Ако астронавтите са зимували при дълги пътувания, те ще се нуждаят от по-малък космически кораб

Има обезпокоителна липса на хибернация в нашите космически планове. Във филмите и книгите астронавтите изскачат и излизат от хибернация – или застой, или криогенен сън, или спряна анимация, или нещо подобно – редовно. Ако някога разберем някакъв вид хибернация, можем ли да се възползваме от него, за да се справим с по-малки космически кораби?

Европейската космическа агенция (ESA) работи за отговор на този въпрос.

ESA разполага с това, което те наричат ​​„тематичен екип“, работещ върху хибернацията на човека. Тематичният екип работи под чадъра на Екип за напреднали концепции , която изучава идеи и технологии, които са от дългосрочно значение за космическите усилия на ЕКА. Това е като мозъчен тръст, който поддържа мултидисциплинарни изследвания.

Ако искаме бъдеще, в което мисии с екипаж до други планети – или вероятно други слънчеви системи – са реалност, тогава човешкият хибернация ще бъде част от него. Или това, или а звезден кораб от няколко поколения , с всичките му параметри, които изискват ресурси.

ESA казва, че са „идентифицирали контролираното използване на вцепеняване и хибернация като технология, променяща играта за човешки космически полет“. Те също така спекулират, че понижаването на метаболизма на астронавтите при дълги космически пътувания може не само да запази въздуха, водата и храната, но и да намали тяхната чувствителност към радиационни увреждания.

ESA използва техните Съоръжение за едновременно проектиране (CDF), мултимедийно съоръжение, което позволява на различните им екипи да работят заедно, за да изследват хибернацията на човека за пътуване до близка планета, вероятно Марс. Членовете на екипа направиха равносметка на текущата технология за пътуване в космоса за петгодишна мисия на Марс, която изпраща шестима астронавти до Червената планета и обратно. Това е първият път, когато проучват въздействието, което хибернацията може да има върху дизайна на мисията.

„Работихме по коригирането на архитектурата на космическия кораб, неговата логистика, защита срещу радиация, консумация на енергия и цялостния дизайн на мисията“, коментира Робин Бийзбрук от CDF.

Има много за размисъл. Различни научнофантастични филми и книги са изследвали човешката хибернация, така че повечето от нас могат да посочат много от проблемите. Какви психологически ефекти ще има? Със сигурност би било шокиращо да спим в хибернация за седмица, месец, година, дори по-дълго и след това да се събудим някъде в космоса. Как би могло едно човешко същество да се подготви за това?

А какво ще кажете за безопасността? Научната фантастика е пълна с хора, които се събудиха твърде рано или твърде късно от хибернация. Слаби и повръщащи, или може би покрити със студена пот, много от главните герои са се събудили в неподходящия момент и са открили, че животът им е обърнат с главата надолу от неправилно функционираща система за хибернация.

Но първо нещата.

Как технологията за хибернация, ако можем да я разработим, би повлияла на дизайна на космически кораб?

„Разгледахме как екип от астронавти може най-добре да бъде поставен в хибернация, какво да правим в случай на извънредни ситуации, как да се справяме с безопасността на хората и дори какво въздействие би имало хибернацията върху психологията на екипа. Накрая създадохме първоначална скица на архитектурата на местообитанието и създадохме пътна карта за постигане на валидиран подход за хибернация на хората до Марс в рамките на 20 години“, каза Бисбрук.

Вероятно първото нещо, което трябва да забележите, е размерът на жилищните модули. Екипажът в хибернация би могъл да използва много по-малък хаб модул от екипа в будно състояние, както илюстрира това изображение.

Референтен жилищен модул за мисия на Марс с екипаж в сравнение с неговия еквивалент, базиран на хибернация. Кредит на изображението: НАСА

Предварителното проучване показа, че масата на космическия кораб може да бъде намалена с една трета. Екипажът хибернира в малки шушулки, които ще служат като каюти за екипажа, докато е буден. Премахването на консумативи би помогнало, като елиминира няколко тона маса.

Напречно сечение на модула за хибернация, показващо отделните квартали, които биха се удвоили като хибернационни капсули по време на фазата на круиз. Шушулките с мека обвивка ще имат индивидуални термоконтроли и гъвкава изолация, с вентилатор за циркулация на въздуха и контрол на влажността, за да се предотврати кондензация, когато температурата се намали по време на хибернация. Шушулките също ще бъдат добре защитени срещу радиация. (1) частни помещения за екипажа, (8) система за поддържане на живота и съхранение, (10) пространство за циркулация. Кредит на изображението: ESA

Проучването разглежда 180-дневен круиз до Марс. Астронавтите ще трябва да натрупат допълнително телесни мазнини преди мисията и лекарство би предизвикало хибернация или вцепененост. Те щяха да спят зимен сън вътре в затъмнените си, охладени шушулки и когато се събудят, ще има период на възстановяване от 21 дни.

Една от най-известните опасности, пред които са изправени астронавтите при дълги космически полети, е радиацията. Високоенергийните частици изобилстват в космоса и защитата на екипажа е основна грижа. Но тъй като членовете на екипажа ще спят зимен сън на едно място, това улеснява проектиране на защита. Екраниране, като контейнери за вода, може да се изгради около шушулките.

Функционални зони на модула за хибернация: (1) частни помещения за екипаж, (2) упражнения, (3) хигиена и отпадъци, (4) трапезария и гардероб, (5) работна станция, (6) кухня и храна, (7) медицински консумативи , (8) животоподдържащи системи и складиране, (9) експлоатационни и поддръжка. Като цяло местообитанието е разделено на две зони с обитаеми обеми: помещенията на екипажа, които се използват по време на цялата мисия, и обемите за гардероб и работна станция, приготвяне и хранене на храна, събиране на отпадъци и хигиена, упражнения, медицински, оперативни и цели за поддръжка, които се използват само през времето, когато екипажът е буден и активен. Кредит на изображението: ESA

Основното предположение зад човешката хибернация в космоса е изградено около хибернацията на животните. Има два вида хибернатори в животинското царство: задължителни хибернатори, които зимуват ежегодно, независимо от температурата или условията; и факултативни хибернатори, които зимуват като отговор на стресови фактори в околната среда. Много видове животни спят зимен сън, включително мечки, торбести, прилепи, някои гризачи и някои катерици.

„От известно време хибернацията се предлага като инструмент за промяна на играта за човешки космически пътувания “, обяснява ръководителят на екипа на SciSpacE Дженифър Нго-Ан. „Ако успеем да намалим основния метаболизъм на астронавта със 75% – подобно на това, което можем да наблюдаваме в природата с големи зимуващи животни, като някои мечки – бихме могли да постигнем значителни спестявания на маса и разходи, извършвайки дългосрочни изследователски мисии по-осъществимо.'

Това все пак е голямо ако. Хибернацията на мечката все още е донякъде мистериозна. Те рециклират своите протеини и урината си, докато зимуват. И те могат да спят зимен сън до 7 месеца, без да губят костна маса. Други хиберниращи животни прекъсват вцепеняването си с периоди на по-типична температура и сърдечен ритъм, наречени еутермични възбуди. Как всичко това ще се управлява при хората, вид, който естествено не спи зимен сън, не е известно.

Все пак има някаква предпоставка за хибернация на човека и това идва от съвременната медицина.

„И основната идея за поставяне на астронавтите в продължителна хибернация всъщност не е толкова луда: широко сравним метод е тестван и приложен като терапия при пациенти с травма в критични грижи и тези, които трябва да бъдат подложени на големи операции за повече от две десетилетия“, каза Нго-Анх. „Повечето големи медицински центрове имат протоколи за предизвикване на хипотермия при пациенти, за да намалят метаболизма им, за да спечелят основно време, поддържайки пациентите в по-добра форма, отколкото биха били иначе.

Така че изследователите не започват от нулата. Те поне имат отправна точка, за която са предназначени тези типове мозъчни тръстове.

„Ние целим да надграждайте това в бъдеще , чрез изследване на мозъчните пътища, които се активират или блокират по време на започване на хибернация, като се започне от животни и се премине към хората“, заключи Нго-Анх.

Повече ▼:

• Съобщение за печата: Хиберниращите астронавти ще се нуждаят от по-малък космически кораб
• ТОВА: Екип за напреднали концепции; Биоинженерство: Хибернация
• JSTOR ежедневно: Мистериите на хибернацията