В настоящее время назревшие проблемы освоения человечеством космического пространства Солнечной системы приобретают повышенную актуальность, о чем свидетельствуют многочисленные публикации в СМИ и в научных изданиях.
Более того, не безосновательно считается, «что слишком много времени уже упущено» и что дальнейшее промедление неминуемо приведет к экологической катастрофе на Земле.Только ускоренное индустриальное освоение космоса с использованием ресурсных запасов космических тел Солнечной системы поможет человечеству предотвратить этот разрушительный кризис и станет надежной основой устойчивого развития его цивилизации. С учетом этих обстоятельств обосновывается необходимость принятия принципиального решения о развертывании космических программ уже «сегодня», чтобы к середине ХХ1 века обеспечить создание «глобальной космической энерго-индустриальной системы» [cм. 1, c.99-100].
Производственное освоение космоса неразрывно связано с созданием мест обитания в нем для постоянного или временного проживания людей, то есть с началом формирования системы их расселения в пространстве Солнечной системы вне Земли. Известны многие проекты расселения людей как на планетах и Луне, так и в искусственных космических сооружениях. Все их можно разделить на два вида по способам образования контингентов поселенцев. Первый способ может быть назван колониальным, второй – экспедиционным. Население поселений первого вида формируется как часть популяции людей, навсегда отделившаяся от общей человеческой популяции; население второго вида в космических поселениях не отделено от общей популяции, а пребывает в космосе временно,как в зкспедициях или командировках, выполняя работы вахтовыми методами.
Оба эти способы имеют существенные недостатки, связанные с влиянием невесомости или пониженной гравитации на состояние биологических систем и их функций в организмах поселенцев. «С физиологической точки зрения состояние невесомости характеризуется отсутствием веса, а стало быть, и изменением механического напряжения структур тела человека. Исчезновение веса ставит физиологические системы в необычные условия функционирования» [2, c.49].
Из всех факторов физико-механического и других видов воздействий (гравитация, температура, влажность, электромагнитные поля и излучения, радиация, химические вещества и др.) на живые организмы гравитация является основным, генеральным фактором, определяющим общий уровень нагрузки на них. Своё главное влияние она оказывает на способы и скорости передвижения животных и человека. «Упрочнение скелета, развитие сложной системы подвижных рычагов, приводимых в действие пучками мышечных волокон, – это прямой ответ организмов на силу тяжести, стремящуюся прижать их к поверхности Земли. Что же касается уровня энергетических затрат, то тут решающая роль принадлежит накоплению в организме гемоглобина и развитию органов его синтеза» [3, c.30]. Гемоглобин, как известно, обеспечивает энергетику организмов животных и человека за счет доставки кислорода от органов дыхания ко всем их тканях и углекислого газа от тканей к дыхательным органам. Результаты медико-биологических исследований людей и животных в условиях космических полетов показывают, что именно те их органы и системы, которые предназначены противостоять гравитации, в условиях невесомости проявляют четкие тенденции к редукции – в крови уменьшается общая масса гемоглобина и количество эритроцитов, умень- шается масса мышц, происходит декальцинация костей и т.п. [см. 2, с.59,119]. Из этого следует, что механическая прочность организмов животных и человека на всех уровнях – от клеток и органов до организмов в целом - и их энергетические потенциалы являются следствием влияния на них гравитации. Комплекс всех антигравитационных свойств организмов(прочность, энергетика и т.п.)целесообразно измерять интегральным показателем их жизнестойкости. Этот показатель можно обозначить символом V. Он измеряется такими же числовыми величинами, что и ускорение силы тяжести. Если, например, организм человека или животного в условиях тяготения Земли ( g = 9,81м/c2 ) имеет показатель V = 9,81, то это свидетельствует о том, что он имеет минимальную жизнестойкость, то есть практически не способен передвигаться. При V менее 9,81 он уже не может существовать в этих гравитационных условиях. Все жизнеспособные организмы в условиях Земли имеют показатель V, значительно превышающий величину 9,81.
В условиях пониженных уровней тяготения, например на Луне, процессы снижения величины показателя V у людей будут так же подвержены уменьшению, как и в невесомости, хотя и в меньшей степени. Поэтому длительное пребывание их в таких условиях будет сопровождаться необратимыми физиологическими процессами. При снижении величины их показателей V до значений меньше 9,81 возвращение их на Землю станет невозможным. Необратимость выхода людей в космос для постоянного проживания в космических сооружениях или на Марсе и Луне достаточно широко отмечается в литературе современными учеными, начиная от Циолковского [cм. 4, c. 59 – 60].
В связи с отмеченными обстоятельствами путь колониального заселения пространства Солнечной системы отделяющимися частями человеческой популяции представляется наименее приемлемым, хотя именно он наиболее активно разрабатывается в США и предусмотрен в космической программе НАСА на перспективу до 2035 года [cм. 2, c.184]. Нецелесообразность данного подхода связана не только с вероятной необратимостью выхода людей в космос, но и с неопределенностью в вопросах выживания колониальных подпопуляций и развития их взаимоотношений как между собой, так и с населением Земли [cм.4, c.56 – 57].
Достаточно длительные периоды пребывания людей в условиях невесомости или пониженной гравитации во время их космических командировок также могут приводить их организмы к значительным адаптационным изменениям в направлении уменьшения величины показателя V. Такие изменения могут создавать серьезные трудности реадаптации их организмов к земным условиям при возвращении на Землю. Поэтому длительность командировок людей для работы на планетах, Луне и различных объектах в космосе будет достаточно жестко ограничена. Это потребует значительного увеличения количества рейсов космических транспортных средств для доставки людей в космос и возвращения их на Землю. Соответственно будут увеличиваться затраты на такие экспедиции, а также техногенная нагрузка на защитные экологические системы Земли (озоновый слой и др.) [cм.5, c.73].
Отмеченные недостатки и колониального, и экспедиционного способов заселения человечеством пространства Солнечной системы имеют принципиальное значение. Это значит, что масштабные проекты освоения космоса, основанные на данных способах, могут оказаться неудачными или привести к катастрофическим последствиям при колоссальных затратах средств и материальных ресурсов, израсходованных на их выполнение.С учетом данных обстоятельств вполне обоснованным является поиск иного подхода к организации заселения космоса, более свободного от недостатков рассмотренных способов. Такой, третий подход, возможен. Более того, он может обеспечить двойную пользу для человечества, обеспечивая минимизацию затрат на освоение космоса и открывая новые перспективы для значительного увеличения продолжительности жизни космических поселенцев. Сущность его заключается в том, что пониженная гравитация на Луне и планетах земной группы может быть использована как «гравитационная льгота» для поселяемых на них таких людей, у которых величина интегрального показателя V уже существенно снижена.Такие показатели появляются у людей при достижении ими преклонного возраста.
Количественно показатель V изменяется в течение всей жизни человека. Внутриутробное развитие плода происходит в условиях, близких к невесомости. Величина его показателя V изменяется в сторону увеличения от нулевого значения. Ко времени рождения ребенка значение этого показателя у него уже превышает величину 9,81. После рождения его органы, противостоящие гравитации, постепенно развиваются и укрепляются. Максимальное значение показателя V, проявляющееся в максимальной работоспособности, силе, выносливости, жизнестойкости, достигается ко времени зрелости организма человека, то есть к 20 – 25 годам, и может составлять 18 – 25 единиц. После этого периода в нем происходят преимущественно инволюционные процессы, при которых значения этого показателя постепенно уменьшаются по причине старения человека. При этом отчетливо проявляется снижение именно тех функций, которые противостоят тяготению. Так, «общее количество мускулатуры у новорожденного составляет 23,8% веса тела, у взрослого мужчины – 43, у женщины – 35,8, а у лиц пожилого возраста – всего 25%» [6,c.78]. В преклонном возрасте у людей развивается старческий остеохондроз, снижающий прочность костных органов. В костях происходит уменьшение процентного содержания кальция и фосфора [там же, с.98 - 100]. После 40 лет проявляется общее уменьшение объёма крови у женщин на 16, а у мужчин на 8%. У стариков снижается количество эритроцитов и гемоглобина, особенно между 60 – 95 годами [6,c.127 - 130].
Приближенные значения показателя V могут быть определены по упрощенной формуле (без коэффициентов, учитывающих возрастные изменения скорости, выносливости, и других показателей физической активности человека): V = P/m, где P = (m + f) g, m – масса тела человека (кг); f – масса груза, который человек способен перенести на расстояние 60 м (кг); g – ускорение силы тяжести на поверхности Земли (g = 9,81 м / сек2 ). Например, для младенца m = 3 кг, f = 0 кг, P = (3 + 0) 9,81 = 29,43кг*м /сек2; V = 29,43/3 = 9,81 м / сек2; для юноши m = 70 кг, f = 50 кг, P = (70 + 50) 9,81 = 1177,2 кг* м / сек2 ; V = 1177,2 / 70 = =16,8 м / сек2 ; для человека преклонного возраста m = 70 кг, f = 10 кг, P = (70 + 10) 9,81 = 784,8 кг* м / сек2 ; V = 784,8 / 70 = =11,2 м / сек2 .
Отмеченная динамика изменения показателя V` у человека достаточно адекватно отображается показательной функцией V` = d*tb *ect при d > 0; 0 < b < 1; c < 0, где t – число лет от рождения человека. Значения параметров d,b,c у каждого человека индивидуальны. На рисунке приведен график функции V` для усредненных (оценочно) значений параметров (d =11; b = 0,3; c = -0,015).
Если постаревшего человека переместить в пространство, в котором гравитация значительно меньше, чем на Земле, то относительная величина его противогравитационного потенциала, определяемая показателем V, станет примерно такой, какой она была в возрасте его зрелости в условиях земного тяготения. При наличии других условий, необходимых для существования человека (соответствующие атмосфера, температура, давление и другие факторы), он получит новую перспективу для активной жизни и деятельности в течение длительного периода, пока в результате продолжающегося старения значение его показателя V не приблизится к новому минимальному пределу относительно уровня уже уменьшенной гравитации. Если данного человека переместить в пространство с еще меньшим уровнем гравитации, то он получит аналогичную новую возможность для продолжения своей жизни и деятельности и т. д. В результате ряда таких перемещений человека в условия с уменьшающимися уровнями гравитации он может достигнуть видового предела продолжительности жизни, который по современным представлениям составляет около 200 лет [см.7, с.64]. В этом и заключается сущность гипотезы «гравитационных льгот».
Из данной гипотезы следует ряд принципиальных положений по организации и реализации начальных этапов заселения пространства Солнечной системы. Основными из них являются следующие.
1.Первые поселения в пространстве Солнечной системы необходимо устраивать на планетах земной группы, в первую очередь на Марсе и Луне, но не в искусственных космических сооружениях.
2.Заселять первые космические поселения должны люди в возрасте от 75 до 85 лет, физическое состояние которых позволит им преодолевать трудности и нагрузки космических полетов.
3.В формируемой системе расселения людей в космосе должна быть сразу предусмотрена возможность последовательного их переселения из поселений с большим уровнем гравитации в поселения с меньшими такими уровнями.
Примером такой системы космических поселений может быть система, состоящая из поселений на Марсе (g = 3,7 м/с2 ), на Луне (g = 1,63 м/с2 ), и на Церере (g = 0,37 м/с2 ). На рисунке приведена последовательность переселения космических поселенцев с Земли на Марс (в 80 лет), затем на Луну (в 140 лет) и на малую планету Цереру (в 175 лет). За счет гравитационных льгот космический переселенец при реализации всех трех переселений получит возможность активно трудиться и жить в течение всей видовой продолжительности жизни Homo sapiens, то есть, примерно, до 200 лет. На рисунке по оси абсцисс размещена шкала времени t в годах от зарождения плода человека (t = 0). На оси ординат размещены две шкалы: g – ускорение гравитационного притяжения (м/с2) и V`– интегральный показатель противогравитационного потенциала организма человека. График изменения V` представлен в соответствии с принятыми выше значениями параметров. Горизонтальные линии g з, gм, gл, и gц отображают уровни гравитационного ускорения на Земле, Марсе, Луне и Церере соответственно.
Одним из первоочередных вопросов, которые должны решаться отдельными государствами или их группами,участвующими в освоении космоса, является вопрос финансового и материально-технического обеспечения космических программ по созданию на космических телах Солнечной системы поселений и производственно-энергетических комплексов. Очевидно, для этих целей могут использоваться бюджетные средства государств и средства частных производственных и финансовых предприятий и организаций. В связи с такими обстоятельствами будет определяться система подбора и комплектования контингентов первых и всех последующих когорт космических поселенцев.
Основную часть поселенцев будут составлять производственные работники – высококвалифицированные рабочие и инженерно-технические специалисты различных профессий (строители, механики, геологи, медицинские работники и другие). Их задачей будет создание на планетах селитебных и производственных инфраструктур и последующая их эксплуатация. Они будут направляться за счет бюджетных ассигнований. Кроме этой категории поселенцев в их составе постепенно будет увеличиваться доля лиц, поселяющихся с ними преимущественно с целью использования гравитационных льгот для обеспечения личного долголетия. Это могут быть как частные инвесторы космических программ, так и другие состоятельные люди, имеющие необходимые финансовые возможности для оплаты всех затрат, связанных с их пребыванием в соответствующих космических поселениях.
Представители как первой, так и второй категории космических поселенцев должны переселяться с Земли в поселения на Марсе в возрасте в среднем от 75 до 85 лет. О реальности и возможности космических полетов физически здоровых людей в таком возрасте свидетельствует успешный полет американского астронавта Джона Гленна, который он совершил в возрасте 76 лет.
Схема распределения «гравитационных льгот» при последовательном переселении человека на Марс, Луну и Цереру. V1, V2, V3 – значения показателя V` у человека во время его переселения с Земли на Марс, с Марса на Луну и с Луны на Цереру.
Кроме того, процессы совершенствования оборудования и оснащения космических аппаратов постоянно снижают неблагоприятные воздействия космических перегрузок на космонавтов [см.2,с.37] и могут сделать их со временем преодолимыми для обычных людей. Космические же перелеты с Марса на Луну и с Луны на малые планеты сопряжены со значительно меньшими космическими перегрузками, чем выход в космос с Земли.
Рассмотренная схема начальных этапов формирования системы расселения людей в пространстве Солнечной системы обеспечит при её реализации сохранение единства человеческой популяции, так как все космические поселенцы будут связаны с жителями Земли живыми родственными связями.Кроме того, она обеспечит возможность полной реализации потенциалов видовой продолжительности жизни людей сначала для небольшой численности космических поселенцев, а в последующем, возможно, и для более широких масс населения Земли, переселяющихся на иные планеты. Наконец, более определенный смысл получит известный афоризм Циолковского: «Планета есть колыбель разума, но нельзя вечно жить в колыбели», так как «разум» (космические поселенцы) будет жить уже вне «колыбели», но сама «колыбель» по-прежнему будет воспроизводить и растить новые поколения Homo sapiens. Установится динамическая система заселения пространства Солнечной системы человечетвом.
Цитированные литературные источники
1.Шевченко В.В. ХХ1 век: проблема внеземных природных ресурсов //Земля и Вселенная, 2005г., №2, с. 92 – 100.
2.Гуровский Н.Н.,Космолинский Ф.П., Мельников Н.Н. Космические путешествия. – М.: Знание, 1982 – 192с.
3.Коржуев П.А. Жизнь и гравитация//Природа,1966г.,№4, с. 29 – 36.
4.Школенко Ю.А. Философия, экология, космонавтика. – М.: Мысль, 1983. – 192с.
5.Миронов С.В. Луна – основа энергетики ХХI века?//Земля и Вселенная, 1997г., с.72 – 77.
6.Михайлова-Лукашова В.Д. Биология старения. – Минск: “Наука и техника”, 1968. – 232с.
7.Бердышев Г.Д. Реальность долголетия и иллюзия бессмертия. – Киев.: Политиздат, 1989г. – 254с.
Вишневский А.С.