Главным требованием, определяющим облик СОЖ НКК, является её ресурс. Если система жизнеобеспечения на 10 человек будет отличаться от таковой на 1000 только количеством модулей, разница на порядок в заданной продолжительности работы требует принципиально различающихся проектно-конструкторских решений.
    Конечно, было бы идеально создать аппарат, способный доставить человека в любую точку видимой Вселенной и обратно в течение одних календарных суток, но даже в этом случае корабль должен быть домом для его экипажа. Главная причина необходимости максимально возможного ресурса СОЖ заключается в том, что при ЛЮБЫХ отказах в СЭП и ДУ продолжительность полета возрастает на многие порядки. Возможность и длительность спасательных операций в дальнем космосе будет рассмотрена ниже.
    Мы пока не можем сказать, как будут влиять на действие полевых П/МД флуктуации параметров окружающей среды даже при их безотказной работе. Поэтому должен четко выдерживаться принцип полярных исследователей: идешь на день - запасов бери на неделю. Даже при полётах внутри Солнечной системы речь идет по крайней мере о многих месяцах автономного существования. О межзвёздных же полётах при ресурсе СОЖ менее десятилетия говорить просто не приходится.
     Следующее требование относится к количественным параметрам СОЖ: при нахождении на борту НКК экипажа и пассажиров штатной численности, СОЖ должна обеспечивать возможность ее не менее чем двукратного увеличения. Иными словами, НКК должен быть готов в любую минуту принять на борт экипаж ещё по крайней мере одного такого же корабля. Это требование вытекает из понятных соображений безопасности.
     Рассмотрим теперь основные элементы СОЖ.
     5.6.1.Система обеспечения газового состава (СОГС) должна поддерживать заданный состав атмосферы обитаемых/посещаемых отсеков (ОПО), производить компенсацию её утечек, полную замену.
     Кроме того, СОГС производит заправку индивидуальных и питание шланговых дыхательных аппаратов (ИДА и ШДА), заправку спасательных (Спасательный скафандр предназначен для сохранения жизни космонавта при разгерметизации ОПО. Обычно предельно компактен и рассчитан на длительное нахождение в нём в ОПО без включения.), вакуумных (Вакуумный скафандр или скафандр для внекорабельной деятельности (ВКД) предназначен для работы в открытом космосе, на внешней поверхности КА.) и десантных (Десантный скафандр предназначен для работы на поверхности небесных тел. Отличия от скафандра для ВКД связаны главным образом с необходимостью обеспечения подвижности ног.) скафандров, осуществляет наддув шлюзовых камер и переходных тоннелей стыковочных узлов.
     Подсистема подачи нейтральных газов обеспечивает работу системы пожаротушения и работу силовых пневмоприводов.
     СОГС НКК (прежде всего – для межпланетных полётов) будет иметь две отличительные особенности, одна из которых до сих пор не присуща космической технике, а вторая вообще рассматривалась для замкнутых систем жизнеобеспечения.
     Во-первых, СОГС НКК должна обеспечивать возможность быстрой продувки ОПО как дыхательной смесью, так и нейтральными газами. Это необходимо прежде всего для дезинфекции отсеков корабля на случай патологического изменения корабельной микрофлоры в замкнутом пространстве, заражения с борта другого КА или биосферой других планет. Кроме того, наличие такой возможности позволит быстро удалить их ОПО продукты горения после ликвидации пожара.
     Во-вторых, должно быть обеспечено вакуумирование ОПО не только путём стравливания газов наддува, но и откачкой газовой смеси в хранилища с последующей регенерацией и повторным использованием. Это связано с необходимостью экономии компонентов дыхательной смеси и газов наддува при росте дальности продолжительности полётов. До настоящего времени такая возможность рассматривалась только в научно-фантастических произведениях, т.к. на пути её технической реализации стоят как газодинамические проблемы, так и сложность очистки откачиваемых компонентов от минеральных и органических включений внутриотсечной атмосферы. Кроме того, откачка газов наддува и их сжатие для заполнения хранилищ требует больших затрат энергии.
     5.6.2.Система водоснабжения обеспечивает регенерацию, хранение и подачу питьевой и технической воды потребителям. Питьевая и техническая вода различаются по глубине очистки и используются, соответственно, первая - в продуктах питания и для личной гигиены, вторая - во влажной уборке ОПО, для дезактивации и дезинфекции, как компонент системы пожаротушения и теплоноситель.
     5.6.3.Система pегенеpации служит для замыкания цикла СОЖ по воде, кислороду и - по возможности - пище. Регенерация воды осуществляется из атмосферного конденсата и путем глубокой очистки стоков. Получение кислорода производится как путем электролиза воды, так и разложением углекислого газа. Полученный при этом углерод используется для синтеза продуктов питания. В основу процесса регенерации могут быть положены разные принципы.
     Наиболее привлекательным представляется использование биологических звеньев регенерации, однако для этого необходимо решить ряд серьезных проблем.
     Во-первых, растения и животные (как высшие, так и низшие) чувствительны к внешним условиям в значительно большей степени, чем человек. Как показали многочисленные эксперименты, высшие растения не выживают в атмосфере орбитальных станций "Салют" и "Мир", для их разведения там используются специальные камеры с индивидуальной СОГС. С одной стороны, это свидетельствует о несовершенстве существующих СОЖ, с другой - о значительной сложности создания полноценных биологических звеньев системы регенерации. Биологом А.С. Керженцевым высказано мнение, что полноценное замыкание контура биологической регенерации невозможно без почвы или ее функционального аналога, в котором происходит минерализация органических отходов. По прикидкам Керженцева, площадь почвы замкнутой экосистемы на 10 человек должна быть не менее одного гектара при толщине почвы 2 м и высоте воздушного объёма 50 м [33].
     Во-вторых, при большой длительности автономных полетов для растений и животных с быстрой сменой поколений встает проблема генетического дрейфа. Мутации биокомпонентов СОЖ могут привести к их гибели, или, что менее вероятно, появлению смертельно-опасных форм жизни.
     Технологии небиологической регенерации кислорода и воды известны и в большей или меньшей степени отработаны [34], но о регенерации пищи этого сказать нельзя.
     В настоящее время известны два способа регенерации продуктов питания из непищевых (даже несъедобных) веществ - бактериальный синтез и нанотехнология (атомарно-молекулярная сборка).
     Работы в области бактериального синтеза продуктов питания интенсивно велись с 50-х годов (хотя первыми опытами такого рода можно считать производство вина и кисломолочных продуктов, которому не одна тысяча лет), их горячими проповедниками в нашей стране выступали академик А.Н. Несмеянов и писатель-фантаст А.П. Казанцев. Были достигнуты значительные успехи, в частности, лучшие дегустаторы мира не смогли отличить синтетические продукты от натуральных. Однако на пути дальнейшего развития этой технологии встали как объективно-технические (необходимость тонкой очистки конечного продукта от бактерий и отходов их жизнедеятельности, высокий требуемый уровень производственной культуры), так и психологические, даже экономические (есть предположение, что борьба нарождавшихся отечественных "зелёных" за прекращение производства белково-витаминных концентратов была инспирирована зарубежными производителями и поставщиками сельхозпродуктов) преграды.
     От использования высших животных и растений бактериальный синтез отличается значительно большей простотой поддержания необходимых условий существования бактерий, возможностью управления процессом и быстрой смены биокомпонентов в случае их повреждения.
     Нанотехнология - наиболее революционный из известных на момент написания настоящей работы видов технологии. Сам по себе термин обязан числительному, обозначающему 10^-9 – именно такими – в метрах – являются размеры объектов, с которыми нанотехнология оперирует. Сегодня этим словом и пытаются обозначить (по аналогии с микротехнологией, 10^-6), новый шаг в миниатюризации, в частности – электронных компонентов. Однако этот количественный шаг требует качественных изменений, т.к. размерами 10^-9 м характеризуются отдельные атомы. Мы используем термин «нанотехнология» в смысле, предложенном Э. Дрекслером в книге «Машины созидания» [35], т.е. как сборка отдельных, как микро- так и макрообъектов из отдельных атомов.
     Сегодня уже разработаны методы создания из отдельных атомов достаточно сложных конструкций, включая датчики наличия химических элементов, фотоэлементы, логические переключатели, силовые приводы. Однако все они выполняются перемещением отдельных атомов (либо их кластеров), либо специальным манипулятором, либо осаждением из окружающей среды, что применимо только для единичных изделий наномасштаба. Следующим – собственно, революционным – шагом станет переход к созданию наноразмерных роботов, способных под внешним управлением собирать из доступных атомов сложные конструкции, включая свои копии. Создав достаточное количество нанороботов, можно использовать их «колонии» для производства из отдельных же атомов макроизделий, причем, поскольку одновременно будут работать тысячи, миллионы таких машин, процесс будет идти очень быстро.
     Применительно к СОЖ, нанотехнология, по существу, является небиологическим аналогом бактериального синтеза. При этом органические отходы жизнедеятельности расщепляются до неорганических составляющих, из которых потом синтезируются новые органические вещества, в частности – продукты питания. Нанотехнология, видимо, решит вообще все проблемы регенерации (как и ремонта систем корабля, лечения членов экипажа), однако в данном направлении сделаны лишь первые шаги, и хронологические рамки массового применения атомарно-молекулярной сборки трудноопределимы.
     5.6.4.Система хpанения и пpиготовления пpодуктов питания включает: термоизлированные хранилища для продуктов длительного хранения; холодильные и морозильные камеры для скоропортящихся продуктов; комплекс средств приготовления пищи к употреблению (размораживание, подогрев, термообработка, насыщение водой и т.д.).
     5.6.5.Система сбоpа отходов жизнедеятельности включает не только отсос углекислого газа и канализацию, но и сбор стоков после влажной уборки, пыли при использовании пылесосов и т.д. При достаточном уровне развития системы регенерации эта же система будет утилизировать разовое постельное и носильное белье.
     5.6.6.Система экраниpования вpедных эффектов двигательной установки в зачаточном виде уже существует на КА и вообще ЛА - теплозащитные перегородки, противорадиационные экраны и т.д., однако на НКК их роль существенно возрастает.
     Во-первых, полевые П/МД при работе генерируют различные физические поля, в общем случае - переменные, с большими максимальными значениями напряженности или других аналогичных параметров. Как сама по себе высокая напряженность, так и ее колебания (скорее всего - высокочастотные) могут оказывать негативное влияние на человека и другие биологические объекты (биокомпоненты СОЖ).
     "В первом приближении" от электромагнитных, например, полей можно защититься твердотельным (а так же жидкостным, газовым, плазменным) экраном требуемой толщины и структуры, по очевидным причинам, однако, такой путь применим только для НКК с малым объемом обитаемых отсеков и только на ранних этапах их развития. Более перспективными являются активные системы, например экраны, составной частью которых также является то или иное физическое поле, или системы, гасящие поле П/МД в объеме корабля либо обитаемых/посещаемых отсеков (ОПО). Такие полевые экраны, по некоторым предположениям, способны обеспечить и защиту от радиации, выделяемой ЯР ПИЭ.
     Во-вторых, вероятно, при работе П/МД будут изменять в локальной области характеристики пространственно-временного континуума, при этом новые значения его параметров могут быть несовместимы с существованием биологической жизни или вообще высокоорганизованных форм материи. Следовательно, необходимой составной частью НКК с полевыми П/МД являются системы, стабилизирующие параметры пространственно-временного континуума хотя бы в объеме обитаемых отсеков корабля. Возможно, такая стабилизация явится "побочным эффектом" работы отдельных типов полевых П/МД.
     5.6.7. Средства внешней радиационной защиты. Межпланетный НКК выходит далеко за пределы земной (а в перспективе - и солнечной) магнитосферы, т.е. остается совершенно беззащитен перед космическими лучами. В ходе полёта возможно пересечение областей с высоким радиационным фоном, в том числе неизвестной природы. И, наконец, в процессе полёта в элементах конструкции НКК может возникать наведенная радиация. Всё это значительно повышает радиационную опасность для членов экипажа и может привести к выходу из строя электронных систем.
     Для защиты от радиационного воздействия экипажа и оборудования НКК должен применяться комплекс мер.
     Прежде всего, максимально должно обеспечиваться экранирование обитаемых отсеков элементами конструкции, агрегатами, запасами расходуемых материалов и т.д. Материалы обшивки КА должны максимально отражать СВЧ-излучение и частицы относительно малых энергий. В то же время, должно быть минимизировано или исключено использование конструкционных материалов, в которых радиация наводится. Для защиты от частиц высоких энергий предпочтительно использование физических (например, электромагнитного) полей. Можно предположить, что эффективными окажутся наборные экраны из слоёв разных веществ, но эта гипотеза нуждается в тщательной проверке.
     5.6.8.Комплекс средств медицинского обеспечения. Среди разработчиков военной техники бытует пословица о том, что «воюет не оружие, а человек». Его основной смысл вполне может быть перенесён и на технику космическую – самые превосходные корабли окажутся бесполезными в руках человека, который по тем или иным причинам оказался не способен с ними обращаться.
     В первые годы космонавтики предельно жёсткие медицинские требования объяснялись тем, что учёные просто не знали, как факторы космического полета скажутся на человеке. Кроме того, сама космическая техника первого поколения с её 12-кратными перегрузками при баллистическом спуске (и это только наиболее яркий пример) была доступна далеко не каждому.
     Очевидно, что по мере обогащения наших знаний о космическом пространстве и совершенствования техники космических полетов характер медицинских требований к экипажу будет изменяться. Собственно, об этом говорил ещё С.П. Королёв, понимавший, что при освоении межпланетного пространства на орбите должны будут работать не только люди с железным здоровьем лётчиков-испытателей, но и специалисты в самых разных областях науки и техники, скорее всего, таковым не обладающие (Впрочем, думается, по мере развития общества, неразрывно связанного с развитием космической техники, общий уровень здоровья человечества должен и будет повышаться.).
     В принципе, системы планирующего спуска уже сегодня делают полёт в космос доступным для любого человека без явно выраженных патологий, а появление НКК, пожалуй, вообще снимет подавляющую часть ограничений, и космическое путешествие станет столь же доступным, как и путешествие на современном авиалайнере. Однако следует помнить, что полёт не является самоцелью – космонавт должен не просто нормально его перенести, но, прежде всего, работать в космосе, причем достаточно длительное время. А, как известно, от неприятностей со здоровьем не застрахован даже самый здоровый и тренированный человек. Как решается эта проблема на современном этапе? Прежде всего, естественно, принимаются все возможные меры к предотвращению непредвиденных ситуаций, связанных с ухудшением здоровья человека, работающего на орбите. К таким мерам относятся медицинский отбор кандидатов, постоянные тренировки в процессе подготовки к полёту, жёсткий предстартовый карантин, планирование программы полёта и графика работы с учётом медицинских рекомендаций, послеполётная реабилитация.
     Если же неприятность все-таки случится, то первую помощь себе и друг другу космонавты могут оказать с помощью имеющегося на борту корабля или станции меднабора. В более тяжелом случае помочь в постановке диагноза и определении способов лечения сможет служба медицинского обеспечения полёта, специалисты которой всегда находятся на связи с экипажем. Наконец, в самой тяжёлой ситуации реально пойти и на экстренное возвращение заболевшего на Землю, если, конечно, это будет позволять его состояние.
     Но такой подход допустим при полётах по околоземной орбите и, может быть, при полётах к Луне. При организации же межпланетных экспедиций ситуация меняется. Хотя бы даже потому, что оперативно связаться с Землей откуда-нибудь с орбиты Марса (тем более Плутона) уже не получится, а об экстренном возвращении нечего и думать. А ведь при работе на другой планете потенциально опасных для человека факторов возникает гораздо больше, чем при полёте в околоземном пространстве, и вероятность разного рода неприятностей существенно возрастает. Простой пример – чтобы сломать ногу в условиях невесомости на ОС, наверное, нужно очень сильно постараться, в то время как при высадке на Марс такая ситуация вполне реальна.
     Существенное влияние оказывает и значительно более длительный срок полёта. При экспедициях в пределах Солнечной системы речь идет, в основном, о более продолжительном воздействии неблагоприятных факторов космического полёта, которое, в принципе, можно научиться парировать. Но при экспедициях межзвёздных, которые на первых порах будут длиться годами и даже десятилетиями, помимо этого, речь пойдет ещё и о естественных возрастных изменениях в человеческом организме, противостоять которым гораздо более трудно, если вообще возможно.
     Наконец, чем в более удалённые миры будет проникать экипажи космических кораблей, тем более вероятной будет для них возможность столкнуться с такими неблагоприятными биологическими факторами, о которых земная наука ещё и понятия не имеет. И если в пределах Солнечной системы таковую возможность следует рассматривать как неприятную, но достаточно маловероятную, то экипажи звездолётов обязаны относиться к ней уже со всей серьезностью.
     Следовательно, на борту НКК должен находиться уже не «бортовой набор по оказанию первой медицинской помощи», а комплекс средств медицинского обеспечения, не уступающий по своим возможностям серьезному земному медицинскому комплексу, а при межзвездных полетах – пожалуй, и профильному НИИ.
     По современным представлениям [34] в ходе космического полёта у членов экипажей и пассажиров НКК можно ожидать следующих заболеваний и расстройств: боли в сердце, нарушение ритма сердечной деятельности, острая сердечно-сосудистая недостаточность, гипотония, гипертония, желудочно-кишечные расстройства, “острый живот”, катар верхних дыхательных путей, пневмония, аллергическое состояние, гнойничковые поражения кожи, ожоги и ссадины кожи, нервно-психические нарушения, выраженные эмоциональные нарушения, острый конъюктивит и травмы глаз, ангина, воспаление уха, придаточных пазух носа, ларингит, вестибулярные нарушения, стоматит, травмы, тепловой удар, радиационные поражения.
     Соответственно, медицинский центр НКК должен быть оснащён следующим оборудованием, во-первых, для диагностики состояния людей, и во-вторых – собственно для лечения.
     К диагностическому оборудованию относятся полидиапазонный томограф; электрокардиограф; электроэнцефалограф. Для определения точного диагноза необходимы автоматизированные установки для химического и биохимического анализа, следует иметь растровый электронный и оптический микроскопы.
     Перечень лечебного оборудования начнём с операционного стола. Очевидно, он должен быть универсальным и позволять оперировать любой орган и любую часть человеческого тела. Необходимым для КА является ложемент хирурга, который позволит проводить операции при различной силе тяжести или в невесомости. Разумеется, именно на космических аппаратах прежде всего появятся роботы-хирурги, хотя бы в качестве ассистентов, однако это не снимает необходимости соответствующей подготовки членов экипажа. К аппаратам лечебного назначения относится и система комплексной хемотерапии.
     Для поддержания жизни больных или раненых в медцентре НКК необходимо иметь аппараты искусственного кровообращения и искусственного дыхания; аппарат «искусственная почка». Естественно, необходимы укладки медицинских инструментов, стерилизатор и термостаты для хранения медикаментов и биопроб. Поскольку медцентр является рабочим местом корабельного врача, здесь же целесообразно разместить комплексный индикатор-мнемосхему СОЖ (дублированную на посту управления бортовыми системами).
     Выбор типа и конструктивных параметров СОЖ решающим образом влияет на массу обитаемых отсеков f(T, N_эк). Так, для СОЖ на запасах (согласно [34]):

f(T, N_эк) = М^уд_запасTN_эк + М_коо,

где:
     М^уд_запас – удельная масса запасов на 1 человека (с учетом тары, ПГС и т.д.) на 1 сут.;
     T – продолжительность полёта, сут;
     N_эк – численность экипажа, чел.;
     М_коо – масса конструкции, крепежа, обшивки и т.д.
     М^уд_запас составляют 0,7 кг обезвоженных продуктов питания, 2 (не менее) кг воды, 1 кг кислорода, а также масса необходимых для хранения и подачи всего этого тары, пневмогидросистем и т.д. (последняя величина чаще всего определяется из технического уровня, на основе статистики).
     М_коо практически однозначно определяется объёмом отсеков, а он, как будет показано дальше, для данного N_эк будет иметь два значения, одно (минимальное) – при Т < 1 сут., и второе (максимальное) - при большей продолжительности полёта.
     При использовании СОЖ с элементами регенерации зависимость f(T, N_эк) резко усложняется. С одной стороны, с ростом Т, по сравнению с СОЖ на запасах, резко сокращается потребная масса расходуемых компонентов. С другой, возрастает масса регенерирующей аппаратуры, приходящейся на 1 чел., кроме того, возрастают требования к ее надёжности, ремонтопригодности, что, в свою очередь, вызывает рост массы не только самой аппаратуры, но и отсеков, в которых она расположена. Можно предположить, что, при продолжительности полёта до нескольких суток, применение СОЖ с глубокой регенерацией требует серьёзных обоснований, тогда как продолжительность полёта в несколько лет исключает из рассмотрения СОЖ на запасах.