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去火星有哪些危險?深空輻射 微重力 幽閉空間…

火星上一個前哨基地的藝術圖。圖片來源:美國太空網

宇航員前往火星的旅程並不像遊客們前往瑞士那麼輕鬆、愜意且自在,而是一段充滿了各種不確定因素和未知風險的冒險之旅。執行火星探索任務的宇航員將不得不長期與深空輻射、微重力、幽閉空間、與世隔絕等壓力作鬥爭。

畢竟,就目前的技術而言,宇航員到達火星至少需要6個月時間,而返回地球也需要同樣長的時間。因此,他們必須做好準備,克服生理和心理等方面的挑戰。美國國家航空航天局(NASA)也正努力在本世紀30年代將宇航員送上火星之前,降低其可能面臨的各種風險。

壓力源「協同作戰」

據美國太空網近日報道,NASA人類研究項目(HRP)首席科學家珍妮弗·福格蒂本月早些時候表示,宇航員搭乘的宇宙飛船「將不得不提供滿足宇航員基本生存所需的一切甚至更多,因為我們希望他們能夠勝任這份對認知和身體狀態都有極高要求的工作。」

HRP的任務是找出航天飛行對宇航員的影響,並制定減輕和降低這些影響的策略。福格蒂說,該項目旨在識別出5類「壓力源」,這些「壓力源」可以顯著影響人類在執行深空任務過程中的健康狀況和表現,包括重力場的改變、不友好的環境、輻射、隔離/限制,以及與地球之間的遙遠距離等。

HRP科學家和世界各地的其他研究人員正試圖認真分析並了解所有這些壓力源,他們在地球上進行實驗,仔細監測在國際空間站(ISS)工作的宇航員的心理和身體健康狀況。這項工作的長期目標是幫助實現載人火星任務,NASA希望在本世紀30年代末之前完成這一使命。事實上,幾年前,NASA宇航員斯科特·凱利和米哈伊爾·科爾尼延科在國際空間站呆了11個月(約是通常停留時間的兩倍),以幫助研究人員評估非常長期的太空任務(比如火星往返之旅)對宇航員的影響。

然而,要準確描述這樣一次火星之旅會給宇航員帶來何種影響非常困難。福格蒂說,因為航天飛行的各種壓力源一般並非「單獨行動」,很有可能是「協同作戰」,幾乎不可能把所有危險因素放在一個實驗環境中。

例如,科學家在地球實驗室中對動物進行輻射研究,就沒有考慮到微重力的影響,因為目前無法將其加入進去;而國際空間站無法提供深空輻射數據,因為它在地球的保護磁層內運行;此外,在軌道實驗室安裝輻射發射裝置似乎也不是個好主意。

輻射是最大風險

有些壓力源更令人擔憂——研究人員和NASA官員反覆強調,輻射是宇航員執行火星任務所面臨的最危險因素之一。

HRP項目的太空輻射元素科學家麗莎·西門森博士解釋稱:「人類前往火星最大的挑戰之一是暴露於輻射的風險。長期暴露於輻射中可能帶來的健康風險,輻射會通過活體組織傳播,沉積能量導致DNA結構損傷,並改變許多細胞過程。」

研究表明,暴露於高輻射環境下會增加宇航員晚年患癌症的風險。最近一項研究表明,執行火星任務的宇航員可能受到高劑量輻射,這些累積的輻射足以損害他們的中樞神經系統,使他們在情緒、記憶力和學習能力等方面受到影響。

福格蒂提到了另一個需要集中研究的問題:航天飛行相關的神經—眼綜合征(SANS),也稱為視覺障礙/顱內壓(VIIP)。SANS指的是太空飛行可能給宇航員帶來嚴重而長期的視力問題,這可能是由於液體流動增加了顱骨內的壓力。

福格蒂說:「目前在近地軌道上,SANS非常容易管理而且也比較容易恢復,但以我們對這個系統的了解,還不足以預測在某些探測任務中,SANS是否也會保持這種狀態。所以,這是我們目前研究的最優先的生理領域之一。」

依靠月球上火星

NASA目前的計劃是,不直接去火星,而是以月球為中間站。到2024年,讓兩名宇航員在月球南極附近著陸,之後不久,在月球及其周圍建立長期可持續的基地。

NASA官員表示,他們將通過「阿爾忒彌斯」計劃開展這些活動,主要目的是學習將宇航員送上火星所需的技能和技術。「阿爾忒彌斯」基礎設施的關鍵部分之一是一個小型繞月空間站——「門戶」,它將作為月球表面活動的中心。無論是機器人的還是載人的著陸器,都將從「門戶」下降到月球表面,而在「門戶」前哨上的宇航員,很可能也會從那裡操作漫遊車。

大量研究將在「門戶」內進行,其中大部分研究將調查宇航員在一個真正的深空環境內的健康狀況和表現。福格蒂提到了一種研究策略,這種策略可能對規劃「火星之路」特別有用——在月球軌道前哨上研究人類組織的小樣本。

這樣能規避一個影響研究的最大問題——使用嚙齒動物和其它非人類動物作為模型。福格蒂說:「我們如何在老鼠和人類之間架起一座橋樑呢?因為它不是直接適用的,這也困擾著陸地醫學和研究。但是隨著晶元上器官和組織的不斷湧現,以及科學家對其不斷的驗證,你可以用這些晶元概括出人體非常複雜的側面。我們可以將晶元作為一個模型有機體,在理解複雜環境方面取得重大進展,以此來真正解決人類的局限性的問題。」

責任編輯: 夏雨荷   來源:科技日報 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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