Международная космическая станция — одна из самых необычных научных площадок, имеющихся в распоряжении человечества. Какие эксперименты проводят там ученые и космонавты?

Космос, похоже, омолаживает — по крайней мере, человеческие хромосомы. У астронавта Скотта Келли, который провел на Международной космической станции (МКС) 340 дней, теломеры — это такие «колпачки» на концах хромосом, которые защищают ДНК от повреждений при делении клеток, — оказались длиннее, чем у его брата-близнеца Марка, тоже астронавта, который все это время дожидался Скотта на Земле.

Длина теломер — один из главных индикаторов здоровья и долголетия человека, поэтому никто из ученых не ожидал, что суровые условия, в которых астронавты живут на орбите, могут удлинить, а не укоротить хромосомные «колпачки». Почему это произошло, ученые пока еще только разбираются: первые результаты исследования появились лишь в конце января 2017 года.

Марк и Скотт Келли стали участниками, вероятно, самого необычного в истории эксперимента на близнецах. С его помощью в НАСА пытаются понять, чем именно долгое пребывание в космосе — например, при полете к астероиду или на Марс — чревато для человеческого организма. Такое исследование можно было провести только на МКС — одной из самых дорогих и сложных научных лабораторий, летящей в 400 километрах над нашими головами со скоростью около восьми километров в секунду.

МКС изначально задумывалась и как гигантский инженерный проект по сборке на орбите большой и сложной конструкции, и как уникальная научная лаборатория — по крайней мере, так ее «продавали» своим странам национальные космические агентства в начале нынешнего века.

Скептиков у этой идеи всегда было достаточно: мол, долго, дорого, а перспективы непонятны. Возможно, поэтому американский журнал «Попьюлар Сайенс» в 2004 году то ли в шутку, то ли всерьез предлагал человечеству продать в 2017 году МКС какому-нибудь русскому олигарху и превратить ее в гигантскую орбитальную гостиницу.

В чем-то этих скептиков можно понять: лаборатория из МКС выходит весьма специфическая. Одновременно там может находиться не более 10 человек, эти люди годами готовятся туда попасть, а заниматься им кроме науки приходится всем подряд, от мелкого и крупного ремонта до обязательной физкультуры. Чтобы что-то туда доставить или вернуть на Землю, нужно запускать целый космический корабль, а новую деталь или прибор взамен сломавшихся приходится ждать несколько месяцев.

И традиционные показатели научной результативности в случае с МКС не особо радуют. Эксплуатировать станцию начали в 1998-м, и к 2012 году она, по подсчетам специалистов, принесла «урожай» всего в три тысячи с небольшим научных статей в иностранных журналах. Для сравнения: благодаря данным, полученным с помощью космического телескопа «Хаббл», который в десять раз дешевле, ученые за два десятилетия опубликовали 11300 научных работ. Впрочем, участникам международного космического проекта есть что возразить на критику низкой «наукоемкости» МКС. В НАСА, например, язвительно парируют, что никто почему-то не требовал научной «отдачи» от Большого адронного коллайдера, пока тот строился. А ведь американцы достроили свой сегмент МКС только в 2011 году.

А российский сегмент и вовсе еще не закончен — по последней информации, полностью российскую часть станции соберут в 2019 году. К этому времени к МКС планируется отправить три модуля, в том числе «многоцелевой лабораторный модуль» (МЛМ) и «научно-энергетический модуль» (НЭМ). В ракетно-космической корпорации «Энергия» рассчитывают пристыковать МЛМ к станции в конце 2017 года, а НЭМ — как раз в 2019-м.

Новые модули очень нужны станции: это не только дополнительное пространство для научно-исследовательской работы на самой МКС, но и «крепления» для научных приборов снаружи. Несколько экспериментов в прямом смысле ждут, когда российские модули наконец отправятся в космос: без них устанавливать оборудование просто некуда.

Но и у недостроенной МКС есть уникальное преимущество перед всеми другими научными лабораториями. «Условия на орбитальной станции не воспроизведешь в полной мере никакими установками на Земле», — говорит Георгий Самарин, заведующий лабораторией разработки и реализации медико-биологических программ Института медико-биологических проблем РАН.

Даже высота 350 километров, на которой летает МКС, оказалась оптимальной для ученых. «Для любых экспериментов, связанных с атмосферой или нашей планетой, это важно. Метеорологические спутники летают уже выше ионосферы Земли и смотрят на нее «со стороны», а со станции ионосферу можно изучать «изнутри», — рассказывает Анатолий Петрукович, заведующий отделом физики космической плазмы Института космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН).

Любой научный эксперимент в космосе начинается с подготовки его детального описания, которое затем сдается в специальные комитеты, отбирающие интересные и перспективные проекты. У каждой из сторон-партнеров по МКС — России, США, Евросоюза, Канады, Японии — есть свои экспертные группы, а о международных проектах страны договариваются вместе. Всего, по данным американского космического агентства НАСА, в экспериментах на Международной космической станции участвовали более 80 стран.

В России за научную программу на МКС отвечает Координационный научно-технический совет Роскосмоса, находящийся в Центральном научно-исследовательском институте машиностроения (ЦНИИмаш) в Королеве. Там эксперты в десяти секциях рассматривают заявки на конкурсной основе — при желании заявку на эксперимент может подать любая научная организация. Главный критерий, по которому оцениваются заявки, — какую пользу они принесут на Земле и при подготовке будущих полетов в космос, в том числе и межпланетных.

Когда вы хотите отправить на МКС научное оборудование, все детали имеют значение. Для «внешних» экспериментов, например, важно сразу понять, сможет ли экипаж сначала занести этот «ящик» на борт, а потом, во время выхода в открытый космос, пронести его через шлюз.

«Мы проводили эксперимент «Обстановка» по измерению плазменного окружения станции. Аппаратура — ящик вот такого размера, — Петрукович разводит руки в стороны. — Из ящика торчат антенны. Это было целое дело — разобраться, как космонавту вытащить, развернуть и подстыковать аппаратуру. Мы для этого изготовили специальный макет, который космонавты учились разворачивать под водой, в бассейне».

Пока эксперты оценивают научную значимость и реализуемость того или иного проекта, а ученые и инженеры готовят оборудование, может пройти минимум полтора-два года, а то и все десять лет. Поэтому эксперименты на МКС планируют заранее. Срок службы станции пока продлен только до 2024 года, так что если у вас есть идея для космического эксперимента, имеет смысл поторопиться.

Чтобы эксперимент на МКС состоялся, необходимо все тщательно спланировать: российский грузовой «Прогресс» либо американские «Дрэгон» и «Сигнус» должны вовремя доставить на борт научное оборудование, а пассажирский «Союз» — соответствующего астронавта или космонавта. Членов экипажа «назначают» на эксперименты на Земле задолго до полета (причем при желании космонавт может и отказаться), и в среднем на их подготовку к научной работе уходит примерно полгода.

Иногда в планы ученых вмешиваются непредвиденные обстоятельства: новая российская оранжерея «Лада-2», в которой на борту МКС собирались выращивать сладкий перец, погибла вместе с «Прогрессом» во время аварии 1 декабря 2016 года. Теперь новую оранжерею смогут отправить на станцию только в 2019 году, и эксперименты с растениями пока отложены.

Списки прошлых, настоящих и будущих экспериментов каждое агентство публикует в интернете. Название российского эксперимента УДОД, например, не имеет никакого отношения к небольшим птицам с хохолком и длинным клювом — это аббревиатура «устройства для дыхания под отрицательным давлением». С помощью УДОДа специалисты по космической медицине надеются помочь космонавтам компенсировать одно из самых неприятных последствий невесомости — перераспределение жидкости в организме к голове.

И «Русалка» тоже никак не была связана ни с людьми, ни с рыбами: в рамках этого эксперимента космонавты на борту МКС измеряли содержание парниковых газов, углекислого газа и метана в атмосфере Земли.

Множество любопытных экспериментов на МКС предлагают школьники и студенты: они, например, пытались сделать на орбите сыр (безуспешно — оказалось, что смесь в невесомости не застывает нужным образом) и выращивали «леденцы» — кристаллы из сахарного сиропа, чтобы понять, как на их рост влияет отсутствие гравитации. А студенты Международного космического университета демонстрировали космонавтам и астронавтам оптические иллюзии и сравнивали их интерпретацию картинок с результатами, полученными при аналогичном тестировании добровольцев на Земле.

Интересно, что на МКС занимаются даже гуманитарными исследованиями: например, Филлис Джонсон из канадского Университета Британской Колумбии руководит исследованием «В космосе как дома». Джонсон и ее коллеги-психологи и социологи пытаются понять, как экипаж справляется с тяготами длительного полета и как вообще возникает уникальная «космическая культура»— то есть как станция становится временным домом для тех, кто на ней работает. Для такого гуманитарного исследования в космос надо отправить всего лишь анкеты, которые заполняют члены экипажа.

Члены экипажа МКС частенько становятся одновременно и «сотрудниками лаборатории» (и даже соавторами научных статей по итогам исследования), и «объектами экспериментов. В среднем на научную работу уходит до половины рабочего времени экипажа.

В технических экспериментах космонавтам в основном отводится роль монтажников: они устанавливают и подключают оборудование, а если у эксперимента есть «внутренняя» составляющая, выполняют необходимые мелкие работы. «В биологических экспериментах их роль серьезнее, — говорит Георгий Самарин. — Космонавтов действительно можно называть исследователями, так как они достаточно подробно изучают методики экспериментов — как в теории, так и на практике».

«Космонавтам на самом деле нравится участвовать в экспериментах. Каждодневная рутина надоедает, а тут — исследование, которое может принести пользу цивилизации! Экипажи МКС очень ценят «движуху», которая присуща многим экспериментам. Каждый раз — новые задачи. Им это интересно», — считает Анатолий Петрукович.

Нужны ли главной научной лаборатории настоящие физики, химики, биологи и социологи на борту? По мнению Петруковича, научный взгляд экспериментатора в космосе был важен в 1960-е, «когда мы вообще еще ничего про космос не знали». Сейчас работа космонавта уже довольно обыденна, и бросать науку ради того, чтобы, возможно, десять лет готовиться к космическому полету, нет смысла.

«К тому же сейчас все настолько автоматизировано, что почти все, что «видят» приборы, видно и ученому, — добавляет Петрукович. — Например, никто из астрономов не ездит в обсерваторию: управлять телескопом можно со своего компьютера. Мы находимся в такой же ситуации».

Если «физикам» на борт не особенно хочется, то «лирикам» это было бы интересно, говорит Филлис Джонсон. «Правда, мое присутствие повлияло бы на результаты эксперимента — астронавты знали бы, что я собираю информацию и изучаю их прямо на борту станции», — подчеркивает исследовательница.

Биологам и медикам тоже есть чем заняться на борту станции: они смогут ставить более сложные опыты, в том числе и на самих себе. А если космонавта-ученого вдруг озарит гениальная идея, то почему бы не внести изменения в эксперимент прямо «на ходу».

Так, кстати, уже бывало: во время рекордного 438-дневного полета на станции «Мир» в 1994-1995 годах врач-космонавт Валерий Поляков оптимизировал программу медицинской диагностики, которую сам же и отрабатывал — на себе и коллегах по экипажу.

«Ученые в космосе будут нужны всегда», — уверен Георгий Самарин.

Необычные и забавные эксперименты на борту МКС

ГОВОРЯЩИЙ КАБАЧОК. Американский астронавт Дон Петтит в 2012 году вел знаменитый блог «от лица» цукини, который вырастили на станции из семечка. Параллельно на станции росли его «друзья», миниатюрный подсолнух и брокколи. Такие попытки космического садоводства не только позволяют лучше понять, какую роль гравитация играет в росте и развитии растений, но и готовят почву для выращивания еды в длительных экспедициях за пределы земной орбиты.

ЧЬИ МИКРОБЫ РАСТУТ ЛУЧШЕ? В рамках проекта «гражданской науки», то есть исследований, в которых могут участвовать все желающие, на МКС слетали бактерии, собранные в самых неожиданных местах, например с «Колокола свободы» в американском штате Пенсильвания и со скелета тираннозавра Сью, который стоит в научном музее в Чикаго. Ученые выяснили, какие из 48 видов микробов лучше растут на станции, и в процессе даже случайно открыли новый вид, который впервые «подобрали» с сиденья на трибуне стадиона в Калифорнии.

БЕЗГОЛОВЫЕ ЧЕРВЯКИ В НЕВЕСОМОСТИ. В 2014 году на борт МКС отправили запечатанные контейнеры с плоскими червями, которым отрезали головы и хвосты, чтобы затем на Земле посмотреть, как те справятся с регенерацией в условиях невесомости. Выяснилось, что черви отлично умеют восстанавливать поврежденные клетки своего тела. Этот эксперимент поможет ученым понять, как работают клеточные механизмы восстановления, и использовать эти знания в обычной «земной» медицине.

ОГОНЬ НА МКС. В 2016 году в космосе провели сразу несколько огнеопасных экспериментов, в которых ученые пытались разобраться, как на орбите будут гореть различные материалы, в том числе и повседневные для МКС ткани и пластик. Контролируемые пожары на этот раз устраивали не на самой станции, а на борту частных грузовых кораблей «Сигнус», когда те уже отработали свое. Ученые на Земле получили огромное количество информации, а видео того, как горит научный «костер» в космосе, можно посмотреть в интернете.