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通往火星的道路充滿了危險。
執行火星任務的太空人將不得不同時與深空輻射、微重力、以及隔離帶來的壓力進行長時間的鬥爭,畢竟,目前到達火星至少需要6個月的時間,而返回地球也需要同樣長的時間。
太空人們必須從生理上和心理上順利通過這一關。
8月早些時候,在NASA未來太空行動工作組的一次報告中,國宇航局的人類研究項目(HRP)的首席科學家珍妮弗·福格蒂(Jennifer Fogarty)表示,搭載這些太空人的宇宙飛船「將必須為太空人提供基本生存所需的一切,甚至更多,因為我們還希望太空人能夠在太空中執行工作,而這份工作對認知能力、身體條件都有著要求。」
許多壓力
HRP的任務是確定航天飛行對太空人的影響,並制定緩解策略。Fogarty說,該項目識別出了五類太空「壓力源」,這些「壓力源」可以顯著影響人類的健康和人類在深空任務中的表現,這五個「壓力源」分別是改變的重力場,不利的封閉環境,宇宙輻射,隔離,以及與地球之間的遠距離(這意味著地球的幫助在非常遙遠的距離之外)。
HRP的科學家和世界各地的其他研究人員正試圖控制所有這些壓力源,他們正在地球上進行實驗,並對國際空間站(ISS)太空人的心理和身體健康進行仔細監測。
這項工作的長期目標是幫助實現載人火星任務,美國宇航局希望在本世紀30年代末之前完成這一任務。幾年前,美國宇航局太空人斯科特·凱利(Scott Kelly)和太空人米哈伊爾·科爾尼延科(Mikhail Kornienko)在國際空間站上呆了11個月——大約是通常停留時間的兩倍——以幫助研究人員評估長期太空任務的影響(比如火星往返之旅)。
然而,要準確記錄這種長時間航行給太空人帶來的傷害是非常困難的。福格蒂說,這是因為航天飛行壓力源的累積效應可能是疊加或者是相互交叉的,所以把所有的危險因素放在一個實驗環境中幾乎是不可能的。
例如,科學家會對地球上的實驗室動物進行輻射研究,但是這個實驗並不包括微重力這個因素,並且目前也暫時沒辦法將微重力這個因素加入到實驗當中。(國際空間站無法提供深空輻射數據,因為它運行在地球保護磁層內,而在軌道實驗室安裝輻射發射裝置也顯然不是個好主意。)
最大的擔憂
有一些壓力源比其他的壓力源要更令人擔憂。例如,研究人員和美國國家航空航天局(NASA)官員一直反覆強調輻射是火星任務中最大的危險之一。
高強度輻射暴露會增加太空人晚年患癌症的風險,除此之外它還會帶來其他更緊迫的問題。例如,最近的一項研究表明,執行火星任務的太空人可能會受到高輻射的累積影響,這足以損害他們的中樞神經系統。研究發現,太空人的情緒、記憶力和學習能力均可能因此受到影響。
Fogarty提到了另一個需要集中研究注意力的問題,那就是與航天飛行相關的神經-眼症候群(SANS),也稱為視覺障礙/顱內壓(VIIP)。SANS指的是太空飛行可能給太空人帶來的潛在嚴重永久視力問題,這可能是由於液體移動增加了顱骨內的壓力。
Fogarty說:「目前在近地軌道上,SANS非常容易控制和治癒,但是我們目前對這個疾病機制的了解,還不足以讓我們預測SANS在深空探索任務中是否會同樣保持這種狀態。所以,這是我們正在研究的最為關注的生理領域之一。」
月球是一個試驗場
美國宇航局並沒有直接去火星的打算。按NASA的計劃,到2024年,NASA會先讓兩名太空人在月球南極附近著陸,不久之後再在月球及其周圍建立長期的可持續人類活動基地。
NASA官員表示,這些任務的主要目的是學習將太空人送上火星所需的技能和技術。NASA將通過一個名為「阿爾忒彌斯」(Artemis)的項目開展這些太空任務。
阿爾忒彌斯的一個關鍵部分就是一個名為「門戶」(Gateway)的小型繞月空間站,它將會作為月球地表活動的中心。NASA官員說,月球登陸器,無論是機器的還是載人的,都將會通過「門戶」下降到月球表面,而在「門戶」上的太空人很可能也會從那裡操作月球漫遊車。
月球軌道空間站,即「門戶」還會進行大量的研究,其中大部分將會在一個真正的深空環境中調查太空人的健康和表現。Fogarty提到了一種研究策略,這種策略可能對規劃火星任務的規劃者特別有用——那就是在月球軌道前哨上研究人類組織的小樣本。
Fogarty說,對於使用齧齒動物和其他非人類動物作為模型生物的研究來說,這樣的研究將會幫助研究人員避開一個影響研究的最大問題,即「可譯性」。
「我們要怎樣消除老鼠和人類之間的差異呢?這些研究並不是直接適用於人體的,這個問題同樣困擾著地球上的醫學和研究,」她說。
「但是隨著培養皿器官和組織的發明,以及對它們的不斷驗證,你可以把這些真實的人體組織和人類連接起來,本質上,你可以用這些培養皿概括出人類某些非常複雜的方面,」Fogarty補充道,「我認為,將培養皿模型作為一個有機體模型的話,我們可以真正地了解人類的局限性,並且在理解複雜環境方面取得重大進展。」
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