В течение многих веков представители животного мира оказывают неоценимую услугу человечеству. Они первыми идут по дороге в неизведанное, навстречу важным научным открытиям. Первыми пассажирами монгольфьера (воздушный шар, поднимающийся за счет горячего воздуха) 19 сентября 1783 г. были баран, петух и утка. А в XX веке животные стали активными первопроходцами ракетно-космических достижений.
Накануне
Животные появились в космосе еще за десятилетие до запуска первого спутника. Дело в том, что отправить что-нибудь за границу атмосферы — вверх, по баллистической траектории — гораздо проще, чем выводить объект на круговую орбиту. В таком свободном полете невесомость продолжается всего несколько минут, но для некоторых экспериментов этого достаточно. Налицо и другие полноценные факторы космического полета: перегрузки и вибрации при старте. Поэтому успешное возвращение «пассажиров» сигнализирует, что и человеку можно отправляться тем же маршрутом.
Первыми представителями фауны в космосе стали мухи-дрозофилы, запущенные 20 февраля 1947 г. на трофейной немецкой «Фау-2» с полигона Уайт-Сэндз, США. Достигнув высоты 109 км, они благополучно вернулись на Землю и тем самым доказали, что космос по крайней мере не убивает мгновенно. По программе американских геофизических пусков «Фау-2» в полеты отправлялись и другие биологические объекты: семена, мох.
А вот с млекопитающими американцам не везло. Запускаемые на разных ракетах животные погибали из-за отказа техники. 11 июня 1948 г. макака-резус Альберт I, уложенная под наркозом в ракете, вероятно, задохнулась еще до старта из-за слишком тесного размещения в капсуле. Так или иначе, ракета не достигла границы космоса, а капсула с обезьяной разбилась при посадке. Попытку повторили через год — 14 июня 1949 г. Альберт II сумел достичь космоса (134 км) живым, но приземление снова не сложилось, и он погиб. Еще несколько обезьян разных видов, запущенных по суборбитальной траектории, не вернулись живыми по разным причинам.
Первый полностью успешный полет состоялся только 28 мая 1959 г. с макакой-резус Эйбл и саймири (беличьей обезьяной) Бейкер, которые благополучно сели с высоты 483 км.
Первенство по млекопитающим, совершившим полностью успешный суборбитальный полет, принадлежит СССР.
Пассажиры с четырьмя лапами
В Советском Союзе предпочитали работать с собаками — они были доступнее приматов, выносливее и отлично поддавались дрессировке. Первая же попытка оказалась успешной: собаки Цыган и Дезик 22 июля 1951 г. благополучно приземлились после полета на высоту около 100 км.
Программа советских «собачьих» пусков состояла из трех последовательно усложняющихся этапов, предваряющих первый космический полет человека. В 29 пусках проверили жизнеобеспечение, приборы для снятия физиологических параметров (пульс, дыхание и пр.), скафандры для полета в негерметичных кабинах и катапультирование на космических высотах. Собака по кличке Отважная (ее первоначальное имя гораздо менее благозвучное — Кусачка) стала рекордсменкой, совершив пять подъемов в космос.
По этой программе слетали более трех десятков собак, из которых полтора десятка погибли, в основном по причине разгерметизации жилого контейнера или отказа парашютной системы.
Первопроходцы
Первым неофициальным биоспутником можно назвать второй аппарат на орбите — советский «Спутник-2», запущенный 3 ноября 1957 г. Его пассажир собака Лайка отправилась в космос ради науки без возможности вернуться. Ресурс системы жизнеобеспечения контейнера составлял 7 суток, но, к сожалению, из-за ошибки в расчетах теплового баланса собака погибла от перегрева гораздо раньше — спустя всего 5–6 часов после старта. Несмотря на кажущуюся простоту с точки зрения сегодняшнего дня, на заре космической эры полет Лайки был очень важным: он доказал, что можно начинать разработку корабля для человека.
Наверное, читатель ждет рассказа про Белку и Стрелку. Но справедливость требует упомянуть их менее удачливых предшественниц. На прототипе пилотируемого корабля «Восток» 28 июля 1960 г., чуть менее чем за месяц до полета своих легендарных товарок, стартовали Лисичка и Чайка. Увы, на 19-й секунде взорвался двигатель бокового блока первой ступени ракеты. Система аварийного спасения еще не была отработана, и собаки вместе с другими биологическими объектами погибли.
А вот Белка, Стрелка, четыре крысы, сорок мышей, а также образцы растений, семян, микробов и других биологических объектов успешно стартовали 19 августа 1960 г. и вернулись 20 августа, сделав 17 витков вокруг Земли за 25 часов. Впервые в истории человечества живые существа, совершив космический полет, благополучно возвратились на Землю.
В состоянии животных не было обнаружено заметных отклонений от нормы. Конечно, жаль, что, вопреки классическим сюжетам комиксов, облученные космическими лучами семена не дали урожай гороха размером с арбуз, но был сделан вывод: можно запускать человека! Правда, Белка, сама того не ведая, ограничила полет Гагарина одним витком: собака начала волноваться и явно нехорошо себя чувствовать на четвертом витке. А вот Стрелка, вскоре после возвращения родившая здоровых щенят, выступила не только подтверждением безопасности будущего полета человека, но и прекрасным средством пропаганды: факт подарка одного из ее щенков семье американского президента Джона Кеннеди широко известен.
Последующие полеты подтвердили полученные данные. К сожалению, поскольку корабль «Восток» только создавался, а его ракета-носитель совершенствовалась, не все миссии завершились успешно. Собаки Пчёлка и Мушка погибли из-за малого времени работы тормозного двигателя. Жулька и Жемчужина не вышли на орбиту — приземлились в тайге и только по счастливой случайности не замерзли. Тем временем данные по успешным полетам Чернушки (9 марта 1961 г.) и Звёздочки (25 марта 1961 г.) позволили подтвердить готовность всех систем космического корабля для первого полета в человека в космос.
Отставание США в космической гонке привело к забавному казусу. Энос, запущенный в корабле «Меркурий» 29 ноября 1961 г., стал первым шимпанзе на орбите, но только третьим приматом после двух представителей вида homo sapiens — Юрия Гагарина и Германа Титова, также относящихся к этому отряду в биологической систематике.
В тени людей
Во второй половине 1960-х появились специализированные аппараты для изучения влияния факторов космического полета на живые организмы, или, проще говоря, биоспутники. 22 февраля 1966 г. на орбиту отправились собаки Ветерок и Уголёк с задачей определения реакции живых организмов при длительном полете через радиационные пояса. Их аппарат назывался «Космос-110», но фактически являлся кораблем «Восход». Собаки провели в космосе 22 дня и, вернувшись, чувствовали себя неважно: шерсть местами облезла, они предпочитали лежать и испытывали постоянную жажду. Для полного восстановления собакам потребовалось три месяца. Тем не менее Ветерок и Уголёк прожили потом долгую жизнь, оставили здоровое потомство, а данные их миссии были использованы при подготовке длительного полета экипажа на «Союзе-9».
В США существовала одноименная программа Biosat («Биоспутник») — по изучению влияния факторов космического полета на жизненные процессы, на базовую биохимию клеток, структуру тканей, а также на рост и формирование растений и животных. В рамках программы на орбиту отправили три аппарата. У Biosat-1 в декабре 1966 г. отказал тормозной двигатель — капсула осталась на орбите и в итоге из-за естественного торможения через месяц вошла в атмосферу и разрушилась. Biosat-2 провел в космосе всего двое суток — с 7 по 9 сентября 1967 г. — и был возвращен досрочно из-за урагана в районе посадки. Результаты проведенных на борту экспериментов были признаны вполне успешными.
Следующая миссия — Bioast-3 — планировалась как месячный полет свинохвостого макака, однако начатый 29 июня 1969 г. эксперимент пришлось завершить досрочно после всего восьми суток из-за ухудшающегося состояния обезьяны. Увы, Бонни ушел из жизни через день после посадки.
Биологические эксперименты были и на американских лунных миссиях. «Аполлон-16» и −17 везли на борту установку Biostack для изучения воздействия высокоэнергетических космических частиц на живые организмы. Оказалось, что споры переносят их лучше всего, а вот икра земноводных гораздо более уязвима. В командном модуле «Аполлона-17», кроме трех астронавтов, летела пятерка мышей.
В советских «Зондах» (фактически беспилотная модификация корабля «Союз» для облета Луны) с 5-го по 8-й к естественному спутнику Земли и обратно слетали черепахи, дрозофилы, микроорганизмы, семена и клеточные культуры. За исключением разбившегося «Зонда-6», полеты остальных аппаратов прошли вполне благополучно, в том числе и для их пассажиров.
Самая большая серия
Удачная конструкция корабля «Восток» позволила создать универсальную платформу для широкого спектра работ на орбите. В спускаемый аппарат можно было поместить человека (получался «Восток»), фотоаппараты (выходил спутник фоторазведки «Зенит») или укладки с экспериментами. Чисто для биологических исследований служили аппараты серии «Бион», а на «Фотонах» их совмещали с технологическими.
Первый спутник серии «Бион» под названием «Космос-605» отправился в космос 31 октября 1973 г., а первый «Фотон» — 16 апреля 1985 г. По программе «Бион» на сегодня проведено 12 запусков, по программе «Фотон» — 16, что делает их самой большой серией биоспутников.
Рожденные в космосе
Обычно на фоне полетов знаменитых собак забывают, что в СССР запускали в космос также и обезьян. 12 макак-резус с именами по алфавиту от Абрека до Мультика летали на «Бионах» с номера 6-го по 11-й. На спутниках шли исследования по широкому спектру направлений. На аппаратах № 3 и № 4 одна группа живых организмов находилась в невесомости, а другая — в центрифуге. Позднее, на Земле, ученые могли сравнить результаты и сделать выводы о необходимости создания на космических аппаратах искусственной гравитации.
«Бион-5» был во многом посвящен теме размножения в невесомости. Любопытными оказались результаты эксперимента с мухами-дрозофилами. В ходе полета насекомые могли откладывать яйца в зонах с искусственной гравитацией, равной 0; 0.3; 0.6 и 1 земной. Как выяснилось, инстинкты оказались сильнее: мухи откладывали яйца, не обращая внимания на уровень гравитации. Эксперименты по эмбриогенезу показали, что cила тяжести важна только на ранних этапах развития зародыша — от оплодотворения до стадии бластулы.
Невесомость не стала препятствием и для развития растений как в ранней, так и в поздней стадиях. Сенсацией стал таракан Надежда из «экипажа» «Фотона-М3», в 2007 г. оказавшийся первым живым существом, принесшим потомство, зачатое в космосе. Мухи-дрозофилы, отправившиеся в полет на «Фотоне-М4» в 2014 г., дали три поколения потомства в невесомости, вернулись на Землю, а затем их потомков отправили уже на МКС.
Говоря простыми словами, эксперименты на биоспутниках дают основания для осторожного оптимизма по поводу колонизации космоса в отдаленном будущем.
Курьезы и завтрашний день
Множество биологических экспериментов проведено как на орбитальных станциях, так и на шаттлах, которые формально не относятся к биоспутникам. На «челноках» могли проводить биологические эксперименты длительностью до 2.5 недель, а на орбитальных комплексах — месяцами и годами. Так, на Международной космической станции с 2014 г. работает специальное оборудование RRHS для исследований над мышами. Партии грызунов по нескольку десятков штук регулярно отправляются на МКС грузовыми кораблями.
Кстати сказать, каждый космонавт и астронавт параллельно своей героической работе сам также является объектом для экспериментов.
Биологические образцы отправлялись за пределы земной орбиты не только на кораблях, но и на автоматических межпланетных станциях. Случались и курьезные ситуации: неудачная посадка израильского аппарата «Берешит» на Луну 22 апреля 2019 г. привела к тому, что, возможно, по району посадки были рассыпаны находящиеся в состоянии анабиоза тихоходки. Это крайне живучие существа, способные в таком виде переживать и экстремальные температуры, и даже вакуум (этот факт, кстати, установили на «Фотоне-М3» в 2007 г.). Но для того, чтобы ожить, им все-таки требуются нормальные условия, и, по современным представлениям, тихоходки могут вернуться к жизни из анабиоза, который продолжается не более десяти лет. Так что через пару-тройку декад проблема загрязнения Луны тихоходками, скорее всего, решится сама собой.
На китайской межпланетной станции «Чаньэ-4», мягко прилунившейся 3 января 2019 г., установили контейнер с потенциально замкнутой микро-экосистемой из растений нескольких видов, дрожжей и дрозофил. По плану эксперимента, растения должны были вырабатывать кислород, мухи — его потреблять и размножаться, а дрожжи — перерабатывать отходы мух в питательные вещества для растений. К сожалению, эксперимент прекратился спустя всего девять суток вместо запланированных ста: контейнер замерз с наступлением лунной ночи.
Важность биоспутников очевидна. Медики и биологи считают, что на животных допустимо проводить эксперименты, которые по этическим или другим причинам невозможны на людях. Как правило, даже после успешного приземления выживших животных усыпляют, вскрывают и изучают. Но такая жертва не напрасна — полученные знания помогают осваивать космос, жить и работать там все дольше и лучше.
Работы по биоспутникам продолжаются. В 2024 г. в полет должен уйти «Бион-М» № 2. Первоначально ожидалось, что его отправят на высокоэллиптическую орбиту, но, по последним сведениям, это будет типичный низкоорбитальный запуск. А к Луне планируют отправить новый аппарат «Возврат-МКА-Л».
О российских планах биологических исследований в космосе мы планируем рассказать в одном из следующих номеров.
Русский космос, Филипп Терехов
