Как готовят космонавтов к полёту на Марс

Ученые из Института медико-биологических проблем РАН и итальянские медики запускают масштабный проект по имитации полетов в космос. В его рамках они выяснят, как нарушения сна и изоляция влияют на здоровье и психику космонавтов и подберут ключи к путешествию за пределы орбиты Земли, одним из которых может быть оливковое масло и содержащийся в нем мощный антидепрессант.

В этот понедельник в стенах московского Института медико-биологических проблем РАН, заведующего обследованием и подготовкой космонавтов перед их отправкой на орбиту, прошла встреча между ведущими отечественными учеными, их итальянскими коллегами и представителями итальянской промышленности.

Итальянская сторона, как рассказал на встрече господин Пьетро Фре (Pietro Fre), специалист в области теоретической физики и представитель посольства Италии по вопросам науки в России, готова радикально расширить сотрудничество с ИМБП в научно-космической сфере.

По его словам, ряд ведущих институтов из северных регионов Италии готов  вложить около 40 миллионов евро в изоляционные эксперименты, которые институт будет проводить в ближайшие годы в уникальном модуле проекта “Марс-500”, и привлечь к участию в них представителей итальянской промышленности, примерно пять десятков  которых присутствовало на встрече в Москве.

До этого, как подчеркнул представитель посольства, сотрудничество уже существовало, однако оно было связано с отбором кандидатов в астронавты и подготовкой итальянских членов экипажа МКС к отправке в космос.

“За орбиту Земли”

“Данные 40 миллионов евро – это деньги, которые наши партнеры в лице правительства Тосканы готовы выделить на совместную с нами работу. Все фирмы, которые участвуют  в нашей текущей дискуссии, объединены в консорциум, который будет распоряжаться этими средствами. То, какая часть этих средств будет вложена в развитие базы, еще предстоит определить в ходе переговоров”, — пояснил Олег Орлов, директор Института медико-биологических проблем РАН.

По словам Орлова, основной целью данного совместного проекта является подготовка к длительным миссиям за пределы орбиты Земли и оценка того, как может поменяться работа организма и психики космонавтов и какие угрозы для их здоровья следует в первую очередь ликвидировать. Как отметил директор, на текущий момент сотрудничество с итальянскими учеными будет проходить только в изоляционных исследованиях и не будет касаться опытов на биоспутниках и прочих проектах ИМБП.

В рамках этого сотрудничества, как рассказал Марк Белаковский, Институт планирует провести как минимум три изоляционных эксперимента, в проведении и работе которых будут принимать участие итальянские ученые и добровольцы. По его словам, успех и опыт “Луны-2015”, уникального изоляционного эксперимента с женским экипажем, побудил руководство ИМБП проводить подобные опыты в “смешанном” формате – в каждой команде будет присутствовать как минимум две девушки.

Первые два эксперимента, которые будут проведены в 2017 и 2018 годах, будут носить пилотный характер – экипажи “марсианской базы” ИМБП проживут в ней две недели в этом году, и три недели – в следующем. В последующие годы будет проведена более масштабная имитация космического полета и жизни на марсианской базе, которая продлится как минимум восемь месяцев.

Это не первый такой пример сотрудничества российских “космических медиков” с зарубежными учеными – в декабре 2016 года ИМБП подписал соглашение с НАСА о проведении совместных экспериментов в этой области, и ряд других стран, в том числе и Япония, уже говорили о возможности присоединения к подобным проектам.

“Сейчас мы обсуждаем нашу совместную программу с американскими коллегами, и нас ожидает непростой момент – нам нужно синхронизировать все наши международные проекты так, чтобы они не мешали друг другу и помогали друг другу. Мы будем работать со всеми зарубежными партнерами так, чтобы все их проекты с нами взаимодополняли друг друга”, — пояснил Олег Орлов.

По его мнению, со стороны России не должно быть никаких политических проблем для сотрудничества – если они и возникнут, то они появятся на американской или итальянской стороне и будут, как выразился директор, “проблемой наших партнеров”. Как считает Орлов, изменения в администрации НАСА не повлияют на долгосрочное сотрудничество ИМБП и НАСА, так как это сотрудничество идет через каналы, связанные с обеспечением работы МКС, не прекращавшие работу даже в самые напряженные эпизоды российско-американских отношений при Бараке Обаме.

Четыре стороны космоса

Как рассказал представитель “научной” части итальянской делегации, профессор Анджело Джеминьяни (Angelo Gemignani) из университета Пизы, российские и итальянские медики попытаются решить четыре главных задачи в рамках этих экспериментов. Первая и последняя задачи тесно взаимосвязаны – в их рамках ученые выяснят, как изоляция и нарушения биоритмов влияют на качество сна человека, и как особенности диеты, в свою очередь, влияют на сон и циркадные ритмы.

По словам итальянского профессора, его исследования, проведенные в последние годы на добровольцах, в том числе и на экипаже “Марса-500”, показывают, что нарушения в качестве сна вызывают массу изменений в работе мозга, психике и гормональной системе человека, большинство из которых являются негативными и которые ведут к понижению в скорости реакции и снижению в уровне IQ.

О проблемах со сном часто говорят сами космонавты и астронавты. К примеру, в прошлом году Скотт Келли (Scott Kelly), командир экипажа МКС, рассказывал о том, что ему крайне сложно заснуть в невесомости, что удается сделать только в том случае, если принять “позу мумии” и заткнуть уши ватой. Кроме того, он говорил о “безумных” снах, которые снятся ему на борту станции. Сначала эти сны, как рассказывал астронавт, касались Земли, однако со временем ему все больше и больше снился космос.

Как считает Джеминьяни, часть этих изменений в качестве сна может быть связана с диетой и тем, как она влияет на микробов в нашем кишечнике. В последние годы, рассказывает итальянский ученый, биологи нашли множество свидетельств того, что микробы могут манипулировать нашим поведением, в том числе и качеством сна, меняя уровень гормонов, связанных с ним – серотонина и мелатонина. Кроме того, меняется уровень клеточного стресса и гормонов, связанных с ним, что тоже может негативно влиять на организм.

Все это, как показывают наблюдения за работой мозга добровольцев, нарушают работу мозговых волн во время сна, результатом чего могут быть провалы в памяти и нарушения в ее работе, на которые часто жалуются астронавты.

Часть этих изменений, как показывают эксперименты Джеминьяни на мышах, можно ликвидировать, используя особые молекулы, похожие на серотонин, которые содержатся в большом количестве в двух растительных продуктах – в конопле и в оливковом масле.

Данную идею итальянские ученые планируют проверить в экспериментах вместе с российскими коллегами, используя разработанные ими “средиземноморские” диеты для астронавтов. Для наблюдений за здоровьем добровольцев итальянские ученые разработали специальную систему “мобильной” магнитно-резонансной томографии и набор гормональных тестов, для которых нужна лишь капля крови.

Кроме того, итальянские биологи планируют проверить необычную систему стимуляции мозга при помощи магнитных полей для того, чтобы усиливать мозговые волны во время сна, что будет помогать членам экипажа быстрее засыпать и не испытывать проблемы с памятью.

Его российский коллега Александр Суворов, научный руководитель проекта “Марс-500” и одна из ведущих фигур в сотрудничестве с Италией, считает, что пока сложно делать определенные выводы по тому, понижает ли жизнь в космосе уровень интеллекта и то, как он влияет на сон человека.

“Спят космонавты по-разному. Как, наверное, и все остальное, сон у каждого космонавта индивидуален – у кого-то он нарушается, а у кого-то нет. Возникает вопрос – как мы можем помочь космонавтам? И здесь наибольшее значение имеет нормализация и упорядочивание режима труда и распорядка дня. В космосе нередко возникают стрессовые ситуации, которые и вызывают эти нарушения. Поэтому наилучшим решением этой проблемы была бы минимизация источников стресса”, — рассказывает ученый.

По его словам, ИМБП активно изучает эту проблему и сегодня, на борту МКС, и планирует делать это в будущем в рамках изоляционных экспериментов. По мнению Суворова, новые инструменты итальянских ученых помогут продвинуться в ее решении на Земле, а на борту МКС опыты будут продолжены совместно с немецкими учеными из космического агентства Германии DLR.

“В принципе, я  вообще бы не стал говорить о том, что длительная жизнь в космосе приводит к снижению в уровне интеллекта. Есть определенные данные, что полеты в космос влияют на здоровье человека, но эффекты могут быть разными. Есть замечательный пример – Валерий Поляков прожил в космосе 438 суток, Геннадий Падалка провел  в космосе свыше 800 суток, и ни у кого язык не повернется говорить о том, что они стали хуже ориентироваться в окружающем мире после полета в космос, чем остальные люди”, — продолжает Суворов.

По его словам, пока ученые накопили слишком мало статистики для того, чтобы делать однозначные выводы по тому, как космос влияет на интеллект человека. Поэтому он считает подобные заявления “спекуляциями, основанными на единичных случаях”, которые не приближают нас к правильному ответу на этот вопрос.

Марсианский лунапарк

Помимо вопросов психологии космонавтов и астронавтов, и того, как на их жизнь влияет диета, российские и итальянские ученые детально проработают вопросы обеспечения жизни человека на лунной и марсианской базе, которые так же частично затрагивают психологические аспекты жизни в космосе.

В частности, итальянские промышленные компании, чьи представители были на этой встрече, заявили о готовности создать специальные системы очистки воздуха от неприятных запахов, спор бактерий и прочих “отходов жизнедеятельности” на базе наночастиц из титана, серебра и нитрида титана. Подобные системы будут полностью автономными и возобновляемыми – для очистки их достаточно просветить ярким солнечным светом.

Ряд IT-компаний и производитель микропроцессоров STMicro выразили готовность создать ряд устройств, которые облегчат медицинские замеры и позволят ученым следить за движением и активностью участников экспериментов в режиме реального времени, часть из которых будет создаваться при содействии российских инженеров. Вдобавок к этому, итальянские программисты разрабатывают системы виртуальной реальности, которые помогут будущим путешественникам к Луне или к Марсу отвлечься от бездонных черных глубин космоса и на некоторое время вернуться назад на Землю.

Результатом всех этих исследований, как надеются их участники, станет улучшение наших представлений о том, какие опасности будут угрожать космонавтам и астронавтам при полете на Марс и Луну, и как с ними можно будет бороться.

“Создание лунной базы – одна из программ, которая стала одной из главных целей для всех нас уже более 20 лет назад, задолго до того, как о ней начали говорить политики и вице-премьер Рогозин. У нас в Институте первые эксперименты по годовой изоляции были проведены еще в 60 годах прошлого века. Для реализации этой задачи нужно решить еще целый комплекс факторов, один из которых – психологию – мы будем изучать в наших будущих экспериментах”, — рассказывает Суворов.

По его словам, одной из самых интересных задач, которые будут решать ученые в ближайшие годы – изучение того, как жизнь в смешанном экипаже, где будут и мужчины, и женщины, повлияет на его функционирование. С другой стороны, есть целый ряд потенциальных “космических” проблем, как признает ученый, которые еще только начали затрагиваться наукой.

“Есть и факторы, которые мы только начали изучать – к примеру, гипомагнитное воздействие. И на Марсе, и на Луне, и на астероидах совершенно другое магнитное поле. Есть первые эксперименты, которые дают крайне настораживающие результаты, указывающие на негативное воздействие отсутствия магнитного поля на психику человека. Это еще предстоит изучить, но это очень долгий и дорогой вопрос. Есть и еще совершенно нерешенный вопрос радиации на Луне, который придется как-то изучать и обходить”, —заключает биолог.