Межпланетные перелеты

ГРИЗОНТ
в_о_з_м_о_ж_н_о_г_о______________________________________

Статья взята на сайте zhurnal.lib.ru . В процессе верстки исправлены регистры чисел и опечатки в формулах. Приведены в читаемый вид таблицы.

Иван Александрович Корзников
Реальности межзвездных полетов

Люди уже давно мечтают о полетах через космическое пространство к другим звездам, о путешествиях по другим мирам и встречах с неземным разумом. Фантасты исписали горы бумаги, пытаясь представить, как это будет происходить, они выдумали разнообразную технику, способную осуществить эти мечты. Но пока это только фантазии. Попробуем представить, как такой полет может выглядеть в реальности.
Расстояния между звездами так велики, что свет от одной звезды до другой распространяется годами, а он движется с очень большой скоростью с=299 793 458 м/с. Для измерения этих расстояний астрономы используют специальную единицу — световой год, она равна расстоянию которое проходит свет за 1 год: 1 св. год = 9.46·1015 метров (это примерно в 600 раз больше размеров солнечной системы). Астрономы подсчитали, что в сфере радиусом 21.2 световых лет вкруг Солнца имеется 100 звёзд, входящих в 72 звездные системы (двойные, тройные и т.д. системы близких звезд). Отсюда легко найти, что на одну звездную систему в среднем приходится объем пространства 539 кубических световых лет, а среднее расстояние между звездными системами составляет примерно 8.13 световых лет. Реальное расстояние может быть и меньше — так, до ближайшей к Солнцу звезды Проксима Центавра 4.35 св. л, но в любом случае межзвездный перелет представляет собой преодоление расстояния по крайней мере в несколько световых лет. А это значит, что скорость звездолета должна быть не меньше, чем 0.1с — тогда перелет займет несколько десятков лет и может быть осуществлен одним поколением астронавтов.
Таким образом, скорость звездолета должна быть больше 30 000 км/с. Для земной техники это пока недостижимая величина — мы едва освоили скорости в тысячу раз меньше. Но допустим, что все технические проблемы решены, и наш звездолет имеет двигатель (фотонный или какой угодно другой), способный разогнать космический корабль до таких скоростей. Нас не интересуют детали его устройства и функционирования, для нас здесь важно только одно обстоятельство: современная наука знает только один способ разгона в космическом пространстве — реактивное движение, которое основано на выполнении закона сохранения импульса системы тел. И важно здесь то, что при таком движении звездолет (и любое другое тело) именно перемещается в пространстве, физически взаимодействуя со всем, что в нем находится.
Фантасты в своих фантазиях придумали разнообразные «гиперпространственные скачки» и «субпространственные переходы» от одной точки пространства до другой, минуя промежуточные области пространства, но все это, по представлениям современной науки, не имеет никаких шансов на осуществление в реальности. Современная наука твердо установила, что в природе выполняются определенные законы сохранения: закон сохранения импульса, энергии, заряда и т. д. А при «гиперпространственном скачке» получается, что в некоторой области пространства энергия, импульс и заряды физического тела просто исчезают, то есть эти законы не выполняются. С точки зрения современной науки это значит, что такой процесс не может быть осуществлен. Да и главное — непонятно, что это вообще такое, это «гиперпространство» или «субпространство», попав в которое, физическое тело перестает взаимодействовать с телами в реальном пространстве. В реальном мире существует лишь то, что себя проявляет во взаимодействии с другими телами (собственно, пространство и есть отношение существующих тел), и это значит, что такое тело фактически перестанет существовать — со всеми вытекающими последствиями. Так что все это — бесплодные фантазии, которые не могут быть предметом серьезного обсуждения.
Итак, допустим, что имеющийся реактивный двигатель разогнал звездолет до необходимой нам субсветовой скорости, и он с этой скоростью перемещается в космическом пространстве от одной звезды к другой. Некоторые аспекты такого полета уже давно обсуждаются учеными (, ), но они рассматривают в основном различные релятивистские эффекты такого движения, не обращая внимания на другие существенные аспекты межзвездного полета. А реальность такова, что космическое пространство — не абсолютная пустота, оно представляет собой физическую среду, которую принято называть межзвездной средой. В ней есть атомы, молекулы, пылинки и другие физические тела. И со всеми этими телами звездолету придется физически взаимодействовать, что при движении с такими скоростями превращается в проблему. Рассмотрим эту проблему подробнее.
Астрономы, наблюдая радиоизлучение из космической среды и прохождение через нее света нашли, что в космическом пространстве имеются атомы и молекулы газов: в основном это атомы водорода Н, молекулы водорода Н2 (их по количеству примерно столько же, как и атомов Н), атомы гелия Не (их в 6 раз меньше, чем атомов Н), и атомы других элементов (больше всего углерода С, кислорода О и азота N), которые в сумме составляют около 1% всех атомов. Обнаружены даже такие сложные молекулы, как СО2 , СН4 , НСN , Н2О , NH3 , НСООН и другие, но в мизерных количествах (их в миллиарды раз меньше, чем атомов Н). Концентрация межзвездного газа очень мала и составляет (вдали от газопылевых облаков) в среднем 0,5-0,7 атомов на 1 см3 .
Понятно, что при движении звездолета в такой среде этот межзвездный газ будет оказывать сопротивление, тормозя звездолет и разрушая его оболочки. Поэтому было предложено обратить вред в пользу и создать прямоточный реактивный двигатель, который, собирая межзвездный газ (а он на 94% состоит из водорода) и аннигилируя его с запасами антивещества на борту, получал бы таким образом энергию для движения звездолета. По проекту авторов впереди звездолета должен находиться ионизирующий источник (создающий электронный или фотонный луч, ионизирующий налетающие атомы) и магнитная катушка, фокусирующая получившиеся протоны к оси звездолета, где они используются для создания фотонной реактивной струи.
К сожалению, при детальном рассмотрении оказывается, что этот проект неосуществим. Прежде всего, ионизирующий луч не может быть электронным (как настаивают авторы) по той простой причине, что звездолет, испускающий электроны, сам будет заряжаться положительным зарядом, и рано или поздно поля, создаваемые этим зарядом, нарушат работу систем звездолета. Если же использовать фотонный луч, то тогда (впрочем, как и для электронного луча) дело упирается в маленькое сечение фотоионизации атомов. Проблема в том, что вероятность ионизации атома фотоном очень мала (поэтому воздух не ионизируется мощными лучами лазеров). Количественно она выражается сечением ионизации, которое численно равно отношению числа ионизированных атомов к плотности потока фотонов (числу налетевших фотонов на 1 см2 за секунду). Фотоионизация атомов водорода начинается при энергии фотонов 13.6 электронвольт=2.18·10-18 Дж (длина волны 91.2 нм), и при этой энергии сечение фотоионизации максимально и равно 6.3·10-18 см2 (,стр.410). Это значит, что для ионизации одного атома водорода требуется в среднем 1.6·1017 фотонов на см2 за секунду. Поэтому мощность такого ионизирующего луча должна быть гигантской: если звездолет движется со скоростью v то за 1 секунду на 1 см2 его поверхности налетает rv встречных атомов, где r — концентрация атомов, что в нашем случае околосветового движения составит величину порядка rv=0.7·3·1010 =2·1010 атомов в секунду на 1см2. Значит, поток ионизирующих фотонов должен быть не меньше n=2·1010 / 6.3·10-18 =3·1027 1/см2·с. Энергия, которую несет такой поток фотонов будет равна е=2.18·10-18·3·1027=6,5·109 Дж/см2 ·с.
К тому же, кроме атомов водорода, на звездолет будет налетать столько же молекул Н2, а их ионизация происходит при энергии фотонов 15.4 эв (длина волны 80.4 нм). Это потребует увеличения мощности потока примерно в два раза, и полная мощность потока должна быть е=1.3·1010 Дж/см2. Для сравнения можно указать, что поток энергии фотонов на поверхности Солнца равен 6.2·103 Дж/см2·с, то есть звездолет должен светить в два миллиона раз ярче Солнца.
Поскольку энергия и импульс фотона связаны соотношением Е=рс, то этот поток фотонов будет иметь импульс р=еS/с где S — площадь массозаборника (порядка 1000 м2), что составит 1.3·1010 ·107 / 3·108 =4.3·108 Кг·м/с, и этот импульс направлен против скорости и тормозит звездолет. Фактически получается, что впереди звездолета стоит фотонный двигатель и толкает его в обратном направлении — ясно, что такой тяни-толкай далеко не улетит.
Таким образом, ионизация налетающих частиц слишком накладна, а другого способа концентрации межзвездных газов современная наука не знает. Но даже если такой способ будет найден, то прямоточный двигатель все равно себя не оправдает: еще Зенгер показал (,стр.112), что величина тяги прямоточного фотонно-реактивного двигателя ничтожна и он не может быть использован для разгона ракеты с высоким ускорением. Действительно, полный приток массы набегающих частиц (в основном атомов и молекул водорода) составит dm=3mpSrv=3·1.67·10-27·107· 2·1010=10-9 Кг/с. При аннигиляции эта масса будет выделять максимум W=mc2= 9·107 Дж/с, и если вся эта энергия уйдет на формирование фотонной реактивной струи, то прирост импульса звездолета за секунду будет составлять dр=W/c=9·107/3·108=0.3 Кг·м/с, что соответствует тяге в 0.3 ньютона. Примерно с такой силой давит на землю маленькая мышка, и получается, что гора родила мышь. Поэтому конструирование прямоточных двигателей для межзвездных полетов не имеет смысла.
Из сказанного следует, что отклонить налетающие частицы межзвездной среды не получится, и звездолету придется принимать их своим корпусом. Это приводит к некоторым требованиям к конструкции звездолета: впереди него должен находиться экран (например, в виде конической крышки), который будет защищать основной корпус от воздействия космических частиц и излучений. А за экраном должен находиться радиатор, отводящий тепло от экрана (и одновременно служащий вторичным экраном), прикрепленный к основному корпусу звездолета термоизолирующими балками. Необходимость такой конструкции объясняется тем, что налетающие атомы имеют большую кинетическую энергию, они будут глубоко внедряться в экран и, тормозясь в нем, рассеивать эту энергию в виде теплоты. Например, при скорости полета 0,75с энергия протона водорода будет примерно 500 Мэв — в единицах ядерной физики, что соответствует 8·10-11 Дж. Он будет внедряться в экран на глубину нескольких миллиметров и передаст эту энергию колебаниям атомов экрана. А таких частиц будет налетать около 2·1010 атомов и столько же молекул водорода в секунду на 1 см2 ,то есть каждую секунду на 1 см2 поверхности экрана будет поступать 4.8 Дж энергии, переходящей в теплоту. А проблема в том, что в космосе отводить эту теплоту можно только путем излучения электромагнитных волн в окружающее пространство (воздуха и воды там нет). Это значит, что экран будет нагреваться до тех пор, пока его тепловое электромагнитное излучение не сравняется с поступающей от налетающих частиц мощностью. Тепловое излучение телом электромагнитной энергии определяется законом Стефана-Больцмана, согласно которому энергия, излучаемая за секунду с 1 см2 поверхности равна q=sТ4 где s =5.67·10-12 Дж/см2К4 -постоянная Стефана, а Т — температура поверхности тела. Условием установления равновесия будет sТ4=Q где Q — поступающая мощность, то есть температура экрана будет Т=(Q/s)1/4 . Подставляя в эту формулу соответствующие значения, найдем, что экран будет нагреваться до температуры 959оК = 686оС. Понятно, что при больших скоростях эта температура будет еще выше. Это значит, например, что экран нельзя делать из алюминия (его температура плавления всего 660оС), и его нужно термоизолировать от основного корпуса звездолета — иначе будут недопустимо греться жилые отсеки. А для облегчения теплового режима экрана к нему необходимо присоединить радиатор с большой поверхностью излучения (можно из алюминия), например в виде клеточной системы продольных и поперечных ребер, при этом поперечные ребра будут одновременно выполнять функцию вторичных экранов, защищая жилые отсеки от осколков и тормозного излучения попадающих в экран частиц и т.п.
Но защита от атомов и молекул — не главная проблема межзвездного полета. Астрономы, наблюдая поглощение света от звезд, установили, что в межзвездном пространстве имеется значительное количество пыли. Такие частицы, сильно рассеивающие и поглощающие свет, имеют размеры 0.1-1 микрон и массу порядка 10-13 г, а их концентрация много меньше концентрации атомов и равна примерно r=10-12 1/см3 Судя по их плотности (1 г/см3) и показателю преломления (n=1.3) они представляют собой в основном снежные комочки, состоящие из смерзшихся космических газов (водорода, воды, метана, аммиака) с примесью твердых углеродных и металлических частичек. Видимо, именно из них образуются ядра комет, имеющие такой же состав. И хотя это должны быть довольно рыхлые образования, при околосветовых скоростях они могут нанести большой вред.
При таких скоростях начинают сильно проявляться релятивистские эффекты, и кинетическая энергия тела в релятивистской области определяется выражением

Как видно, энергия тела резко растет с приближением v к скорости света c: Так, при скорости 0.7с пылинка с m=10-13 г имеет кинетическую энергию 3.59 Дж (см. Таблицу 1) и попадание ее в экран эквивалентно взрыву в нем примерно 1 мг тротила. При скорости 0.99с эта пылинка будет иметь энергию 54.7 Дж, что сравнимо с энергией пули, выпущенной из пистолета Макарова (80 Дж). При таких скоростях получится, что каждый квадратный сантиметр поверхности экрана непрерывно обстреливается пулями (причем разрывными) с частотой 12 выстрелов в минуту. Ясно, что никакой экран не выдержит такого воздействия на протяжении нескольких лет полета.

Таблица 1 Энергетические соотношения

v/c 1/(1-v2/c2)1/2 Ep K T
0.1 1.005 4.73 4.53·1014 1,09·105
0.2 1.020 19.35 1.85·1015 4,45·105
0.3 1.048 45.31 4.34·1015 1,04·106
0.4 1.091 85.47 8.19·1015 1,97·106
0.5 1.155 145.2 1.39·1016 3,34·106
0.6 1.25 234.6 2.25·1016 5,40·106
0.7 1.40 375.6 3.59·1016 8,65·106
0.8 1.667 625.6 5.99·1016 1,44·107
0.9 2.294 1214 1.16·1017 2,79·107
0.99 7.089 5713 5.47·1017 1,31·108
0.999 22.37 20049 1.92·1018 4,62·108

Обозначения: Ер — кинетическая энергия протона в Мэв К — кинетическая энергия 1 Кг вещества в Дж Т — тротиловый эквивалент килограмма в тоннах тротила.
Для оценки последствий удара частицы в поверхность можно использовать формулу, предложенную специалистом по этим вопросам Ф.Уипплом (,стр.134), согласно которой размеры образовавшегося кратера равны

где d — плотность вещества экрана, Q — его удельная теплота плавления.
Но здесь то нужно иметь в виду, что на самом деле мы не знаем, как пылинки будут воздействовать на материал экрана при таких скоростях. Эта формула справедлива для небольших скоростей удара (порядка 50 км/с и менее), а при оклосветовых скоростях воздействия физические процессы удара и взрыва должны протекать совсем иначе и гораздо интенсивнее. Можно только предполагать, что в силу релятивистских эффектов и большой инерции материала пылинки взрыв будет направлен вглубь экрана, по типу кумулятивного взрыва, и приведет к образованию гораздо более глубокого кратера. Приведенная формула отражает общие энергетические соотношения, и мы допустим, что она годится для оценки результатов удара и для околосветовых скоростей.
По видимому, лучшим материалом для экрана является титан (в силу его небольшой плотности и физических характеристик), для него d=4.5 г/см3, а Q=315 КДж/Кг, что дает

d=0.00126·Е1/3 метров

При v=0.1c получим Е=0.045 Дж и d=0,00126·0.356=0.000448 м=0.45 мм. Легко найти, что пройдя путь в 1 световой год, экран звездолета встретит n=rs=10-12·9.46·1017 =106 пылинок на каждый см2 ,и каждые 500 пылинок сроют слой 0.448 мм экрана. Значит, после 1 светового года пути экран будет стерт на толщину 90 см. Отсюда следует, что для полета на таких скоростях скажем, к Проксиме Центавра (только туда) экран должен иметь толщину примерно 5 метров и массу около 2.25 тысячи тонн. При больших скоростях дело будет обстоять еще хуже:

Таблица 2 Толщина Х титана, стираемого за 1 световой год пути

v/c E d мм X м
0.1 0.045 0.448 0.9
0.2 0.185 0.718 3.66
0.3 0.434 0.955 9.01
0.4 0.818 1.178 16.4
0.5 1.39 1.41 27.6

. . .

Как видно, при v/c>0.1 экран должен будет иметь неприемлемую толщину (десятки и сотни метров) и массу (сотни тысяч тонн). Собственно, тогда звездолет будет состоять в основном из этого экрана и топлива, которого потребуется несколько миллионов тонн. В силу этих обстоятельств полеты на таких скоростях невозможны.
Рассмотренное абразивное действие космической пыли на самом деле не исчерпывает всего спектра воздействий, которым подвергнется звездолет во время межзвездного полета. Очевидно, что в межзвездном пространстве есть не только пылинки, но и тела других размеров и масс, однако астрономы не могут непосредственно наблюдать их из-за того, что хотя их размеры больше, но самих их меньше, так что они не дают ощутимого вклада в поглощение света звезд (рассмотренные ранее пылинки имеют размер порядка длины волны видимого света и поэтому сильно его поглощают и рассеивают, и их достаточно много, поэтому астрономы в основном их и наблюдают).
Но о телах в далеком космосе можно получить представление по тем телам, которые мы наблюдаем в солнечной системе, в том числе вблизи Земли. Ведь, как показывают измерения, солнечная система движется относительно соседних звезд примерно в направлении Веги со скоростью 15.5 км/с, а значит, она каждую секунду заметает все новые и новые объемы космического пространства вместе с его содержимым. Конечно, не все вблизи Солнца пришло извне, многие тела изначально являются элементами солнечной системы (планеты, астероиды, многие метеорные потоки). Но астрономы не раз наблюдали например, полет некоторых комет, которые прилетели из межзвездного пространства и туда же улетели. Значит, там имеются и очень крупные тела (массой в миллионы и миллиарды тонн), но они встречаются очень редко. Понятно, что там могут встретиться тела практически любых масс, но с разной вероятностью. И чтобы оценить вероятность встречи с различными телами в межзвездном пространстве нам нужно найти распределение таких тел по массам.
Прежде всего нужно знать, что происходит с телами когда они находятся в солнечной системе. Это вопрос хорошо изучен астрофизиками , и они нашли, что время жизни не слишком крупных тел в солнечной системе очень ограничено. Так, мелкие частички и пылинки с массами менее 10-12 г просто выталкиваются за пределы солнечной системы потоками света и протонов от Солнца (что видно по хвостам комет). Для более крупных частичек результат оказывается обратным: в результате так называемого эффекта Пойнтинга-Робертсона они падают на Солнце, постепенно опускаясь к нему по спирали за время порядка нескольких десятков тысяч лет.
Это значит, что наблюдаемые в солнечной системе спорадические частицы и микрометеориты (не относящиеся к ее собственным метеорным потокам) попали в нее из окружающего космоса, так как ее собственные частицы такого типа давно исчезли. Поэтому искомую зависимость можно найти по наблюдениям спорадических частиц в самой солнечной системе. Такие наблюдения давно ведутся, и исследователи пришли к выводу (,), что закон распределения космических тел по массам имеет вид N(M)=N0/Mi Непосредственные измерения для спорадических метеоров в интервале масс от 10-3 до 102 г (,стр.127) дают для плотности потока метеоров с массой более М грамм зависимость

Ф(М)=Ф(1)/M1.1

Наиболее достоверные результаты по этому вопросу получены по измерениям микрократеров, образовавшихся на поверхностях космических аппаратов (,стр.195), они тоже дают k=1.1 в интервале масс от 10-6 до 105 г. Для меньших масс остается предполагать, что это распределение выполняется и для них. Для величины потока частиц массивнее 1 г различные измерения дают значения 10-151) 2·10-14 1/м2с, и поскольку величина потока связана с пространственной плотностью тел соотношением Ф=rv , то отсюда можно найти, что концентрация в космосе тел с массой более М дается формулой

r(М)=r1/М1.1

где параметр r1 можно найти приняв среднюю скорость спорадических метеорных частиц равной v=15 км/с (как это видно из измерений П.Миллмана), тогда r1=Ф(1)/v получается равной в среднем 5·10-25 1/см3.
Из полученного распределения можно найти, что концентрация частиц, массы которых больше 0.1 г в среднем равна r(0.1)=r1 · (10) · 1.1=6.29·10-24 1/см3, а это значит, что на пути в 1 световой год звездолет встретит на 1 см2 поверхности n=rs=5.9·10-6 таких частиц, что при общей площади S=100 м2=106 см2 составит не менее 5 частиц массивнее 0.1 г на все поперечное сечение звездолета. А каждая такая частица при v=0.1c имеет энергию более 4.53·1010 Дж, что эквивалентно кумулятивному взрыву 11 тонн тротила. Даже если экран такое выдержит, то дальше произойдет вот что: поскольку вряд ли частица ударит точно в центр экрана, то в момент взрыва появится сила, поворачивающая звездолет вокруг его центра масс. Она, во-первых, слегка изменит направление полета, а, во-вторых, повернет звездолет, подставив его бок встречному потоку частиц. И звездолет будет быстро искромсан ими, а если на его борту имеются запасы антивещества, то все завершится серией аннигиляционных взрывов (или одним большим взрывом).
Некоторые авторы высказывают надежду , что от опасного метеорита можно уклониться. Посмотрим, как это будет выглядеть на субсветовой скорости v=0.1c. Метеорит весом 0.1 г имеет размер около 2 мм и энергию, эквивалентную 10.9 тонн тротила. Попадание его в звездолет приведет к фатальному взрыву, и придется от него уклоняться. Допустим, что радар звездолета способен обнаружить такой метеорит на расстоянии х=1000 км — хотя непонятно, как это будет осуществляться, так как с одной стороны, радар должен находиться перед экраном, чтобы выполнять свою функцию, а с другой стороны — за экраном, чтобы не быть уничтоженным потоком набегающих частиц.
Но допустим, тогда за время t = x/v = 0.03 секунды звездолет должен среагировать и отклониться на расстояние у= 5 м (считая диаметр звездолета 10 метров). Это значит, что он должен приобрести в поперечном направлении скорость u=y/t — опять же за время t, то есть его ускорение должно быть не меньше a=y/t2 = 150 м/с2. Это ускорение в 15 раз больше нормального, и его не выдержит никто из экипажа, да и многие приборы звездолета. И если масса звездолета составляет около 50 000 тонн, то для этого потребуется сила F= am = 7.5·109 ньютон. Такую силу на время в тысячные доли секунды можно получить только произведя на звездолете мощный взрыв: при химическом взрыве получается давление порядка 105 атмосфер=1010 Ньютон/м2 и оно будет способно свернуть звездолет в сторону. То есть, чтобы уклониться от взрыва нужно звездолет взорвать…
Таким образом, если и удастся разогнать звездолет до субсветовой скорости, то до конечной цели он не долетит — слишком много препятствий встретится ему на пути. Поэтому межзвездные перелеты могут осуществляться лишь с существенно меньшими скоростями, порядка 0.01с и менее. Это значит, что колонизация иных миров может происходить медленными темпами, так как каждый перелет будет занимать сотни и тысячи лет, и для этого нужно будет посылать к другим звездам большие колонии людей, способные существовать и развиваться самостоятельно. Для такой цели может подойти небольшой астероид из смерзшегося водорода: внутри него можно устроить город подходящих размеров, где будут жить астронавты, а сам материал астероида будет использоваться в качестве топлива для термоядерной энергетической установки и двигателя. Других путей освоения дальнего космоса современная наука предложить не может.
Во всем этом есть только один положительный аспект: вторжение полчищ агрессивных инопланетян Земле не грозит — это слишком сложное дело. Но обратная сторона медали заключается в том, что и добраться до миров, где есть «братья по разуму» не удастся в течении ближайших нескольких десятков тысяч лет. Поэтому наиболее быстрым способом обнаружения инопланетян является установление связей с помощью радиосигналов или каких-либо других сигналов.
Библиография

    1. Новиков И.Д. Теория относительности и межзвездные перелеты — М.:Знание,1960
    2. Перельман Р.Г. Цели и пути освоения космоса — М.:Наука,1967
    3. Перельман Р.Г. Двигатели галактических кораблей — М.: изд. АН СССР,1962
    4. Бурдаков В.П., Данилов Ю.И. Внешние ресурсы и космонавтика — М.:Атомиздат,1976
    5. Зенгер Е., К механике фотонных ракет — М.: изд. Иностранной литературы,1958
    6. Закиров У.Н. Механика релятивистских космических полетов — М.:Наука,1984
    7. Аллен К.У. Астрофизические величины — М.:Мир,1977
    8. Мартынов Д.Я. Курс общей астрофизики — М.:Наука,1971
    9. Физические величины (Справочник) — М.:Энергоатомиздат,1991
    10. Бурдаков В.П., Зигель Ф.Ю. Физические основы космонавтики (физика космоса) — М.:Атомиздат,1974
    11. Спитцер Л. Пространство между звездами — М.:Мир,1986.
    12. Лебединец В.М. Аэрозоль в верхней атмосфере и космическая пыль — Л.: Гидрометеоиздат,1981
    13. Бабаджанов П.Б. Метеоры и их наблюдение — М.:Наука,1987
    14. Акишин А.И.,Новиков Л.С. Воздействие окружающей среды на материалы космических аппаратов — М.:Знание,1983

__________________________________________________



Оптимизирован под Internet Explorer 1024X768
средний размер шрифта
Дизайн A Semenov

Вопрос ученому: что мешает межзвездным полетам?

Наш читатель Никита Агеев спрашивает: в чем основная проблема межзвездных перелетов? Ответ, как и в прошлый раз, потребует большой статьи, хотя на вопрос можно ответить и единственным символом: c.

Скорость света в вакууме, c, равна примерно тремстам тысячам километров в секунду, и превысить ее невозможно. Следовательно, нельзя и добраться до звезд быстрее, чем за несколько лет (свет идет 4,243 года до Проксимы Центавра, так что космический корабль не сможет прибыть еще быстрее). Если добавить время на разгон и торможение с более-менее приемлемым для человека ускорением, то получится около десяти лет до ближайшей звезды.

В каких условиях лететь?

И этот срок уже существенное препятствие сам по себе, даже если отвлечься от вопроса «как разогнаться до скорости, близкой к скорости света». Сейчас не существует космических кораблей, которые позволяли бы экипажу автономно жить в космосе столько времени — космонавтам постоянно привозят свежие припасы с Земли. Обычно разговор о проблемах межзвездных перелетов начинают с более фундаментальных вопросов, но мы начнем с сугубо прикладных проблем.

Даже спустя полвека после полета Гагарина инженеры не смогли создать для космических кораблей стиральную машину и достаточно практичный душ, а рассчитанные на условия невесомости туалеты ломаются на МКС с завидной регулярностью. Перелет хотя бы к Марсу (22 световые минуты вместо 4 световых лет) уже ставит перед конструкторами сантехники нетривиальную задачу: так что для путешествия к звездам потребуется как минимум изобрести космический унитаз с двадцатилетней гарантией и такую же стиральную машину.

Воду для стирки, мытья и питья тоже придется либо брать с собой, либо использовать повторно. Равно как и воздух, да и еду тоже необходимо либо запасать, либо выращивать на борту. Эксперименты по созданию замкнутой экосистемы на Земле уже проводились, однако их условия все же сильно отличались от космических хотя бы наличием гравитации. Человечество умеет превращать содержимое ночного горшка в чистую питьевую воду, но в данном случае требуется суметь сделать это в невесомости, с абсолютной надежностью и без грузовика расходных материалов: брать к звездам грузовик картриджей для фильтров слишком накладно.

Стирка носков и защита от кишечных инфекций могут показаться слишком банальными, «нефизическими» ограничениями на межзвездные полеты — однако любой опытный путешественник подтвердит, что «мелочи» вроде неудобной обуви или расстройства желудка от незнакомой пищи в автономной экспедиции могут обернуться угрозой для жизни.

Решение даже элементарных бытовых проблем требует столь же серьезной технологической базы, как и разработка принципиально новых космических двигателей. Если на Земле изношенную прокладку в бачке унитаза можно купить в ближайшем магазине за два рубля, то уже на марсианском корабле нужно предусмотреть либо запас всех подобных деталей, либо трехмерный принтер для производства запчастей из универсального пластикового сырья.

В ВМС США в 2013 году всерьез занялись трехмерной печатью после того, как оценили затраты времени и средств на ремонт боевой техники традиционными методами в полевых условиях. Военные рассудили, что напечатать какую-нибудь редкую прокладку для снятого с производства десять лет назад узла вертолета проще, чем заказать деталь со склада на другом материке.

Один из ближайших соратников Королева, Борис Черток, писал в своих мемуарах «Ракеты и люди» о том, что в определенный момент советская космическая программа столкнулась с нехваткой штепсельных контактов. Надежные соединители для многожильных кабелей пришлось разрабатывать отдельно.

Кроме запчастей для техники, еды, воды и воздуха космонавтам потребуется энергия. Энергия будет нужна двигателю и бортовому оборудованию, так что отдельно придется решить проблему с мощным и надежным ее источником. Солнечные батареи не годятся хотя бы по причине удаленности от светил в полете, радиоизотопные генераторы (они питают «Вояджеры» и «Новые горизонты») не дают требуемой для большого пилотируемого корабля мощности, а полноценные ядерные реакторы для космоса до сих пор делать не научились.

Советская программа по созданию спутников с ядерной энергоустановкой была омрачена международным скандалом после падения аппарата «Космос-954» в Канаде, а также рядом отказов с менее драматичными последствиями; аналогичные работы в США свернули еще раньше. Сейчас созданием космической ядерной энергоустановки намерены заняться в Росатоме и Роскосмосе, но это все-таки установки для ближних перелетов, а не многолетнего пути к другой звездной системе.

Возможно, вместо ядерного реактора в будущих межзвездных кораблях найдут применение токамаки. О том, насколько сложно хотя бы правильно определить параметры термоядерной плазмы, в МФТИ этим летом прочитали целую лекцию для всех желающих. Кстати, проект ITER на Земле успешно продвигается: даже те, кто поступил на первый курс, сегодня имеют все шансы приобщиться к работе над первым экспериментальным термоядерным реактором с положительным энергетическим балансом.

На чем лететь?

Для разгона и торможения межзвездного корабля обычные ракетные двигатели не годятся. Знакомые с курсом механики, который читают в МФТИ в первом семестре, могут самостоятельно рассчитать то, сколько топлива потребуется ракете для набора хотя бы ста тысяч километров в секунду. Для тех, кто еще не знаком с уравнением Циолковского, сразу озвучим результат — масса топливных баков получается существенно выше массы Солнечной системы.

Уменьшить запас топлива можно за счет повышения скорости, с которой двигатель выбрасывает рабочее тело, газ, плазму или что-то еще, вплоть до пучка элементарных частиц. В настоящее время для перелетов автоматических межпланетных станций в пределах Солнечной системы или для коррекции орбиты геостационарных спутников активно используют плазменные и ионные двигатели, но у них есть ряд других недостатков. В частности, все такие двигатели дают слишком малую тягу, ими пока нельзя придать кораблю ускорение в несколько метров на секунду в квадрате.

Проректор МФТИ Олег Горшков — один из признанных экспертов в области плазменных двигателей. Двигатели серии СПД — производят в ОКБ «Факел», это серийные изделия для коррекции орбиты спутников связи.

В 1950-е годы разрабатывался проект двигателя, который бы использовал импульс ядерного взрыва (проект Orion), но и он далек от того, чтобы стать готовым решением для межзвездных полетов. Еще менее проработан проект двигателя, который использует магнитогидродинамический эффект, то есть разгоняется за счет взаимодействия с межзвездной плазмой. Теоретически, космический корабль мог бы «засасывать» плазму внутрь и выбрасывать ее назад с созданием реактивной тяги, но тут возникает еще одна проблема.

Как выжить?

Межзвездная плазма — это прежде всего протоны и ядра гелия, если рассматривать тяжелые частицы. При движении со скоростями порядка сотни тысяч километров в секунду все эти частицы приобретают энергию в мегаэлектронвольты или даже десятки мегаэлектронвольт — столько же, сколько имеют продукты ядерных реакций. Плотность межзвездной среды составляет порядка ста тысяч ионов на кубический метр, а это значит, что за секунду квадратный метр обшивки корабля получит порядка 1013 протонов с энергиями в десятки МэВ.

Один электронвольт, эВ, ― это та энергия, которую приобретает электрон при пролете от одного электрода до другого с разностью потенциалов в один вольт. Такую энергию имеют кванты света, а кванты ультрафиолета с большей энергией уже способны повредить молекулы ДНК. Излучение или частицы с энергиями в мегаэлектронвольты сопровождает ядерные реакции и, кроме того, само способно их вызывать.

Подобное облучение соответствует поглощенной энергии (в предположении, что вся энергия поглощается обшивкой) в десятки джоулей. Причем эта энергия придет не просто в виде тепла, а может частично уйти на инициацию в материале корабля ядерных реакций с образованием короткоживущих изотопов: проще говоря, обшивка станет радиоактивной.

Часть налетающих протонов и ядер гелия можно отклонять в сторону магнитным полем, от наведенной радиации и вторичного излучения можно защищаться сложной оболочкой из многих слоев, однако эти проблемы тоже пока не имеют решения. Кроме того, принципиальные сложности вида «какой материал в наименьшей степени будет разрушаться при облучении» на стадии обслуживания корабля в полете перейдут в частные проблемы — «как открутить четыре болта на 25 в отсеке с фоном в пятьдесят миллизиверт в час».

Напомним, что при последнем ремонте телескопа «Хаббл» у астронавтов поначалу не получилось открутить четыре болта, которые крепили одну из фотокамер. Посовещавшись с Землей, они заменили ключ с ограничением крутящего момента на обычный и приложили грубую физическую силу. Болты стронулись с места, камеру успешно заменили. Если бы прикипевший болт при этом сорвали, вторая экспедиция обошлась бы в полмиллиарда долларов США. Или вовсе бы не состоялась.

Нет ли обходных путей?

В научной фантастике (часто более фантастической, чем научной) межзвездные перелеты совершаются через «подпространственные туннели». Формально, уравнения Эйнштейна, описывающие геометрию пространства-времени в зависимости от распределенных в этом пространстве-времени массы и энергии, действительно допускают нечто подобное — вот только предполагаемые затраты энергии удручают еще больше, чем оценки количества ракетного топлива для полета к Проксиме Центавра. Мало того, что энергии нужно очень много, так еще и плотность энергии должна быть отрицательной.

Вопрос о том, нельзя ли создать стабильную, большую и энергетически возможную «кротовую нору» — привязан к фундаментальным вопросам об устройстве Вселенной в целом. Одной из нерешенных физических проблем является отсутствие гравитации в так называемой Стандартной модели — теории, описывающей поведение элементарных частиц и три из четырех фундаментальных физических взаимодействий. Абсолютное большинство физиков довольно скептически относится к тому, что в квантовой теории гравитации найдется место для межзвездных «прыжков через гиперпространство», но, строго говоря, попробовать поискать обходной путь для полетов к звездам никто не запрещает.

А. А. Леонов, В. И. Лебедев

ВЛИЯНИЕ ИЗОЛЯЦИИ НА ПСИХИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ

ЧЕЛОВЕКА

В обычных условиях жизни на Земле перед глазами человека сменяются сотнн и тысячи различных картин природы и творе­ний его собственных рук. На органы слуха постоянно действуют всевозможные звуки, создавая разноголосый акустический фон. Рецепторы кожи воспринимают изменения температуры.

В межпланетном полете космонавты месяцами будут видеть в иллюминаторы лишь яркие немигающие звезды на черном без­донном небе и ослепительный диск незаходящего солнца. Не бу­дет ни дня, ни ночи, ни зимы, ни лета, к которым так привыкли люди на нашей планете. Начиная уже с первых полетов на Луну члены экипажей космических кораблей «Аполлон» жаловались на однообразие впечатлений на «перегоне» Земля — Луна. Когда выключатся маршевые двигатели корабля, космонавты попадут в царство безмолвия. <…>

Как показывают наблюдения, недостаток притока раздражи­телей приводит к своеобразному переживанию, получившему название «сенсорного голода». Если «информационный голод» обусловливается недостатком «пиши» для второй (словесной) сигнальной системы, то «сенсорный голод» — недостатком впе­чатлений от реальной действительности для первой сигнальной системы.

«СЕНСОРНЫЙ ГОЛОД»

«В космическом полете, — пишет А. Г. Николаев, — нам не хватало земных, привычных человеку звуков и явлений, Там не было слышно шумов, характерных для города илн села, шумов леса и ветра, пения лесных птиц, не было н аромата прекрасных цветов, и земли, воды и леса. Не было нам ни жарко, ни холод­но. Не ощущали мы ни ветра, ни дождя, нет там ни вьюги, ни снега. По земным привычным звукам, явлениям и ароматам мы поистине сильно скучали. Иногда все это земное чувствовали, слышали и видели во сне».

Жизнь в Антарктике, по мнению Р. Бэрда, во многих отно­шениях напоминает жизнь «на темной, мертвой, замерзшей пла- * нете», так как в течение долгих месяцев станция, базирующаяся в застывшей неподвижности ледового мира, становится недосяга­емой, как и далекая планета. Незаходящее солнце летом, посто­янный свет луны и мерцание звезд полярной ночи по своему по­стоянству приближают жизнь к условиям длительного космиче­ского полета. Необходимость зимовщиков большую часть време­ни находиться в помещениях имеет много общего с жизнью эки­пажа межпланетного корабля.

«Антарктическая ночь таит в себе что-то сверхъестествен-

ное, — пишет в своей книге «У южного полюса» К. Борхгре-виик. — Быть может, чары нерушимого одиночества усиливают сознание того, что мы оторваны от всего человечества… Нам не хватало света, движения, воздуха. Мы как бы старели на глазах друг друга… Тишина временами стучала в ушах, всякое наруше­ние ужасной пустоты и оторванности было облегчением… Так текли без перемен длинные и темные дни зимы. Медленно и скучно проходило время, и лишь обязательная запись показании инструментов вносила некоторое разнообразие».

Гнет полярной ночи особенно сильно ощущался в прошлом, когда исследовательские партии были малочисленны, у зимовщи­ков не было ни электричества, ни радио, ни кино. С развитием цивилизации проблема монотонности в арктических и антаркти­ческих условиях не была снята полностью. «Несмотря на все эти улучшения, — писал Р. Бэрд, — жизнь продолжала оставаться тяжелой и убогой. Кино и электрический свет помогали в тече-ниг нескольких часов рассеять мрак и пустоту полярной ночи, но им никогда не удавалось приподнять нависшую над нами гне­тущую завесу тьмы. Ничто не могло заменить солнечный свет, и отсутствие его болезненно отражалось на психике людей… Пол­нейшая тьма, которой сопровождались метели, действовала угне­тающе на человеческую психику и порождала чувство безотчет­ного панического страха». Подобное отмечают В. В. Борискин и С. Б. Слевич: «Метеорологические факторы только способст­вуют однообразию, монотонности образа жизни, так как ограни­чивают возможность бывать вне помещений. Особенно резко эта монотонность проявляется в зимние месяцы, поэтому-то именно в это время года чаще регистрируются случаи общего ухудшения самочувствия, заторможенность, замкнутость, вспыльчивость, по-х—>.лтен::ая раздражительность, словом, в наиболее резкой форме г»олзлгк.тсл психическая несовместимость. Изменения в состоя­нии здоровья полярников, вызванные длительной сенсорной не­достаточностью и рассматриваемые как некомпенсированные ре­акции со стороны центральной нервной системы, могут носить различный характер. Это может быть неадекватная реакция на какие-либо замечания, иногда приобретающая оттенок патологии; такое состояние полярника определяется как невротическое. Б крайних случаях нарушение в деятельности центральной нервной системы ведет к психозам и появлению симптомов фобий, т. е. навязчивого состояния страха, развивающегося при некоторых психических заболеваниях».

О «сенсорном голоде» в условиях Антарктики Марио Маре пи­шет: «Я бы охотно лишился своего месячного, даже двухмесяч­ного жалования ради того, чтобы взглянуть на зеленую траву, по­крытый цветами луг, на котором пасутся коровы, на березовую или буковую рощу с желтеющими листьями, по которым струятся потоки осеннего ливня».

Чувство «сенсорного голода» также отчетливо проявляется в условиях экспериментальной одиночной и групповой изоляции.

Испытуемый Ч. в опытах Е. М. Крутовой, находившийся в тер­мокамере, на пятый день так охарактеризовал свое состояние: «Странное самочувствие, точно меня лишили воздуха, чего-то не хватает, а чего не пойму. Я без всякой инициативы выполняю задания, неохотно. Мозг работает как-то нехотя, я постоянно лов­лю себя на мысли, что это не я, а кто-то другой все выполняет. Даже отвечать на вопросы не хочется».

У журналиста Е. Терещенко, участвовавшего в опыте в усло­виях групповой изоляции, есть такие строки в дневнике: «Вахта, обед, обследование, сон, наша жизнь забилась в каком-то лихо­радочном, но монотонном ритме. Исподволь начала подбираться нервная усталость. Мы стали раздражительнее. Заставлять себя работать стало труднее. Все чаще хотелось открыть куда-то дверь и увидеть что-то другое. Все равно что, только бы новое. Иногда мучительно, до рези в глазах, хочется увидеть яркий, определен­ный, простой свет спектра или кумачовый плакат, синее небо. Скука». А врач Е. И. Гавриков пишет: «Сегодня вдруг захотелось погулять по асфальту, посмотреть на деревья, а то пройдет пол­лета… Сегодня я думал, что .было бы приятно поставить на наш столик хотя бы маленький букетик цветов…»

Через четыре месяца после начала годичного эксперимента в наземном комплексе через шлюзовую камеру испытуемым в честь Дня космонавтики были переданы поздравления от друзей и иг­рушка— желтый цыпленок. По поводу этого случая А. Н. Бож-ко в своем дневнике записал: «Странно, что нас радует каждая яркая безделушка. Может быть, потому, что мы окружены серы­ми тонами?»

Сто с лишним лет назад в своей классической работе «Реф­лексы головного мозга» И. М. Сеченов писал о том, что одним из необходимых условий нормальной психической деятельности че­ловека является известный минимум раздражителей, поступаю­щих в мозг от органов чувств. «Это предположение И. М. Сече­нова, — писал И. П. Павлов, — было впоследствии блистательно подтверждено в одном клиническом случае. Именно у проф. Штрюмпеля случайно оказался в больнице больной, у которого была настолько повреждена нервная система, что из всех вос­принимающих поверхностей остались только два глаза и ухо. И вот, как только эти последние уцелевшие окна из внешнего ми­ра закрывались, больной тотчас же впадал в сон. Таким обра­зом, получалось полное подтверждение того, что для бодрствен-ного, деятельного состояния больших полушарий необходим из­вестный минимальный приток раздражения. Совсем недавно мне… пришлось видеть подобный же случай. Когда у него (боль­ного.— А. Л., В. Л.) открыты здоровое ухо и здоровый глаз, он вас вполие понимает, может читать и писать. Но как только вы ему закроете либо ухо, либо глаз… он непременно впадает в за­бытье и ничего из того, что происходило с ним в этот промежу­ток, не помнит».

С влиянием измененной афферентации на психическое состоя-

II Заказ 5162

ние людей в массовых масштабах столкнулись авиационные вра­чи в период второй мировой войны. У летчиков во время полетов появлялось сонливое состояние и чувство апатии. В 50-х годах нашего столетия с переходом авиации на реактивную технику, позволившую увеличить скорость и высоту полетов, наряду с вы­шеуказанным состоянием при высотных полетах летчики стали жаловаться на чувство физического отрыва от Земли до такой степени, что пилотам стало казаться, что они совсем с ней теря­ют контакт. Этот феномен в авиации получил название «break-off» (отрыв от Земли). Вот как описал его проявление американ­ский врач Д. Саймоне, который с экспериментальной целью в 1957 г. поднялся на воздушном шаре на высоту 30 километров: «На второй день пребывания в шаре я внезапно почувствовал, словно бы я должен подняться в Космос, как будто бы я уже принадлежу Космосу. Все чувственные связи и интересы, притя­гивающие меня к Земле, словно бы были разорваны, и я целиком слился с пустотой пространства надо мной».

Чувство «оторванности», «отрешенности» в некоторых слу­чаях сопровождалось дезориентацией в пространстве и развити­ем галлюцинаций. Следует отметить, что одно из самых первых описаний «галлюцинаторных» переживаний во время полета (по рассмотренной нами литературе) относится к 1928 г., когда боль­шая группа летчиков приняла участие в спасении экспедиции дирижабля «Италия» в полярных пустынях Арктики. Шведский летчик Лудобор во время полета отчетливо увидел сидящую фигуру человека. «Это было недалеко от мыса Северного, — рас­сказывал он, — вероятно, Мальмгрем, подумал я, но мне не пришло в голову, что если бы это был человек, он, конечно, ма­хал бы мне чем-нибудь. Я тотчас снизился, но фигура внезапно расплылась».

Запросы практики (авиации, подводного плавания, космонав­тики) вызвали к жизни многочисленные экспериментальные ис­следования на животных и людях с целью всесторонне изучить влияние ограничения раздражителей на психическое состояние человека.

Экспериментальные исследования в этой области, производи­мые на людях, были начаты Д. О. Хеббом в 40-х годах, а на жи­вотных— И. П. Павловым еще раньше, в начале века, в знаме­нитой «башне молчания». Систематическое изучение сенсорной недостаточности в интересах авиации и космонавтики началось в 50-х годах,

В ряде описанных экспериментов зарубежных исследователей применялись жесткие условия изоляции, получившие название «строгой сенсорной депривации». В этих опытах испытуемые ук­ладывались на кушетку в небольшой звуконепроницаемой и за­темненной камере илн комнате. Для ограничения тактильной чув­ствительности на руки надевали перчатки или картонные футля­ры. Двигательная активность ограничивалась словесной инструк­цией, по которой испытуемому предлагалось как можно меньше

двигаться. Если камера была не затемнена и звуконепроницаема, то испытуемому надевали полупрозрачные очки, пропускающие свет, но не позволяющие видеть ясно очертания предметов, а на уши — аудиофоны. Испытуемый при надетых аудиофонах посто­янно слышит монотонный шум («белый шум»), интенсивность которого превышает порог слухового восприятия.

В экспериментах, технически более совершенных, испытуемый в. специальном кислородном снаряжении погружался в воду в резервуаре. Температура воды поддерживалась па постоянном уровне +34,5 градуса. Помимо отсутствия зрительных (испытуе­мый был в маске), слуховых, обонятельных, осязательных, тем­пературных ощущений, у него резко уменьшался поток раздра­жителей от костно-мышечного аппарата. Это объясняется тем, что у человека отпадает необходимость в мышечной работе для противодействия силе тяжести.

Исследования по строгой сенсорной депривации показали,что многие здоровые люди ее не выдерживают: приходится прекра­щать опыт. Исследователями описан ряд психических нарушений, охватывающих все сферы психической деятельности.

Очень интересны эксперименты, проведенные в имитаторах космических кораблей. Один из летчиков во время 30-часового эксперимента «увидел» телевизор, плавающий в состоянии неве­сомости, а среди приборов пульта управления — какие-то незна­комые лица. Однако он пытался справиться с этими нарушения­ми восприятия, стараясь отклонить взгляд в сторону от телевизо­ра и приборов. Одного из пилотов охватил панический ужас, ког­да «полет» подходил к концу: на его глазах приборная доска начала «таять и капать на пол». Третий пилот во время экспери­мента стал жаловаться на боль в глазах из-за расплывчатого изображения на экране телевизора, хотя экран был совершенно чист, а после 22-часового пребывания в имитаторе космического корабля он стал кричать: «Очень жарко в кабине! Уберите теле­визор! Он стал коричневым! Выключите его быстрее, становится жарко, как в аду!» Попытки экспериментатора убедить испытуе­мого, что его беспокойство необоснованно (телевизор работает нормально), были тщетны. Испытуемый был удален из имита­тора в крайне возбужденном состоянии. По выходе из тренажера он сказал, что ему в конце опыта также казалось, что стены над ним начали смыкаться.

В исследованиях по сенсорной депривации, проведенных О. Н. Кузнецовым и В. И. Лебедевым, применялись длительные сурдокамерные испытания.

Исследования проводились в специально оборудованной сур­докамере, оснащенной оборудованием и приборами, позволяю­щими не только поддерживать заданный физиологический ре­жим, но и вести непрерывное наблюдение за испытуемыми и осуществлять объективную регистрацию физиологических и пси­хологических показателей.

На основании анализа экспериментальных данных можно сде-

12*

лать следующий вывод: в условиях сенсорной изоляции у чело­века возникают необычные психические состояния, которые вна­чале носят функциональный, обратимый характер. Необходимо отметить, что они возникают не у каждого человека. При значи­тельном увеличении сроков изоляции эти функциональные изме­нения переходят в патологические — возникают нервнопсихиче-ские заболевания (неврозы и психозы).

Леонов А. А., Лебедев В. И. Психо­логические проблемы межпланетного полета. М., 1975, с. 145—150.

О. И. Скороходова

/Психология. Педагогика

Монография лётчика-космонавта СССР А. А. Леонова и кандидата медицинских наук В. И. Лебедева посвящена весьма сложной и пока мало изученной проблеме психологии межпланетного полёта. В монографии рассматриваются вопросы психологической совместимости членов экипажа межпланетного корабля в условиях групповой изоляции, длительного воздействия невесомости на психические процессы человека, влияния сенсорного и информационного «голода» на появление необычных психических состояний, эмоционального стресса, ритма труда и отдыха. В своей работе авторы широко используют результаты наблюдений и самонаблюдений космонавтов во время космических полётов, испытателей в экспериментах на наземных стендах, а также исследователей труднодоступных районов земного шара.
Книга рассчитана на космонавтов, психологов, врачей-психоневрологов, философов, а также на широкий круг специалистов, работающих в области космонавтики.

Решение величайшей задачи человечества — освоение Космоса — возможно только на основе использования достижений многих наук. Прослеживая дорогу в Космос, легко видеть, что на эту дорогу выходят всё новые и новые области научного знания. Запуск первого искусственного спутника Земли — это триумф технических и физико-математических наук. Именно эти науки решили сложный комплекс вопросов, связанных с созданием космического летательного аппарата. Вскоре, когда была поставлена задача запуска в Космос живого существа, к комплексу технических наук присоединились науки биологические. Они должны были ответить на вопрос о том, как изменяется функционирование физиологических систем организма в условиях космического полёта.
Полёт Героя Советского Союза лётчика-космонавта Ю. А. Гагарина — первый полёт космического корабля с человеком на борту — положил начало нового этапа освоения Космоса, на котором в программу освоения включились науки о человеке: сначала медико-биологические, а затем психологические. Важно отметить, что чем более сложными функциями овладевает космонавт, тем большее значение приобретают именно психологические исследования. Когда речь идёт о полёте человека, нас прежде всего интересуют вопросы о том, сможет ли он активно работать в специфических условиях Космоса; как эти условия повлияют на восприятие и внимание, память и мышление человека, на его сознательную целенаправленную деятельность; какие изменения в психике могут возникнуть в результате длительного пребывания в замкнутом пространстве, перегрузок, невесомости и т. п.
Подготовка межпланетных полётов требует развёртывания исследований по существу во всех основных направлениях психологической науки: в психологии труда, изучающей, как строится трудовая деятельность человека, из каких элементов она складывается, как осуществляется сознательная произвольная регуляция трудовых действий и рабочих движений; в инженерной психологии, исследующей процессы информационного взаимодействия человека с техническими устройствами в системах управления и на этой основе разрабатывающей вопросы приспособления техники к человеку; в социальной психологии, рассматривающей взаимоотношения людей в рабочих группах, формирование трудовых коллективов, динамику общения людей в их совместной деятельности; в педагогической психологии, исследующей процессы формирования знаний, умений и навыков, развитие способностей, характера и воли. В комплекс этих направлений включаются также психофизиология, нейропсихология, психофизика, медицинская психология и ряд других психологических дисциплин.
Психологические исследования межпланетных полётов, пожалуй, как никакие другие, должны стать многоплановыми и комплексными. При подготовке таких полётов особенно остро встаёт вопрос о проектировании жизни и деятельности космонавтов. Нужно заранее, до полёта, представить себе, и как можно более детально, условия, в которых будут жить и работать люди, и подготовить их к этим условиям. Здесь мы сталкиваемся с очень важной и сложной задачей «конструирования» образа жизни людей, которые будут находиться в течение длительного времени в специфически трудных условиях.
Предлагаемая вниманию читателей книга Героя Советского Союза лётчика-космонавта А. А. Леонова и кандидата медицинских наук В. И. Лебедева является первой попыткой раскрыть суть психологических проблем, возникающих в условиях межпланетного полёта, описать образ жизни космонавтов в этих условиях и наметить некоторые линии исследований, направленных на подготовку межпланетного полёта. Книга посвящена перспективным проблемам космической психологии.
Понятно, что при создании книги подобного рода авторы встретились с большими трудностями. Они должны были описать то, чего ещё никто никогда не наблюдал, но что на основе имеющихся научных данных может быть предвидено. Решая эту сложную задачу, авторы умело использовали материалы, накопленные в различных областях психологических исследований. Таковы данные экспериментов и наблюдений за поведением человека в различных условиях, более или менее подобных тем, которые возникнут в межпланетном полёте.
В каком-то смысле об этой книге можно говорить как о научной фантазии. Но это, конечно, не научно-фантастический роман, а научный труд. В нём рассматриваются проблемы психологической науки и излагаются результаты исследований, но обращены они не к прошлому и не к настоящему, а к будущему.
Конечно, в этой книге не все выводы авторов представляются бесспорными, не все вопросы рассмотрены достаточно глубоко. Однако главное достоинство книги в том, что она ставит перед психологической наукой новые вопросы и начинает дискуссию о перспективах развития одной из молодых её областей — космической психологии.
ПРЕДИСЛОВИЕ
проф. Б. Ф. Ломов