Космическая биотехносфера в преддверии сверхдлительных пилотируемых полетов: антропоэкологический подход к анализу рисков Текст научной статьи по специальности «Науки о здоровье»

УДК 629.7; 574.7

И. Б. Ушаков, д-р мед. наук, В. М. Усов, д-р. мед. наук,

Государственный научный центр РФ — Институт медико-биологических проблем Российской Академии наук

Космическая биотехносфера в преддверии сверхдлительных пилотируемых полетов: антропоэкологический подход к анализу рисков

Ключевые слова: антропоэкология, биотехносфера, каскадная схема, пилотируемый космический комплекс, риск космической биотехносферы, человеческий фактор, экология гермообъекта, экология человека.

Рассмотрение космической биотехносферы на уровне отдельного сегмента и проблем поддержания его устойчивого существования приводит к необходимости анализа потенциальных рисков и угроз. Показана принципиальная возможность выполнения такого анализа с позиций современной антропоэкологии в рамках каскадной концепции защиты организма человека.

Введение

Отличительной чертой русской классической научно-философской мысли, оказавшей глубокое воздействие на формирование современных научных взглядов, является ориентация на высшие потребности человека будущего и космизм научного знания [1-5]. В этом русле сегодня развивается относительно новое междисциплинарное направление — экология человека [6, 7]. Как наука экология человека, или антропоэкология, стала динамично развиваться только с 1960-х гг., исторически это событие, возможно, далеко не случайно совпало с началом освоения человеком космического пространства. Сегодня составной ее частью является космическая антропоэкология, представленная комплексом наук об экстремальных условиях обитания человека и механизмах адаптации живых организмов к этим условиям [7].

Первые физико-биологические исследования (с определенным уклоном в радиологию) [1, 3-5], ставившие целью выяснение взаимосвязи между

земными биологическими и космофизическими процессами, были существенно расширены в процессе практического освоения человеком космического пространства [7, 8], и сегодня в фокусе внимания космической биологии и медицины находятся фундаментальные проблемы комплексного изучения широкого спектра различных воздействий на живые организмы, в том числе на организм человека. Многолетние исследования в области космической антропоэкологии привели к формированию принципиально нового взгляда на саму возможность и масштабы распространения космической деятельности человечества за пределами околоземного пространства [8-10].

Наряду с глобальными закономерностями, существующими в биотехносфере в целом, в ее новых секторах отчетливо проявляются некоторые дополнительные проблемы. С одной стороны, фактически формирование новых секторов биотехносферы уже происходит, и темпы этого процесса постоянно ускоряются, причем в масштабах всей планеты (это, прежде всего, освоение глубинных и прибрежных, шельфовых, зон мирового океана, тундры, подземных залежей полезных ископаемых Арктики, биоресурсов озера Байкал и др.), а с другой — грандиозные и амбициозные планы мирового сообщества по освоению не только околоземного космического пространства, но и дальних планет солнечной системы отчетливо выявляют проблему изучения сценариев развития этих секторов и понимания сущности новых рисков и угроз. При построении космической биотехносферы как искусственной среды обитания и жизнедеятельности человека особенно актуальны разработка и совершенствование методологии анализа рисков, связанных с человеческим фактором.

Современные проблемы космической антропоэкологии и пути решения задач снижения рисков, связанных с человеческим фактором

Планетарный сектор биотехносферы

как объект самостоятельных антропоэкологических

исследований

Сегодня, через 50 лет после первого исторического запуска человека в космос, стал особенно очевиден тот научный и технический прогресс, который был подготовлен космическими исследованиями, послужившими своеобразным локомотивом для всей технологической сферы. Тем не менее до настоящего времени понятие «космическая биотехносфера» носило достаточно условный характер, поскольку высочайшая степень интеграции наземного комплекса и орбитальных космических средств являлась принципиальным условием успешной реализации пилотируемых космических проектов. На наш взгляд, только в последние годы, после успешного выполнения ряда программ длительных полетов на Международной космической станции, постановка задачи выполнения высокоавтономного, длительного и сверхдлительного пилотируемого космического полета к Луне и Марсу привела к необходимости рассмотрения космической биотехносферы как вполне самостоятельного сегмента биотехносферы в целом, подчиненного своим особым закономерностям.

При выполнении структурно-функционального анализа космической биотехносферы необходимо ориентироваться на критерии, сформированные в русле исследований экологии человека, с применением концептуальных подходов к учету роли человеческого фактора в сложных человеко-машинных системах и с позиций ранее разработанной нами применительно к авиационной антропоэкологии каскадной схемы противодействия ожидаемым рискам и угрозам для профессионального здоровья и долголетия человека, длительно работающего в условиях изолированных автономных гермообъектов [6].

Проблемы защиты организма человека применительно к космическим проектам

Правомерность распространения за земные пределы антропоэкологических подходов к защите организма человека является следствием сегодняшних жестких требований к обеспечению безопасности его жизнедеятельности, поддержанию высокого уровня работоспособности и возможности решать задачи сохранения и продления жизненного цикла высокотехнологических изделий типа пилотируемых космических комплексов (ПКК).

В «Перечне критических технологий Российской Федерации» (Пр-842, 26 мая 2006 года) именно технологии обеспечения жизнедеятельности и защиты

организма человека, тесно связанные с задачами космической деятельности России, занимают видное место и по существу определяют потенциальные возможности освоения человеком новых областей биотехносферы. Суть возникших проблем достаточно хорошо просматривается благодаря анализу тех рисков, которые ожидают экипажи перспективных ПКО и которые лишь до известной степени изучены в уже выполненных и текущих проектах. Традиционно в контексте медико-технического обеспечения пилотируемых космических полетов и в русле фундаментальных проблем космической биологии и медицины наиболее отчетливо проявлялись следующие риски:

• радиационное воздействие;

• метаболические нарушения, особенно те, которые приводят к нарушениям состава костной и мышечной тканей и к изменениям структуры тканей организма;

• кардио-респираторные расстройства и нарушения регуляции вегетативных функций;

• гемодинамические расстройства гравитационного генеза;

• циркадные нарушения, десинхроноз и расстройства сна;

• расстройства локомоции;

• психоастенизация и стресс-индуцированные нарушения психического состояния.

В последнее время все большее внимание исследователей привлекают изменения в организме в условиях микрогравитации, особенно на уровне клеточных структур и генома. Естественно, круг фундаментальных проблем выявления и скрининга факторов риска в пилотируемых комических полетах приведен в данном перечне далеко не полностью, хотя необходимо констатировать, что сегодня еще не накоплен достаточный объем экспериментального материала, чтобы сделать окончательные выводы в рамках доказательной медицины [8—11].

О каких новых значимых факторах и рисках применительно к длительным экспедициям к другим планетам идет речь? На официальных сайтах Рос-космоса и его ведущих организаций, а также на сайте Государственного научного центра РФ — Института медико-биологических проблем РАН (ГНЦ РФ — ИМБП РАН) можно найти фактические данные, которые свидетельствуют о необходимости приложения больших усилий, чтобы в изучить следующие ожидаемые риски [8—13]:

• риски генетических и обменно-тканевых нарушений в длительных полетах из-за существенно иных, чем на Земле и на традиционно используемых для ПКК орбитах, уровней воздействия физических факторов:

большая продолжительность полета; прямое, не трансформированное магнитосферой

Земли воздействие вариаций солнечного ветра и

межпланетного магнитного поля;

отсутствие сильного магнитного поля Земли;

чередование сил гравитации различных уровней; повышенный уровень космической радиации за пределами радиационных поясов Земли;

• риски неблагоприятной динамики психического состояния и нарушения работоспособности членов экипажа (психоэмоциональный фактор), обусловленные следующими причинами:

полная автономность марсианского экспедиционного комплекса;

длительное пребывание экипажа в условиях социальной изоляции, ограниченного пространства и «отрыва» от земных условий жизни;

высокая степень ответственности за успех проекта, осознание значительного риска межпланетной экспедиции;

трудности межличностного общения в условиях длительной изоляции, возможность возникновения непредвиденных источников социальных конфликтов и изменения психического состояния;

• низкий уровень технически и технологически возможной медицинской поддержки при тяжелых расстройствах и поражениях, трудности дистанционной медицинской диагностики, недостаточная изученность протекания ряда заболеваний в условиях космического полета и действия традиционно применяемых лекарственных средств; отсутствие технологий заместительной терапии, хирургических и микрохирургических вмешательств, клеточной терапии и др.;

• физиолого-гигиенические проблемы длительного пребывания в условиях измененной газовой среды, возможные риски поступления в атмосферу гермо-объекта продуктов биодеградации материалов рабочего интерьера, изменения состава материалов под действием ряда физических факторов космического полета;

• ограниченные возможности информационной поддержки и получения новых знаний в случае неожиданных проблемных ситуаций;

• необходимость освоения членами экипажа новых компетенций, для чего нужны дополнительные специальные средства направленной тренировки организма и восстановительной коррекции функционального состояния.

С технической точки зрения развитие пилотируемых полетов должно быть обеспечено в первую очередь за счет соблюдения следующих условий:

• увеличение ресурсов работы технических средств;

• повышение ремонтопригодности;

• увеличение средств для проведения ремонта силами экипажа; пополнение расходуемых материалов;

• осуществление экипажем внекорабельной деятельности в открытом космосе;

• обеспечение безопасности и жизнедеятельности экипажей.

Все это позволяет говорить о необходимости качественного наращивания объема и технологической сложности бортовых ресурсов, могут использовать многочисленные экипажи ПКК в длительных и сверхдлительных полетах.

Современные проблемы снижения рисков здоровью при выполнении длительных и сверхдлительных пилотируемых полетов

Кардинальный вопрос: насколько отечественная антропоэкология как наука готова к актуальным вариантам развития орбитально-космического сегмента биотехносферы до уровня межпланетарного сегмента как условия успешной межпланетной космической деятельности?

В значительной своей части современная антропоэкология опирается на достижения авиакосмической биологии и медицины. Именно благодаря полученным космической биологией и медициной уникальным знаниям оказалась возможной выработка достаточно простых, но надежных инженерных, эргономических и медико-технологических решений, обеспечивающих выживание биологических объектов на начальных этапах полетов человека в космос, и избавление от многих препятствий, отрицательно сказывающихся на жизни и здоровье человека в дальнейшем. Более того, удалось создать условия для продуктивной деятельности в целях развития этой сферы, начиная от новых конструкций в космосе за счет внекорабельной деятельности членов экипажа и заканчивая наращиванием модулей станции, несущих полезную нагрузку, и с соблюдением требований экологии в отношении выдерживания параметров искусственной газовой среды, утилизации и переработки отходов, очистки воды и воздуха, применения санитарно-гигиенических средств и т. д.

Биомедицинские технологии

как основа стабильного функционирования систем

«экипаж — ПКК» в экстремальных условиях

Базовые направления космической антропоэко-логиии по существу совпадают с программными положениями по проблемам медико-технического обеспечения космических полетов и выполнения прикладных научных исследований в пилотируемых космических полетах, сформулированными в работах [14, 15]:

• изучение особенностей жизнедеятельности организма человека и животных:

при действии факторов космического полета и космического пространства с целью получения новых научных знаний и разработки средств и методов сохранения здоровья, работоспособности и безопасности экипажей космических кораблей и станций;

• в условиях измененной газовой среды и давления в целях разработки методов и средств обеспечения работоспособности человека при выполнении водолазных и кессонных работ;

при действии других экстремальных факторов, опасных для здоровья и жизни человека условий, в целях получения новых научных знаний

и разработки средств жизнеобеспечения и защиты человека;

в нормальных условиях среды обитания в целях более глубокого понимания физиологических основ жизнедеятельности здорового человека, определения показателей нормы и разработки профилактических и реабилитационных рекомендаций по восстановлению нормального уровня здоровья после воздействия различных экстремальных факторов;

• медицинское и санитарно-гигиеническое обеспечение пилотируемых космических полетов научного и народнохозяйственного назначения:

отбор, медицинская подготовка и реабилитация космонавтов;

профилактика неблагоприятного влияния факторов космического полета на организм, медицинский контроль состояния здоровья космонавтов до, во время и после завершения космического полета;

оказание космонавтам медицинской помощи; разработка медико-технических требований к среде обитания космонавтов в пилотируемых космических аппаратах, проведение санитарно-гигиенических мероприятий на этапах проектирования, экспертизы проектов, создания и эксплуатации космических аппаратов;

обеспечение радиационной безопасности космонавтов;

• подготовка программ и предложений по основным направлениям развития соответствующих фундаментальных поисковых и прикладных научных исследований и разработок, включая биотехнологию и телемедицину.

И сегодня в продолжение этих программных положений ведутся работы по многим междисциплинарным направлениям [8, 10, 11, 13]. Перечислим некоторые из них:

• изучение воздействия физических полей естественного и искусственного происхождения на биологические системы и человека при выполнении межпланетных полетов в условиях применения различных технологий защиты;

• профилактика расстройств и исследование механизмов адаптации человека к различным производственным (техногенным) условиям, включая раскрытие молекулярных, структурных и функциональных основ индивидуальной чувствительности и устойчивости организма человека и животных к физическим, химическим и биологическим воздействиям внешней среды;

• разработка тестов для экспресс-диагностики; выделение локальных и интегральных маркеров способности к адаптации, позволяющих осуществлять индивидуальный отбор лиц для работы в наиболее сложных прогнозируемых условиях космических экспедиций;

• разработка методов физико-химической и молекулярной биологии, генной и клеточной инжене-

рии для решения задач долговременного прогноза возможных нарушений состояния здоровья членов экипажа в межпланетных полетах, в том числе на основе новых методов генной диагностики рисков сердечно-сосудистых заболеваний;

• создание новых биотехнологических и биотехнических систем для решения задач сохранения безопасности среды обитания в гермообъектах, разработка методов и средств для решения задач сохранения устойчивости экологического равновесия в гермообъектах;

• создание новых поколений систем жизнеобеспечения и защиты членов экипажа ПКК в экстремальных ситуациях: разработка методов и средств медико-технического обеспечения членов экипажа, пострадавших в результате чрезвычайных происшествий на борту ПКК, расширение ассортимента средств индивидуальной защиты и спасения (включая элементы «умной» одежды), микроминиатюрных средств мониторинга состояния жизненно важных функций в условиях экстремальной среды, средств визуализации состояния членов экипажа при выполнении опасных операций и др.;

• обеспечение экологической безопасности гермо-объектов в составе многоэлементного ПКК: разработка методов и средств оперативного токсико-ги-гиенического контроля среды обитания, прогнозирования и ликвидации последствий аварий на гермообъектах, способов ручного и автоматического (с применением робототехнических систем) выполнения бытовых операций по переработке отходов жизнедеятельности и вредных примесей в воздухе, воде и на рабочих поверхностях рабочих зон в гермообъектах; выполнение комплекса санитарно-гигиенических мероприятий, обеспечивающих поддержание уровней микробной загрязненности воздуха и поверхностей в пределах нормативных показателей (жизнедеятельность микроорганизмов в среде космического объекта может сопровождаться возникновением как медицинских, так и технологических рисков, в основе которых лежит резидентное заселение декоративно-отделочных и конструкционных материалов интерьера и оборудования бактериально-грибными ассоциациями); оптимизация энергопотребления при выполнении рабочих операций с учетом пребывания космонавтов в конкретных рабочих зонах, работы с конкретным видом оборудования и полезной нагрузки;

• создание новых робототехнических систем медицинского назначения, позволяющих обеспечить дозированную нагрузку различных мышечных групп и способствовать восстановлению нарушенных двигательных функций и присущего индивиду двигательного стереотипа на основе экспертных знаний о его индивидуальных особенностях выполнения двигательных функций и особенностях достижения необходимой физической формы;

• разработку научных основ и принципов построения робототехнических систем (технологии

№ 5-6(11-12) 2010 |

биотехносфера

экзоскелетона) для обеспечения внекорабельной операторской деятельности, требующих длительного поддержания двигательной активности при экстремально высоких физических нагрузках на основе моделирования биомеханики сложных систем «человек — защитная робототехническая конструкция», управляемой по принципам биообратной связи.

Применительно к проблемам длительных космических полетов особый интерес представляют новейшие методы физико-химической и молекулярной биологии, генной и клеточной инженерии для решения задач защиты организма от повреждений при измененных уровнях воздействия физических факторов:

• исследование механизмов снижения резистентности организма на тканевом и клеточном уровнях в условиях применения измененных уровней воздействия физических факторов внешней среды с прогнозом ближайших и отдаленных последствий для сохранения здоровья, работоспособности и профессионального долголетия космонавтов;

• исследование обменных процессов, определяющих иммунобиохимический и пищевой статус организма, молекулярных аспектов регуляции висцеральных функций, молекулярных механизмов регуляции проницаемости кровеносных капилляров и механизмов ангиогенеза, молекулярной физиологии водно-солевого обмена, а также энергетических возможностей человека в процессе выполнения различных видов тяжелого физического и умственного труда, рисков развития дезадаптивных расстройств регуляции тканевого гомеостаза для диагностики, оказания медицинской помощи пострадавшим;

• исследование базовых закономерностей генетических и серологических маркеров особо опасных и социально значимых заболеваний, развивающихся вследствие хронических профессиональных вредностей и профессиональных стрессов, способов лечения, профилактики хронических неинфекционных заболеваний, течение которых в длительных полетах может отличаться от заболеваний в обычных условиях, защиты организма человека в условиях потенциально опасных трансформаций биообъектов искусственной среды обитания человека;

• разработка новых способов восстановительного лечения и реабилитации космонавтов, с восстановлением нарушенных функций организма на основе знаний их системной организации, включая уровни тканевых и внутриклеточных повреждений, при воздействии различных типов поражающих факторов межпланетного космического полета;

• разработка способов регуляции биологических процессов организма космонавта в условиях действия факторов как хронического, так и острого, в том числе травматического, стресса для профилактики и купирования стресс-индуцированных расстройств;

• исследование способов оценки токсичности, канцеро- и тератогенности разрабатываемых специальных материалов, предназначенных для примене-

ния на новых образцах бортового оборудования ПКК, на основе молекулярно-биохимических и биологических методов в условиях комплексной защиты организма космонавта, при стимуляции физической и умственной работоспособности;

• исследование способов детекции и установления физико-химической структуры веществ, которые могут образовываться при разрушении новейших, в том числе нано-, материалов, применяемых в конструкции ПКК и приводящих к снижению функциональной активности и умственной работоспособности космонавтов, особенно на этапах принятия ответственных решений в контексте обеспечения безопасности работ на ПКК;

• медико-биологическое, в том числе токсиколо-го-гигиеническое, изучение физических и химических факторов малой интенсивности, порогового и подпо-рогового воздействия на функциональные структуры организма человека, приводящих к клеточным и тканевым нарушениям;

• исследование молекулярных механизмов защитных эффектов адаптации и способов повышения устойчивости человека к повреждающим факторам: холоду, гипоксии, физическим перегрузкам, пребыванию в космических полетах; особенностей восстановительных процессов у человека при длительном постоянном проживании и работе в экстремальных условиях; срочных и долгосрочных молекулярных механизмов адаптации к измененным газовым средам (в том числе к гипоксической и гипероксиче-ской газовой среде, газовой среде с биоактивными компонентами) в целях их оптимизации и использования для направленного изменения состояния организма космонавтов;

• исследование способов клеточной терапии на основе криогенного хранения клеточного и тканевого материала и способов симуляции репаративных процессов в ране в случае возникновения этой ситуации на борту ПКК;

• исследование механического поведения биологических тканей при силовом воздействии, при наличии статического и динамического нагружения различных видов, анализ биомеханических характеристик опорно-двигательного аппарата человека, изучение роли кинестетической информации в пространственной ориентации и обеспечении устойчивости сложной биомеханической конструкции при различных внешних возмущающих воздействиях.

Для своевременного реагирования на возникновение потенциальных угроз в длительных пилотируемых полетах необходимо решать на качественно новом уровне и следующие практические задачи:

• исследование иммунобиохимических коррелятов развития психогенно-обусловленных расстройств у космонавтов в условиях профессионального стресса и механизмов снижения резистентности к стрессиру-ющим условиям профессиональной деятельности;

• исследование молекулярных механизмов сохранения гомеостаза при длительном пребывании кос-

монавтов в искусственно модифицированных газовых средах в гермообъектах, в том числе механизмов транспорта кислорода в организме в условиях измененной газовой среды, при наличии изменения гемодинамики и показателей гемостаза в этих условиях;

• изучение механизмов регуляции теплового состояния человека в экстремальных условиях при использовании материалов с термоаккумулирующим эффектом на основе нанотехнологий в интересах создания «умной» одежды с улучшенными физиолого-гигиеническими характеристиками;

• исследование способов детекции генетических отклонений для экспертного освидетельствования состояний дезадаптации; медико-генетическое прогнозирование для выявления лиц, имеющих склонность к онкологическим, сердечно-сосудистым и другим заболеваниям.

О единой рискометрической схеме анализа

медико-биологических последствий

действия комплекса факторов на организм человека

Представленный обширный перечень рисков, с которыми уже сталкивался человек в пилотируемых космических полетах и с которыми ему, очевидно, еще только предстоит иметь дело в перспективных проектах, свидетельствует о целесообразности представления единой методической схемы того комплекса работ, который надо выполнить в интересах минимизации всех рисков и их потенциальных негативных последствий для здоровья человека, его безопасности и работоспособности. Наиболее естественно построить такую схему с позиций системно-структурного анализа в контексте базовых подходов космической эргономики и космической антропоэкологии. В данной работе мы дадим несколько более широкую трактовку предложенной ранее концепции, которая в своей основной редакции предполагает систематизированный учет разнообразных факторов, анализ их сочетанного эффекта, количественные меры риска медико-биологических последствий и эффективной дозы каждого фактора и заключается в последовательном структурировании неблагоприятных воздействий и просчете рациональных сценариев реализации профилактики нарушений здоровья человека в данных конкретных условиях. Чтобы судить о возможных мерах защиты организма и обеспечения требуемого уровня работоспособности человека в конкретных условиях жизнедеятельности, предлагается методология, согласно которой структурная схема состоит из трех каскадов (см. рисунок). Принципы каскада: R7 = f(D7), где D]_, D2, D3, ..., D7 — экспозиционная, поглощенная и эффективные дозы воздействия п факторов соответственно, причем D^ > D2 > D3 > ... > D7; Rl, ..., Rg — риск воздействия фактора или развития повреждающих эффектов, причем R^ > R2 > > R3 > ... > Rg.

Первый каскад — каскад повреждения, вокруг которого выстраивается вся многоуровневая система мер противодействия факторам и их эффектам. В этом каскаде отражена пространственно-временная последовательность вредоносных проявлений и представлены следующие звенья рассматриваемых воздействий: фактор (или факторы), система «человек — машина — среда», острые психо-медико-биологические нарушения, отдаленные последствия в состоянии здоровья, нарушение профессионального здоровья, сокращение долголетия, генетические последствия.

Второй каскад — каскад априорных мер, снижающих уровень прогнозируемого риска нарушений на этапах пролонгированного отбора и профессиональной подготовки космонавтов, а также проведения проектных и отладочно-испытательных работ эргономической направленности для оптимизации системы «человек — техника» по многочисленным психофизиологическим, физиолого-гигиеническим и медико-техническим критериям. Отбор лиц опасных профессий подразделяется на профессиональный, медицинский и психологический и включает в себя ряд мероприятий: прогнозирование устойчивости организма человека (с фенотипированием), донозо-логическую диагностику ранних нарушения состояния здоровья, врачебную экспертизу и постоянный мониторинг состояния индивидуального здоровья космонавтов по принципам персонализированной медицины и индивидуального подхода к оценке функциональных резервов организма.

Третий каскад — каскад профилактики и коррекции развивающихся нарушений отражает многоуровневую систему медико-биологических и психофизиологических «препятствий» действию каскада повреждений, в его состав входят нормирование факторов, эргономически оптимизированные системы активной защиты и спасения (при необходимости) в случае неустранимых критических отказов системы «человек — машина», средства индивидуальной и коллективной защиты, специальные способы тренировки и обучения, развитие профессионально-важных психофизиологических качеств, методы повышения резистентности организма, устойчивости к факторам, стресс-устойчивости, а также коррекция, восстановление и реабилитация.

В несколько упрощенном изложении принципы построения структурно-функциональной организации каскадной схемы достаточно естественны:

• риск нарушений профессионального здоровья является функцией дозы, которая, в свою очередь, может быть дифференцирована на экспозиционную, поглощенную и эффективную;

• включение звеньев второго и третьего каскадов позволяет постепенно снижать эффективную дозу фактора, что ведет к снижению риска неблагоприятных последствий.

На наш взгляд, предложенная нами каскадная схема сегодня может рассматриваться как базовая

Профилактическая каскадная концепция защиты организма человека и повышения его устойчивости к действию неблагоприятных факторов, специфичных для новых секторов биотехносферы, и особых условий напряженной (опасной) профессиональной деятельности:

1-111 — обозначение каскада по вертикали-; 1-6 — виды мероприятии и/или направлении работ

методология проективной космической антропоэко-логии в приложении к новым секторам искусственной биотехносферы (например, обитаемых космических гермообъектов) для оценки их ресурсов и пределов устойчивости конкретных образов гермообъектов, прежде всего с позиций потребностей учета человеческого фактора. Одна из позиций, которая модифицируется с точки зрения методологии анализа устойчивости биотехносферы: деятельность человека может нанести непредвиденный ущерб не только всей окружающей среде, но и той искусственной среде, в которую он помещен в гермообъ-екте, а также привести к нарушению взаимодействия разных секторов биотехносферы, которые образуют сложнейшие технологические комплексы (орбитальные станции — Центр управления полетами — наземные центры поддержки космической

деятельности, проектные организации и фирмы — изготовители ракетно-космической техники, Центр подготовки космонавтов имени Ю. А. Гагарина, научно-исследовательские учреждения РАН и вузы и др.). При реализации наихудшего сценария может быть нанесен вред самому человеку, что негативно скажется и на дальнейших перспективах космической деятельности. Другими словами, для преломления данной каскадной схемы в интересах оценки ресурсов и устойчивости проектируемого сектора биотехносферы необходима оценка рисков и угроз, которые вытекают из недостатков проектирования новой среды обитания человека и поддержки его деятельности. Целый ряд новых аспектов порождает невозможность априорно просчитать на Земле все риски и повышенные нагрузки на биотехносферу, и остается только придавать ей свой-

ства повышенной прочности, стабильности и обеспечивать запас ресурсов. В этом случае каскад профилактики представлен целевой деятельностью экипажа, направленной на «парирование» нештатных полетных ситуаций, восстановление технических систем после сбоев и наладку технологического оборудования в космосе. Показательный пример — внекорабельная деятельность экипажа, в процессе которой проверялось защитное покрытие космического объекта, восстанавливалась работоспособность узлов стыковки, применялись роботы-манипуляторы для перемещения грузов. Еще один наглядный случай успешной деятельности астронавтов — восстановление работоспособности оборудования спутника — телескопа Хаббл.

Моделирование элементов космической биотехносферы в наземных условиях, как условие снижения ожидаемых рисков, связанных с человеческим фактором в проектах длительных пилотируемых полетов

Необходимо особо выделить направление развития биотехнологических работ на ПКК. Полученные на сегодняшний день результаты открывают впечатляющие перспективы [8, 9, 11—13]. Работа с микробиологическими культурами биоде-градантов нефти и нефтепродуктов, а также со штаммами, используемыми для препаратов средств защиты растений, культурами клеток высших растений, позволила получить варианты культур после их экспозиции в космосе, значительно превышающие по активности исходные штаммы. Эксперименты по рекомбинации микроорганизмов в условиях орбитального полета показали реальную возможность 100 %-й передачи генетического материала между отдаленными видами, что позволяет получать уникальные гибриды с новыми заданными свойствами. Эксперименты по электрофоретической очистке и разделению белковых и клеточных биообъектов в условиях микрогравитации подтвердили возможность и эффективность использования этих методов в целях наработки опытных и опытно-промышленных партий особо чистых и высокооднородных хозяйственно-ценных биологически активных веществ. Очевидно, что такие результаты непосредственно определяют вектор развития космической биотехносферы.

Сложность и масштабность задач изучения всех сторон нового сегмента космической биотехносферы в формируемом проекте марсианской экспедиции обусловили проведение специального наземного эксперимента по моделированию полета на Марс в ГНЦ РФ — ИМБП РАН с продолжительностью моделирования до 520 суток в наземном экспериментальном комплексе [16]. Эксперимент является международным, выполняется с участием в составе экипажа специалистов из разных стран.

Данный эксперимент (изоляцией добровольцев в герметичном объекте ограниченного объема) позволяет с определенной степенью подобия воссоздать межпланетную биотехносферу и смоделировать некоторые факторы и условия марсианского полета:

• сверхдлительность (1,5-2,0 года);

• высокая степень автономности (невозможность допоставки грузов, изменения состава экипажа и досрочного возвращения на Землю; автономное поведение экипажа);

• невозможность оказания срочной помощи;

• лимитированностъ ресурсов;

• социальная депривация (ограничение контактов и информации);

• измененные условия коммуникации (задержка и временное отсутствие информационного обмена).

Подведение промежуточных итогов данного уникального эксперимента ожидается в 2011 году, оно позволит детализировать комплекс предпринимаемых мер и выбор способов защиты членов экипажа и профилактики неблагоприятных последствий рисков и угроз согласно описанной каскадной схеме.

По-видимому, следует особо выделить необходимость моделирования различных бортовых биотехнологических производств и бытовых комплексов работ экипажа по эксплуатации систем жизнеобеспечения, это важно при разработке различных схем очистки производственных стоков и твердых отходов. Вместе с тем нельзя забывать, что подобные биотехнологические производства сами по себе могут быть опасными как для обслуживающего персонала, так и для потребителей продукции, тем более что и в том, и в другом качестве выступают члены экипажа.

Заключение

С учетом изложенных положений об актуальности изучения космической биотехносферы в свете каскадной концепции защиты организма человека в длительных и сверхдлительных пилотируемых космических полетах можно констатировать необходимость дальнейших проработок узловых проблем антропоэкологии применительно к длительно функционирующим космическим гермообъектам. Успешное решение задач по проектированию и реальному воплощению автономной полнофункциональной среды для обеспечения жизнедеятельности экипажа ПКК, обладающей улучшенными характеристиками в отношении безопасности для человека и устойчивой к внешним и внутренним возмущающим воздействиям, в значительной степени зависит от того, насколько успешно будут решены принципиальные антропоэкологические вопросы безопасности жизнедеятельности человека и защиты организма с учетом прогнозируемых рисков и угроз. К их числу относятся следующие [5, 17, 18]:

• удовлетворение постоянно растущих потребностей человечества, повышение показателей его энер-

говооруженности и транспортного обеспечения, а также улучшение состояния здоровья и качества жизни, в том числе в психосоциальных и медицинских аспектах;

• экологизация деятельности человека с учетом человеческого фактора и гуманизация сфер применения новых технологий;

• радикальное улучшение показателей безопасности труда, защищенности лиц опасных профессий, характеристик защитного снаряжения, средств спасения, рабочих искусственной среды обитания применительно к условиям жизнедеятельности в гер-мообъектах;

• решение проблем долговременного пребывания и эффективной деятельности коллектива специалистов (экипажа/экипажей) в условиях постоянно действующих орбитальных станций, станций — поселений на Луне и Марсе, станций на гелиоцентрических орбитах с гарантией безопасности в отношении радиационного фактора и других неблагоприятных факторов внеземной среды обитания;

• создание новых поколений систем жизнеобеспечения и защиты организма человека от опасных факторов космического полета и потенциально негативных факторов космического пространства и применения новых технологий, существенное улучшение показателей профессионального здоровья и профессионального долголетия лиц опасных профессий, постоянно работающих в необычных и напряженных условиях труда.

Можно полагать, что никакой рукотворный продукт нельзя назвать абсолютно безопасным, особенно когда речь идет о сложнейших технологических комплексах обеспечения жизнедеятельности человека в особых условиях, а тем более новых сегментов биотехносферы. Именно поэтому надо уметь выстраивать стратегию в целях снижения выявляемых и прогнозируемых рисков и создавать конкурентные разработки, направленные на анализ потенциальных угроз и способы их парирования, причем не одномоментного применения, а, возможно, распределенного во времени и пространстве по сложному сценарию, с организацией многозвенного, сложно опосредованного процесса реализации профилактических, защитных и коррекционных мероприятий.

Есть основания утверждать, что развитие широкомасштабных исследований в области космической антропоэкологии человека позволяет достичь не только эффективных решений прикладных научно-практических задач, но и новых научных представлений о разных сферах жизни человека и общества. Тесная взаимосвязь космической отрасли со всеми областями человеческой деятельности настоятельно требует не только повышения возможностей существующих и разработки новых средств для решения традиционных для космонавтики задач, но и решения новых целевых задач в интересах удовлетворения потребностей все более широкого круга потребителей космических технологий и услуг [13].

| Л и т е р а т у р а |

1. Вернадский В. И. Биосфера и ноосфера. М.: Наука, 1989. 261 с.

2. Циолковский К. Э. Путь к звездам. М.: Изд-во АН СССР, 1960. 353 с.

3. Чижевский А. Л. Земное эхо солнечных бурь. М.: Мысль, 1974. 350 с.

4. Казначеев В. П., Спирин Е. А. Космопланетарный феномен человека: проблемы комплексного изучения. Новосибирск: Наука, Сиб. отд., 1991. 304 с.

5. Семененя И. Н. Космическая экология человека // Весщ НАН Беларусь Сер. мед. навук. 2004. № 1. С. 89-96.

6. Ушаков И. Б., Кукушкин Ю. А., Богомолов А. В. Физиология труда и надежность деятельности человека / Под ред. А. И. Григорьева; Отделение биол. наук РАН. М.: Наука, 2008. 317 с.

7. Ушаков И. Б. Экологический риск и качество жизни // Экология человека. 2004. № 6. С. 7-14.

8. ГНЦ РФ — ИМБП РАН. Наука. Значимые результаты и публикации 2009 года: [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.imbp.ru/webpages/win1251/Science/ Science.HTML. Дата обращения: 12.01.2011.

9. Координационный научно-технический совет РКА по программам научно-прикладных исследований и экспериментов на пилотируемых космических комплексах (ПКК). Космическая биотехнология: [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://knts.tsniimash.ru/ru/site/Directi-on.aspx?id=6. Дата обращения: 12.01.2011.

10. Исследования в областях космических биологии, физиологии и материаловедения. Медико-биологические исследования: [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.federalspace.ru/main.php?id=25. Дата обращения: 12.01.2011.

11. Научные исследования на российском сегменте Международной космической станции. Биотехнологические эксперименты и исследования [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.energia.ru/rus/iss/researches/ space-bio.shtml. Дата обращения: 12.01.2011.

12. Елкин К. С., Левтов В. Л., Мухоян М. 3., Романов В. В. Российские эксперименты по физике жидкости и по биотехнологии [Электронный ресурс]. Режим доступа: http:/ /www.roscosmos.ru/main.php?id=54&hl=%E1%E8%EE % F2%E5% F5%ED% EE%EB% EE% E3% E8%E8. Дата обращения: 12.01.2011.

13. Федеральная космическая программа России: [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.roscosmos.ru/ main.php?id=24. Дата обращения: 12.01.2011.

14. Григорьев А. И. От главного редактора. К 40-летию деятельности института медико-биологических проблем // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2003. № 5. С. 3-5.

15. Газенко О. Г., Григорьев А. И., Малашенков Д. К. Космическая биология и медицина на пороге 21-го века: [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.imbp.ru/ WebPages/win1251/Articles/2000/KBM-21_r.html. Дата обращения: 12.01.2011.

16. Проект «Марс-500». Имитация пилотируемого полета на Красную планету: [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://mars500.imbp.ru/index_r.html. Дата обращения: 12.01.2011.

17. Аллен Дж., Нельсон М. Космические биосферы / Пер. с англ.; под ред. В. С. Городинской; послесл. Ю. А. Шко-ленко. М.: Прогресс, 1991. 128 с.

18. Кричевский С. В. Аэрокосмическая деятельность: методологические, исторические, социоприродные аспекты. М.: Изд-во РФГС, 2007. 316 с.