Ледяной путь в дальний космос
В апреле 2017 года в журнале GasWorld вышла статья директора ООО "КриоРус" Валерии Викторовны Удаловой (Валерии Прайд) "Ледяной путь в дальний космос". Окончательную версию статьи Вы можете прочитать, подписавшись на журнал или его сайт. Мы же предлагаем Вашему вниманию рабочую авторскую версию статьи, а также - обложку и страницу с содержанием.
Ледяной путь в дальний космос
Космос у нас ассоциируется с пламенем ракетных двигателей, безграничными просторами Вселенной, одиночеством человечества и холодом межзвездного пространства. И не сразу удается понять, в чем же связь криогеники и космической техники. Очевидная связь — это использование жидкостных ракетных двигателей (на жидком кислороде и водороде). Конечно, криогенные технологии используются при создании многих приборов, так или иначе используемых в космической отрасли. Но все это давно известно, а что нас ждёт впереди? Впереди у космической отрасли есть совершенно новое применение криогенных технологий — крионика или анабиоз для освоения дальнего космоса!
Кому-то это может показаться фантастикой. Но мы живем в мире, где каждый день реальность присваивает себе какую-то часть фантастики. Вот прямо сейчас Европейское космическое агентство (ESA - European Space Agency) ведет проект по изучению возможности введения человека в состояние «спячки» во время длительных межпланетных перелетов, организованном Европейским космическим агентством (ESA). Ничего удивительного, партнер европейцев, NASA, планирует полет человека на Марс в 2030 году. Полет в гибернации был бы экономичен...
Но если на Марс придется лететь всего-то ничего по космическим меркам - 8 месяцев, то к дальним звездам лететь надо будет десятки, сотни, тысячи лет. Тут уже гибернация - как у животных - не пройдет. Ведь при попытках создать аналог животной гибернации можно ставит целью тоько охлаждение до совсем небольших температур, вряд ли ниже -20 градусов Цельсия. ри этом метаболизм замедляется, но не останавливается, И в течение сотен и тысяч лет он риведет к накоплению отходов и смерти организма.
Единственным правильным решением тут может быть только крионика - полное замораживание тела до сверхнизких температур. С полной остановкой метаболизма.
Немного истории
Интерес к анабиозу для космоса стал велик в 1950-х годах, когда НАСА вкладывало большие суммы в биологические исследования. Если бы космонавты смогли проспать весь путь к звездам или его большую часть, это позволило бы существенно сократить запасы еды, воды и кислорода на звездолете, а также не дало бы им скучать.
Но с концом космической гонки, интерес к анабиозу угас, тем более, что выдающихся результатов не было достигнуто. До 1974 года и у Сергея Королева работал алаборатория, где наши ученые пытались сделать анабиоз для космонавтов.
Следующие несколько десятилетий, вплоть до 2005 года были поистине черными десятилетиями в криоконсервации крупных биологических объетов: все дсотижения были сделаны исключительно для клеток...
Но ситуация изменилась, когда в 2005 году в американской компании "Медицина XXI века" была обратимо заморожена почка кролика. Голливуд уже не сомневался, насмешки стихли, и гибернация-анабиоз-крионика прочто вошла практически в каждый фильм, связанный с полетами в дальний космос. Воспряли и ученые-энтузиасты этого направления.
Совсем недавно тема анабиоза в космосе прозвучала и на высоком уровне в России.
Современное состояние вопроса
3 марта 2017 года в Москве пошел II Международный форум по коммерческой космонавтике Inspace Forum.
В рамках форума по коммерческой космонавтике прошла дискуссия на тему «Расселение в космосе: от фантазий и теорий к программам и практике». Главной темой, конечно, стала колонизация Марса, но и дальнем космосе тоже шел разговор. Участники обсуждали, когда, каким образом и кто сделает новый шаг на пути к заселению близлежащей планеты и ее отдаленных сестер. А также не менее важный вопрос: кто его профинансирует, и есть ли вообще в нем необходимость.
Относительно необходимости осваивать дальний космос сомневающихся было крайне мало, так что довольно быстро дискуссия перешла к деталям. В частности, каковы же перспективы крионики для дальнего полета в космос.
Теория анабиоза - а вместе с ней и идея замедления жизненных процессов в организме человека существует уже около ста пятидесяти лет. Если человек пребывает в анабиозе во время полёта в космосе, то ему не нужно дышать, есть, двигаться. не будет проблем с психологической усталостью во время длительного полета. Не нужно будет заботиться о воспроизведении поколений летящих космонавтов...
На сегодняшний день изучением «заморозки» живых тканей в России занимается научно-исследовательская организация «КриоРус». И прямо сейчас человечество вошло в фазу, когда можно смело сказать, что нужная технологии технология заморозки уже существует.
Прямо перед началом форума пришло сообщение, что в университете Миннесоты завершилось создание экспериментальной установки обратимой заморозки крупных органов. это явилось величайшими прорывом в отрасли. Впрочем, в последние годы они шли один за другим.
Ранее такие эксперименты уставились для малых органов небольших животных. Мы уже говорили, что в 2005 году известному криобиологу Грегори Фею "Медицины XXI века" (США) удалось осуществить обратимую заморозку почки кролика. Позже была очень качественно заморожена (но не разморожена) печень свиньи, это сделала компания Arigos Biomedical, США. В начале 2016 г. стало известно о том, что опять-таки в США мозг кролика успешно заморозили (но не разморозили), не повредив нервные клетки.
Между делом еще и обратимо заморозили червячков-нематод, которые сохранили память о том, как проходить лабиринт...
Вплоть до февраля 2017 года успешная разморозка крупных (более 1 кубического миллиметра) органа не получалась у ученых. Проблемой оказались скорость нагрева (нужны были сотни градусов в минуту) и равномерность. Ничто не давало нужного результата. И вот - прорыв.
Решение американцев было гениальным и элегантным. В криопротектор были добавлены специальные наночастицы, которые имеют свойство очень быстро и сильно нагреваться в переменном электромагнитном поле. Вместе с криопротектором, который закачали вместо крови, наночастицы проникли повсеместно и при включении установки быстро нагрели замороженные образцы. Самый большой из которых был 50 кубических миллилитров! Это была часть сердца свиньи! Победа! Американские ученые смогли решить основную проблему крионики – быстрый равномерный нагрев органа, после его заморозки
На начальных этапах, данные исследования представляют большую важность для рынка медицинских услуг, для криоконсервации донорских органов. Это рынок сегодня успешно заполняется американскими патентами. А ведь этот же оезультат мог быть достигнут и нами. Директор по науке в "КриоРус" Игорь Валентинович Артюхов высказывал такую же идею еще 7 лет назад. Это было естественно, так как он был первым преподавателем по нанотехнологиям в России. Увы, наши разработки в данной области не нашли должной финансовой поддержки.
Исходя из сложившейся ситуации мы можем уверенно объявить прогнозы дальнейшего развития крионики.
- Вследствие большой потребности в данных технологиях, в течение последующих пяти лет осуществится успешная заморозка и разморозка человеческого органа
- В течение десяти лет произведут обратимую заморозку всех органов.
- Спустя ещё примерно десять лет учёные смогут полностью обратимо погрузить человека в криосон.
Понятие температуры применимо к телам, чьи молекулы находятся в постоянном движении. При получении дополнительной энергии, молекулы начинают двигаться активнее, а при потере энергии — медленнее.
Из этого следует три вывода:
- у вакуума температуры нет;
- в вакууме есть только один способ теплопередачи – излучение;
- объект в контакте с быстро движущейся группой молекул может нагреться.
В космическом газе даже внутри галактик молекулы встречаются крайне редко, и воздействие их на макротела незначительно. Такой газ может быть разогрет до любых температур, но из-за редкости молекул, космические путешественники его не почувствуют.
Важно другое: что из себя представляет наше космическое тело, какой оно температуры, и какие источники излучения есть поблизости.
Главный источник теплового излучения в нашей Солнечной системе — Солнце. И Земля довольно близка к нему, поэтому на околоземных орбитах очень важно настроить «взаимоотношения» космического аппарата и Солнца. Какие-то части приходится укрывать, какие-то открывать, по особым режимам, под компьютерным управлением...
Ведь кроме Солнца, планеты, их спутники, кометы и астероиды вносят свой весомый вклад в тепловое состояние космического аппарата, который пролетает около них. Все эти небесные тела обладают своей температурой и являются источниками теплового излучения, которое притом взаимодействует со внешними поверхностями аппарата иначе, чем более энергетически горячее излучение Солнца. А ведь планеты еще и отражают солнечное излучение, причем планеты с плотной атмосферой отражают диффузно, безатмосферные небесные тела – по особому закону, а планеты с разреженной атмосферой типа Марса – ещё совершенно иначе...
При создании космических аппаратов требуется учитывать не только «взаимоотношения» аппарата и космоса, не только ориентацию спутников относительно источников излучения, но и взаимоотношения всех приборов и устройств внутри космического аппарата. Для того чтобы одни приборы не нагревали другие устройствах, а третьи не замерзали, и чтобы поддерживалась рабочая температура на борту, разрабатывается отдельная служебная система. Она называется «Система обеспечения теплового режима» или СОТР. В нее могут входить нагреватели и холодильники, радиаторы и тепловоды, датчики температуры и даже специальные компьютеры. Могут использоваться активные системы или пассивные, когда роль обогревателей выполняют работающие приборы, а радиатора — корпус аппарата.
Так что - возможно - для обеспечения криогенных температур в космосе нужна будет не криогеника, а некое "умное одеяло". И не будет на кораблях при открытии криокапсул - как это иногда можно увидеть в фантастических фильмах - вырываться из них облачко охлажденного азота и гелия.
По крайней мере, именно так - с помощью СОТР - планируется поддерживать температуру криогенных телескопов "Миллиметрон" (Россия) и Джеймс Уэбб (США). Так что, перемещаясь в космос, криогеника возвращается к своим истокам - когда 140 лет назад. в 1877 году Кайете и Пикте сделали установку - совершенно необычную для того времени - для получения температуры ожижения кислорода. Так и сейчас, искусство управления низкими температурами, осваивая новую, космическую, среду, видоизменяет само себя до неузнаваемости. Но в центре все то же - стремление к беспредельной власти человека над температурой.
Врезки
Криоге́ника (от слов греч. kryos — холод, мороз и греч. genos — род, происхождение) — раздел физики низких температур, изучающий закономерности изменения свойств различных веществ в условиях крайне низких («криогенных») температур. Кроме этого, этим термином обозначают технологии и аппаратно-методические средства работы в условиях низких температур. Также определяется как область науки, охватывающая исследование, развитие и применение криогенной техники.
В 1971 году Международная академия холода приняла рекомендацию, согласно которой криогенными температурами следует называть температуры ниже 120 Кельвинов (температура конденсации природного газа) до температуры 0,7 K (температура получения жидкого гелия под вакуумом). Все температуры ниже 0,3 K — это область сверхнизких температур, для получения которых используются специальные методы охлаждения.
