наоборот».

Действительно, когда «Астронавт Эбби» изучает авиакосмические стартапы вроде Final Frontier (в переводе «Последний рубеж»), в дизайне скафандров ее больше всего поражает то, насколько они ровные и гладкие, «как в научной фантастике».

Хотя она осознает, что внешний вид костюма в дизайне скафандров обычно не особо ценится, Эбигейл считает, что когда количество людей для миссий на Марс начнет увеличиваться, эстетическая сторона будет приобретать все большее значение.

«Весь мир взбудоражен новостями о космосе, так что когда появляются эти блестящие, захватывающие взгляд скафандры, люди обращают на них все свое внимание. Это выводит сопереживание обычных людей на новый уровень, и я надеюсь, что все с радостью поддержат исследование космоса».

Кто знает — может, уже в ближайшем будущем мы увидим, как Эбигейл Харрисон шагает в скафандре по Марсу, поднимая клубы красной пыли, и это вдохновит целое поколение пойти по ее стопам. К тому времени они точно будут знать, что лучше надеть, собираясь на работу мечты.