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挑战重重,火星探险者们准备好了吗?

原标题:挑战重重,火星探险者们准备好了吗?

作者:Melanie Whiting, Laurie Abadie

翻译:郭琳琳

校对:王延昕 海砚

原文链接:https://www.nasa.gov/feature/5-hazards-of-human-spaceflight

人类的火星之旅充满了无穷无尽的复杂性,为了将奔赴红色星球的使命从科幻转变为现实,美国国家航空航天局(NASA)组建人类研究项目组分析宇航员可能遭遇到的风险,并将这些风险划分为5大类来展开研究。该分类将有利于系统性地克服任务执行中所面对的重重阻碍。然而,这些风险并不是孤立存在的,它们能相互作用进而加剧对人体健康造成的影响。为了准确评估人类的行为表现及太空探索过程所需的对策,诸如地面模拟器、实验室及国际空间站等,都被作为试验平台用于进一步研究相关风险。

各种研究平台为NASA提供了太空探索过程中人类身心如何应对的深刻见解。相应的结果数据及所发展的技术理论,均可进一步应用于多年期的行星任务中。

01

辐射

空间辐射是人类火星之旅面临的首要风险也是最难以形象化,这是因为人眼无法看到空间辐射。辐射不仅是看不见的,还是五大风险中威胁性最强的。

在地球的天然保护层之外,暴露在辐射中会增加癌症风险、损害中枢神经系统、改变认知功能、削弱运动机能并促使行为改变。为了解低地球轨道上将发生的情况,NASA 利用地面研究实验室研究辐射对生物样本的影响。

国际空间站正好位于地球的保护磁场内,因此尽管我们的宇航员所暴露在的辐射比地球高十倍,但仍然远小于深空中蕴藏的辐射值。

为减轻这种风险,深空飞行器将配备有效的屏蔽罩,放射剂量测定仪及警报装置。药物对抗领域的研究也正在进行中,如有助于抵御辐射的药品开发。

02

孤独与受限感觉

尽管宇航员们都经过了专业的行为训练,但由于长期挤于狭小空间内所导致的行为问题仍不可避免。宇航员均通过精心挑选、严格培训并辅以全方位的支持,从而确保他们能够以团队的形式在太空中有效工作数月或数年。

在地球上,我们可以随意地拿起手机即刻与身边的朋友保持联系。然而在火星之旅中,宇航员们将远比我们想象到的更加孤立和受限。失眠、昼夜生理节律失调、超负荷工作都将进一步加剧该问题,进而导致其工作状态下降,健康问题突出,并可能影响到任务目标的执行。

为解决这一危险,用于监测行为健康和调整/改进航天环境中各类工具及技术的方法正在紧张研究中,以检测和应对早期风险因素。还有其他相关领域的研究也在同步进行中,包括工作量与表现度方面研究,可调整生理节奏的光疗法研究,节律相移与警觉性研究等。

03

远离地球的距离

第三个也是最直观的危险来自于——距离。 火星到地球的平均距离是1.4亿英里(约2.25亿公里)。宇航员将离开我们的星球大约三年,而不是为期三天的月球旅行。 虽然国际空间站的探险活动为这类旅行后勤计划的预期影提供了粗略的参考基础,但数据并不总是具有可比性的。 如果国际空间站发生了重大疾病或紧急情况,船员可在数小时内返回家中。 此外还有货运飞船不断地为国际空间站的宇航员补给新鲜食品、医疗设备及其他资源。 然而,一旦你为火星点燃了发动机便再无回头路,再无补给。

精细规划与自给自足是成功完成火星任务的关键。 面对长达20分钟的单向通信延迟以及设备故障或医疗紧急情况的各种可能性,宇航员必须能够在没有地球上同伴支持的情况下应对一系列的状况。

04

重力与失重

宇航员将遇到的重力变化是第四大风险。 在火星上,宇航员需要在地球八分之三的重力下生活和工作长达两年。 此外,探险者将在完全失重的环境下完成行星间六个月的长途跋涉。

除火星及深空外,还必须考虑到第三个重力场。 当宇航员最终返回家园时,他们需要重新调整身体相关机能系统以适应地球引力,因为人体骨骼、肌肉、心血管系统在没有地球引力的情况下受影响多年。 更加复杂的是,当宇航员从一个重力场过渡到另一个重力场将会是非常紧张吃力的经历,因为从行星表面发射或穿越大气层下降时宇航员所受过载是地球引力的数倍。

目前相关研究正在进行中,用以确保宇航员在任务执行各阶段均保持健康状态。 NASA正在确定FDA(美国食品药品监督管理局)批准的骨质疏松症治疗法以及此类治疗的最佳时机,以减轻宇航员患早期骨质疏松症的风险。 适应性培训计划及提升各类感官能力也分别处于调查研究阶段,以期缓解宇航员的平衡控制问题。 同时,对每个宇航员制定针对性健身方法的研究工作正在进行中,完成各项关键任务所需的新陈代谢值也将进一步得到确定。

05

恶劣/封闭的环境

宇宙飞船不仅是一个家,也是一台设备。 NASA了解到航天器内的生态系统在宇航员的日常生活中发挥着重要作用。 重要的居住因素包括温度、压力、照明、噪音及空间数量。宇航员必须获得必要的食物、睡眠及运动来保持健康和快乐。

正如一切对外在世界的探索一样,科技能在恶劣的环境中创造出宜居的家园。 科技也将监控一切,从空气质量到可能存在的人体微生物(在封闭的环境中,人体自然存活的微生物更容易从一个人转移到另一个人的身上)。宇航员也不例外,通过监测他们的尿液和血液样本的分析数据可得到相关应激源的有价值信息。 同时,飞船乘员还被要求提供有关其生活环境的反馈,包括物理印象及感觉,这有助于航天器的演化来持续满足人类在太空中的需求。 资源的广泛回收也同样是必不可少的:氧气、水、二氧化碳,甚至包括废弃物。

围绕人类的研究对空间探索至关重要

NASA已详细确定并剖析了人类太空飞行的五大挑战,为抵达火星提供了集中化、有组织的努力。在该机构内,设有相应团队分别致力于以上五个领域内航天飞行的发展研究。该人类研究计划坚定不移地确保肩负火星任务的宇航员们的健康与活力。 虽然这五种风险为我们带来了重大挑战,但同时也为技术、医学以及对人体学的探索研究提供了发展与创新的宝贵机会。每成功完成一项挑战,便是迈近火星一步。

关于NASA人类研究计划

NASA的人类研究计划(HRP)致力于挖掘最佳方法与技术以支持安全高效的人类太空旅行。 HRP通过使用地面研究设施、国际空间站和模拟环境,降低宇航员健康及行为的风险,使太空探索成为可能。 这还引发了一项探索性生物医学计划的开发和交付,该计划的研究重点是:确定人类健康、行为表现及可居住性标准; 制定对策和风险缓解措施; 实现先进的可居住性和医疗支持技术。 HRP通过向高校、医院及NASA中心资助逾300个研究项目,覆盖30多个州的200多名研究人员,有力地支持创新性、科学性的人类研究。

原文作者:

Melanie Whiting, 美国宇航局约翰逊航天中心

Laurie Abadie, 美国宇航局约翰逊航天中心

NASA人类研究战略传播

原文更新于 2018年9月11日

原文编辑:Melanie Whiting

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编排: 邱晓磊

本账号系网易新闻•网易号“各有态度”签约账号

NASA's twin Mars rovers, Spirit and Opportunity,

have been on the surface of Mars for more than eight years.

图片来源:NASA/JPL

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