В новом выпуске подкаста StarTalk Нил Деграсс Тайсон и аэрокосмический инженер Ана Диаз Артилес обсуждают критические аспекты выживания человека в экстремальных условиях космоса. Основное внимание уделено технологиям скафандров нового поколения, которые должны защитить астронавтов от закипания крови, радиации и микрометеоритов во время будущих миссий на Луну и Марс.
🌌 Смерть в вакууме: почему нельзя просто задержать дыхание 3:17
Прежде чем обсуждать дизайн защитного снаряжения, Ана Диаз Артилес объясняет фундаментальные риски пребывания в открытом космосе без защиты. По словам эксперта, главной угрозой является полное отсутствие атмосферного давления .
Ключевые физиологические риски:
- Закипание жидкостей: Из-за отсутствия внешнего давления температура кипения жидкостей в теле падает, и они начинают превращаться в газ. Артилес утверждает, что человек фактически «закипит» в космосе очень быстро .
- Повреждение легких: Попытка задержать дыхание (как это делают ныряльщики) в космосе смертельна. Из-за отсутствия внешнего давления кислород и другие газы в легких начнут стремительно расширяться, что приведет к разрыву тканей .
- Асфиксия и замерзание: По мнению Артилес, смерть наступит от удушья в течение одной-двух минут, так как кровь перестанет доставлять кислород к тканям . Замерзание произойдет позже, так как вакуум является хорошим термоизолятором и тепло будет уходить из тела постепенно .
Нил Деграсс Тайсон проводит аналогию с кессонной болезнью у дайверов: при подъеме с глубины давление падает, и растворенные газы образуют пузырьки в крови. В космосе этот эффект проявляется максимально агрессивно .
👩кета Инженерная мечта: от телеэкрана до лабораторий NASA 5:27
Путь Аны Диаз Артилес в биоастронавтику начался с массовой культуры. Она признается, что на её выбор профессии повлиял сериал «С Земли до Луны» (From the Earth to the Moon, 1997) .
Этапы карьеры и взгляды эксперта:
- Индустрия против академии: После получения диплома инженера Артилес работала в сфере запуска ракет и операционной деятельности, прежде чем вернуться в науку для получения докторской степени в MIT .
- Работа в MIT: Под руководством доктора Давы Ньюман (Dava Newman) Артилес начала исследовать взаимодействие человека и скафандра .
- Миссия профессора: Сейчас Артилес работает в Техасском университете A&M (Texas A&M), где возглавляет лабораторию биоастронавтики и человеческой деятельности . Она активно выступает за привлечение девочек в STEM-дисциплины .
🛡️ Архитектура защиты: EVA против IVA 13:20
Диаз Артилес подчеркивает критическую разницу между типами скафандров, которые часто путают зрители .
Классификация систем жизнеобеспечения:
- IVA (Intravehicular Activity): Скафандры для использования внутри корабля (например, стильные костюмы SpaceX). Они тонкие, легкие и предназначены для защиты только в случае внезапной разгерметизации кабины .
- EVA (Extravehicular Activity): Громоздкие системы для «выхода в открытый космос» или прогулок по поверхности планет. Это фактически «персональные космические корабли» в форме человека .
По словам Артилес, современные скафандры для МКС — это конструкции 50-летней давности, которые крайне тяжелы и неудобны для движения . Из-за жесткости и избыточного давления внутри костюма многие астронавты сталкиваются с травмами опорно-двигательного аппарата и даже переносят операции на плечевых суставах .
🤖 Smart Suit: скафандр с искусственным интеллектом и самоисцелением 21:44
Проект Smart Suit, над которым работает Артилес при поддержке программы NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC), призван решить основные проблемы мобильности и безопасности .
Инновации «умного скафандра»:
- Самовосстанавливающаяся мембрана: Внешний слой костюма способен самостоятельно затягивать проколы от микрометеоритов. В лабораторных условиях сенсоры на мембране восстанавливались на 80% через 2 минуты после разреза ножом и на 100% через сутки .
- Мягкий экзоскелет: Внутри скафандра размещается слой из гибких роботизированных элементов. Они считывают намерения человека (например, согнуть локоть) и помогают преодолеть сопротивление давления костюма .
- Оптоэлектронные сенсоры: Встроенные в ткань датчики давления и растяжения передают информацию о состоянии скафандра и окружающей среды в реальном времени на дисплей внутри шлема .
Над проектом также работает профессор Роб Шепард (Rob Shepherd) из Корнеллского университета, отвечающий за материаловедение и робототехнику .
⚖️ Дилемма давления: почему скафандры «надуваются» 29:20
Одной из самых сложных инженерных задач является выбор рабочего давления внутри скафандра.
Технические параметры:
- Давление на Земле (на уровне моря): 14,7 psi (фунтов на квадратный дюйм) .
- Давление в текущих скафандрах для EVA: 4,3 psi .
Артилес объясняет, что низкое давление в 4,3 psi выбрано для обеспечения хоть какой-то подвижности суставов. Если накачать скафандр до земного давления, он станет жестким как бетонный столб . Однако переход с атмосферного давления МКС на 4,3 psi в скафандре требует от астронавтов вдыхания чистого кислорода в течение 4 часов для вымывания азота из крови и предотвращения кессонной болезни .
В качестве альтернативы обсуждается концепция BioSuit (механическое контрдавление). По мнению Артилес, вместо газа давление на ткани может оказывать сама ткань костюма, плотно облегающая тело, как гидрокостюм . Это позволило бы сделать скафандры тонкими и легкими, но технология пока не позволяет обеспечить равномерное давление по всей поверхности тела .
🚀 Прогнозы и земное применение 45:34
Технологии Smart Suit могут найти применение и вне космонавтики. Артилес и Тайсон обсуждают следующие возможности:
- Спорт: Использование сенсоров и экзоскелетов в футбольных шлемах и форме для отслеживания силы ударов и ускорений .
- Медицина: Помощь людям с ограниченными возможностями передвижения через мягкие роботизированные системы поддержки .
- Инклюзивность в космосе: Решение проблемы использования очков. Артилес признает, что в скафандрах будущего нужно предусмотреть механизмы фиксации очков, чтобы астронавт не остался беспомощным, если они спадут со стола во время миссии .
По словам Аны Диаз Артилес, разработка находится на стадии прототипирования отдельных узлов (например, перчаток), и до полнофункционального изделия впереди еще годы исследований и испытаний в экстремальных температурах .
