Сейчас в Мурманске

10:23 2 ˚С Погода
18+

Арктика – ступень между Землёй и космосом

Как можно подготовиться к освоению космоса, не покидая Земли.

О науке и культуре Станция конкордия Полярные станции Адаптация в арктике
12 ноября, 2021 | 17:46

Арктика – ступень между Землёй и космосом

Арктический научный центр. Архитектор – Савинова В.А. Источник.


Космос – это суровая экстремальная среда. Холод, радиация, нехватка или полное отсутствие кислорода, неотвратимое воздействие на физиологию и психику космонавтов. Сейчас к подобным условиям можно подготовиться, например, в Центре подготовки космонавтов им. Ю.А. Гагарина. Или отправиться в Антарктиду, где средовые условия схожи и изучаются на ряде научно-исследовательских станций. Или всё же можно не ехать так далеко?

Ведь в нашем полушарии есть зона, занимающая четверть России, где условия столь же экстремальны. Это Арктика. На Северном полюсе так же холодно, содержание кислорода понижено и психологические условия непростые. Там возможно проводить подготовку и получать впечатления о космосе, не выезжая для этого в сложных условиях на Южный полюс.


Станция "Конкордия": космос в Антарктиде

Может возникнуть закономерный вопрос: а существует ли уже что-то подобное? Конкретный опыт целой станции, давно и успешно ведущей большое количество научных изысканий и использующей для этого особенности расположения? Да, это французско-итальянская научно-исследовательская станция "Конкордия" во внутриконтинентальной Антарктиде.


  Научно-исследовательская станция Конкордия. Источник.


Европейское космическое агентство (далее ЕКА) проводит собственные испытания на станции. Отличают её экстремальные условия местоположения, во многом оцениваемые учёными агентства как близкие к космическим. К ним относится нахождение станции на высоте более трёх тысяч метров над уровнем моря, падение температур в среднем до -50°C в год и полярная ночь длительностью четыре месяца – с мая по конец августа. Научные сотрудники, работающие в таком непростом месте, кроме прочего, подвержены гипобарической гипоксии – недостатку кислорода в мозгу – и полной изоляции от внешнего мира в течение девяти месяцев.

Подобные уникальные условия прекрасно подходят для исследований ЕКА. Каждый год они посылают врача для изучения влияния среды на научные команды, поскольку условия пребывания на "Конкордии" очень похожи на происходящее на условной космической базе. Это и низкий уровень кислорода, и длительное отсутствие солнечного света, и невозможность спасения при экстренной ситуации. По словам учёных ЕКА, "Конкордия" является идеальной земной альтернативой для изучения космических проблем и проектирования будущих миссий на другие планеты. Эта станция – своеобразная модель космической базы на Земле, аналоговая среда.

Так что же происходит с приезжающими на станцию и почему специалисты ЕКА сравнивают местные условия с космическими?

Прежде всего, члены будущей экспедиции проходят обучение и знакомятся с обязательными техниками безопасности. Такие учения проводятся за несколько месяцев до отбытия и задают тон для объединения участников экспедиции, во многом как и подготовка астронавтов к космической миссии.

Затем прибывающие на станцию сталкиваются с непривычными условиями: большая высота над уровнем моря, очень холодный и сухой воздух и новые ощущения. Всё это может ошеломить человека. Так что здесь требуется период приспособления к новой среде, как и у астронавтов.

Период антарктической зимы характеризуется в том числе полной изоляцией станции от внешнего мира. То же происходит и на российской станции "Восток" – ближайшем к "Конкордии" объекте. Период этой отрезанности, когда научной экспедиции приходится быть полностью автономной, во многом схож с космическими экспедициями. Например, один только полёт до Марса может занять более шести месяцев и также проходить в условиях изоляции и автономности.

К числу исследований, проводимых на станции, можно отнести изучение последствий пребывания в невесомости и недостатка солнечного света и кислорода.

Эксперименты различны. Это могут быть и простые игры на память, фиксируемые мониторами активности, – они проверяют командную работу. Исследуются изменения моторных навыков, памяти, режима сна и настроения, командная работа. Сооружение скалодрома и планирование праздников помогли экспедиции 2018-го года справиться со сложными условиями. Примечательно, что история "досуга в полярную ночь" берёт своё начало с самых первых зимовок на континенте, о чём свидетельствуют дневники Карстена Борхгревинка и Роберта Скотта. Но возможны и более сложные занятия, например, на симуляторах "Союз". Участники делятся на две группы, которые по очереди "пилотируют" и "стыкуют" космический корабль на протяжении всей экспедиции. Это необходимо для проверки когнитивных и двигательных навыков. В исследовании измеряются снижение моторики и времени реакции, вызванное длительной изоляцией и кислородным голоданием. Проводятся и эксперименты с искусственным интеллектом: изучение способности компьютеров анализировать разговорный язык для создания автоматических и беспристрастных оценок настроения.


  Эксперименты на симуляторе "Союз". Источник.


Кроме того, научные сотрудники регулярно сдают анализы. Это важно для изучения реакции иммунной системы на изоляцию. Образцы крови, мочи и слюны сравниваются со стресс-тестами для понимания, как стресс влияет на иммунную систему. Подобные исследования проводятся и на Международной космической станции.


В чём сходство Арктики с космосом?

Можно сказать, что уже сейчас "Конкордия" – ступень между Землёй и космосом. Единственный минус – она очень далеко, в Антарктиде. Именно поэтому важно присмотреться к Арктике, российскому Заполярью, с весьма схожими экстремальными условиями. Стоит рассмотреть их подробно:

●       Содержание кислорода. Относительное содержание кислорода в арктической атмосфере на 4% ниже, чем в привычном большинству умеренном климате. Такие показатели влияют на неподготовленный организм. Одним из следствий является гиподинамия. Возникает она и у космических экспедиций, равно как и общее снижение тонуса мышц в результате невесомости и иных показателей силы тяжести. И решение этих проблем как в космосе, так и в Арктике одинаково. Это дополнительные физические нагрузки в спортивных залах или просто прогулки по коридорам специально спланированной для этого станции.

●       Социальная изоляция. Несмотря на то, что в Арктике проживают примерно два миллиона человек, плотность населения здесь очень низкая: 0,1–0,2 чел. на 1 км2. И если в городах социальное разнообразие ещё возможно, то небольшие поселения и особенно отдалённые научно-исследовательские станции характеризуются социальной изоляцией. Полярники и учёные, равно как и космонавты, в длительных экспедициях живут небольшими группами, долго не могут сменить обстановку и оторваны от привычного круга общения.

●       Сенсорная депривация и недостаточная стимуляция мозга. Влияние условий изоляции и постоянного пребывания в одном замкнутом месте – как на арктической научно-исследовательской станции, так и на космическом корабле или внеземной базе – не пройдут для участников экспедиции бесследно. Длительное нахождение в закрытом пространстве ведёт к сенсорной депривации, отсутствию новых впечатлений и информации – стимулов для мозга. Дополнительно этому способствует и однообразный ландшафт, а отдалённая заснеженная Арктика – одноцветная пустыня без ярких акцентов, как Луна и Марс.

●       Нехватка естественного освещения в полярную ночь – обыденность для Арктики. Солнце может скрываться как на несколько дней, так и на месяцы, не говоря про периоды его краткосрочного нахождения над горизонтом. То же верно и для космических и внеземных экспедиций: на них не будет окон, так как найти достаточно прочный, ограждающий от радиации, но в то же время прозрачный материал – трудная и в настоящее время нерешаемая задача.

●       Холод. Не секрет, что в Арктике действительно холодно. Отрицательные среднегодовые значения температуры, как и рекорды минусовой температуры зимой, здесь не редкость. Происходит это из-за особенностей географического положения региона, низких и неравномерных значений солнечной радиации, больших расходов тепла на таяние льдов и снега и значительных зимних выхолаживаний. Несомненно одно: космическая и внеземная температура будет значительно отличаться от земной. Возможны и экстремально низкие, и очень высокие показатели. Например, на Луне температура в течение суток колеблется от -170оС ночью до +130оС днём. И это не говоря о радиации. Как следствие, и в Арктике, и в космических пространствах человеку необходима тщательная экипировка перед выходом в экстремальную среду.

●       Проблема с ресурсами и рационом. И Арктика, и космос – не лучшее место для свежей пищи. Причины различны: в Арктике правят бал вечная мерзлота и низкая солнечная активность, а любые пространства вне Земли очевидно непригодны для производства исключительно земной пищи. Никакой свежей зелени, а ведь она очень важна, особенно для тех, кто испытывает серьёзные нагрузки. Что же делать? Решение здесь простое: оранжереи, позволяющие вырастить зелень и овощи без грунта и даже естественного освещения.

●       Схожие условия по ограниченности ресурсов и добыче их альтернативными методами. Классическая энергия есть там, где её давно добывают проверенными методами в подходящих условиях. В Арктике с энергией, особенно в отдалённых местах, маленьких поселениях и на научно-исследовательских станциях, дела обстоят плохо. Чаще всего для получения электроэнергии используют дизель, а вода, если её нет на месте, привозится с "материка". Для космоса это тоже будет верным, ведь никто не ждёт там экспедиции с готовой ТЭЦ и скважинами. Необходимо будет открывать новые альтернативные источники получения ресурсов, и в этом Арктика и космос снова схожи.


Как может выглядеть "космос на Земле"?

Итак, даже в пределах России можно найти космос на Земле. Что делать дальше? Ответ в арктической архитектуре. Что она точно может предложить, так это создание новых научно-исследовательских станций на территории российской Арктики, в том числе и для проведения космических испытаний в максимально приближенной к космосу земной среде. Будет открыта возможность проводить испытания прямо на территории России. Отличная перспектива для наследницы космических достижений СССР и члена Арктического совета!

Площадкой для этих исследований станет научный центр. Передовой центр разработки новых космических решений, включающий всё необходимое для тренировки космонавтов и наблюдения за состоянием их здоровья. Хорошим примером подобных научных сооружений являются уже существующие здания, например, Canadian High Arctic Research Station (Канада, Нунавут), Svalbard Science Centre (Норвегия, Шпицберген).


 Canadian High Arctic Research Station (Канадская высокоширотная исследовательская станция). Источник.



  Svalbard Science Centre (Научный центр Шпицбергена). Источник.


Отличать экстерьер такого научного центра будет ряд особенностей, характерных для арктической архитектуры. Это, например, свайный фундамент с системой опор над землёй, сложный аэродинамический объём, расположение окон под углами. Но важно учитывать и внутреннюю организацию здания. Она должна, с одной стороны, позволять проводить соответствующие исследования, но, с другой стороны, быть достаточно комфортным местом. Очень важно, чтобы такой центр не просто обеспечивал космические условия, но и контролировал их. Чтобы это было не нырком с задержкой воздуха, а комфортным исследованием, завершив которое, можно вернуться в свою уютную каюту. И в ней об Арктике будет напоминать только то, что полярник сам решит оставить, – будь то пейзаж за окном или мрак полярной ночи.

  
     Интерьер научного центра. Архитектор Савинова В.А. Источник.

 

Что уже сейчас можно сказать, например, об общественной зоне, достаточно важной для такого центра? Прежде всего, это будет не одна, но много небольших зон, исключающих монотонность, зажатость и однообразие. Отличать их будут прежде всего растения. Очевидный плюс включения зеленых зон в любой арктический интерьер обусловлен двумя факторами. Первый: новизна. В однообразном, большую часть времени заснеженном серо-белом арктическом ландшафте яркие зелёные листья тропических растений неожиданны. Второй: благотворное влияние зелёного цвета на психику. Однако нужны и другие, не только зелёные цветовые акценты. Умеренное включение стимулирующих теплых цветов (красный, оранжевый, жёлтый) также будет иметь благотворное влияние. Важным аспектом таких зон станет и вариативность их использования: они могут быть как местом уединения, так и местом для общения.


  Интерьер научной станции. Архитектор Савинова В.А. Личный архив автора.


Подытожить можно следующим: исследования на благо освоения космоса и постижения неизведанного проводятся не только за пределами планеты. Используя средства современной арктической архитектуры, возможно уже сейчас создать инновационный российский центр по изучению приближенной к космосу среды и её влияния на человеческий организм. Пока человечеству недоступны внеземные одиссеи, есть смысл максимально подготовиться к ним здесь, на Земле.


Автор: Савинова Валерия Анатольевна, аспирант заочного отделения аспирантуры Московского архитектурного института.

 



далее в рубрике