Каким образом лучше обеспечить в кабине корабля отважных космонавтов всем необходимым для их жизнедеятельности и работоспособности? Над этой проблемой трудятся ученые самых различных специальностей. Многое уже достигнуто и сейчас. На пресс-конференции, посвященной групповому полету в космос, А. Г. Николаев и П. Р. Попович рассказали, что в кабинах кораблей «Восток-3» и «Восток-4» были отличные условия. Система кондиционирования обеспечивала микроклимат такой же, как на берегу моря: чистый воздух, нормальное атмосферное давление и влажность. Температуру в кабинах космонавты могли регулировать по своему усмотрению. Эти условия обеспечили возможность выполнить обширную программу исследований. Самочувствие космонавтов было отличным в течение всего полета, они полностью сохранили работоспособность. Опыт предыдущих полетов позволил конструкторам и ученым сделать корабли «Восток-3» и «Восток-4» еще более комфортабельными.
Герметическая кабина корабля обеспечивает человека необходимой для жизни воздушной средой с определенным барометрическим давлением, газовым составом, температурой и влажностью, защищает от интенсивных ультрафиолетовых лучей и ионизирующей радиации космического пространства. Предположим, что корпус космического корабля пробьет метеорная частица. Но и тогда человек будет в безопасности. Ведь есть еще скафандр, который представляет собой герметическую кабину в миниатюре. Он имеет свою самостоятельную систему обеспечения космонавта воздухом.
Настойчивые тренировки — залог успешного полета
Если корпус корабля пробит, метеоритом, может ли он продолжать путешествие? Вероятно, к тому времени, когда начнутся дальние полеты, конструкторы придумают такие автоматические приборы, которые быстро найдут образовавшееся в кабине отверстие и накрепко закроют его. Конечно, планируя дальние полеты, ученые будут выбирать такое время и такие трассы, где меньше всего вероятность встречи с потоками метеорных тел.
Чтобы обеспечить космонавта в полете достаточным количеством кислорода, пищ» и воды, существует два принципиально различных пути. Можно взять на борт корабля необходимый запас на весь полет. Для длительного полета это будет составлять такой вес, что современные ракеты не смогут подняться в космос. Второй путь — оборудовать на корабле специальные установки для получения кислорода, пищи и воды. В этом случае будет создан своеобразный кругооборот веществ. Из отходов, выделяемых человеком, можно будет создавать различные вещества, необходимые для его жизни. Этот процесс называется регенерацией.
Таким образам, второй путь является более совершенным, поскольку он приближается к кругообороту веществ, существующему на земле. Естественно, чем продолжительнее полет, тем более оправданным и экономичным будет применение регенерационных методов.
В полетах американских космонавтов использовался первый путь. Запас кислорода, взятого с земли, был рассчитан на полет длительностью немного больше суток. Он поступал в кабину по мере расходования. Углекислота поглощалась химическими веществами.
На советских космических кораблях применяется более совершенная и более надежная система кондиционирования воздуха — регенерационная; она поглощает выделяемые человеком углекислый газ и влагу и в то же время образует необходимое для дыхания количество кислорода. Газовый состав в кабине при этом регулируется специальными автоматами. Если, например, кислорода в воздухе недостаточно, то автоматы увеличивают скорость его образования и, наоборот, уменьшают скорость выделения кислорода, если в кабине его слишком много. Наши космонавты, не в пример американским, свои полеты совершали в условиях полного комфорта.
Существует и третий путь, который подсказывает сама природа и который является самым совершенным. Мы имеем в виду биологический метод регенерации воздуха. Еще в свое время К. Э. Циолковский, весь жар своей большой души отдавший крылатой мечте о покорении космоса, писал: «Как земная атмосфера очищается растениями при помощи Солнца, так может возобновляться и наша искусственная». Растительные организмы активно поглощают углекислоту и образуют достаточное для человека количество кислорода. Кроме того, растения человек употребляет в пищу. Таким образом, на космическом корабле мы полностью повторим процесс, происходящий на земле.
Продукты питания и воду также можно взять с собой в полет, конечно, если он непродолжителен. У Ю. А. Гагарина и Г. С. Титова была специальная пастообразная пища в особых тубах, из которых она выдавливалась прямо в рот. Эта пища содержала все необходимые питательные вещества и достаточное количество воды.
Вполне естественно, несмотря на высокую калорийность, такое питание вряд ли может полностью удовлетворить человека в продолжительном полете. Известно, что полноценная пища должна быть достаточна по объему, содержать грубую клетчатку, быть разнообразной и иметь хорошие вкусовые качества. Поэтому на кораблях «Восток-3» и «Восток-4» для питания космонавтов применялись натуральные продукты. Пища была подобрана в соответствии с индивидуальными вкусами космонавтов и приготовлена в таком виде, чтобы ее удобно было принимать в условиях невесомости.
В длительные полеты с земли невозможно взять достаточный запас пищи и воды. Ведь человек в год потребляет кислорода, пищи и питьевой воды не менее двух тонн. Особенно остро стоит вопрос с водой. Помимо 2,5 литра питьевой воды, каждому из нас ежедневно надо по меньшей мере еще 5 литров для санитарно-гигиенических нужд. Поэтому совершенно неизбежно придется прибегнуть к регенерации — очистке воды, в частности использованию отходов. Человек выделяет в сутки в общей сложности около 2,5 литра воды; ее-то и придется вновь использовать.
Существует много методов очистки воды: дистилляция, вымораживание, возгонка в условиях пониженного давления воздуха и низкой температуры и т. д. Каждый из этих методов имеет свои преимущества и недостатки, определяемые весом, размерами соответствующей установки и расходом энергии, необходимой для ее работы. Тот или иной метод или их комбинация будет, по всей вероятности, выбираться в зависимости от характера полета.
Большие перспективы рулит биологическая система регенерации. Ее можно представить себе так: продукты жизнедеятельности человека предварительно разлагаются особыми микроорганизмами и удобряют почву или жидкую среду, в которой развиваются растения. При этом одновременно разрешается и проблема ассенизации.
Внимание многих ученых мира в последнее время привлекает одноклеточная водоросль — хлорелла. Она необычайно быстро растет, в сутки ее вес увеличивается почти в 10 раз. Хлорелла выделяет много кислорода и содержит все необходимые для человека питательные вещества: белки, жиры и углеводы.
Данные истории нашей планеты говорят о том, что весь кислород околоземной атмосферы образован мощным растительным покровом континентов и многочисленными водорослями, которые в предшествующие геологические эпохи обильно населяли водоемы, где впервые и появилась жизнь. Высказывается даже такое предположение: если завезти на Венеру хлореллу, то она легко приживется там, быстро заполнит водные бассейны и образует столько кислорода, что атмосфера этой заманчивой планеты станет пригодной для земных существ.
Чтобы разнообразить стол космонавтов, ученые предлагают выращивать на корабле различных моллюсков и обитателей зоопланктона, а также некоторые высшие растения, которые будут обеспечивать человека овощами и фруктами. Возможно также придется содержать мелких животных и птиц, например кроликов, кур.
При разработке различных, порой очень сложных схем кругооборота веществ на корабле так называемой замкнутой экологической системы исключительно важное значение имеет точный расчет общего баланса. В самом деле, если в одном из звеньев системы начнет скапливаться избыток какого-либо вещества или обнаружится его недостаток, то в длительном полете это может привести к очень тяжелым последствиям.
Совершенно особая проблема — поддержание нормальной температуры в космическом корабле. Человек непрерывно отдает тепло во внешнюю среду, нагреваются во время работы многочисленные приборы; причем теплообмен между телом космонавта и окружающим его в кабине воздухом очень своеобразен. Мы знаем, что теплый воздух в силу физических законов поднимается вверх, а ему на смену приходит холодный. Так происходит на земле. В условиях невесомости не существует естественной конвекции — перемешивания теплого и холодного воздуха. Слой воздуха, нагревшись от тела космонавта, так и остается лежать неподвижно вокруг него. Поэтому в кабине корабля приходится перемешивать воздух с помощью специальных вентиляторов.