Наступает новая эра освоения космоса, и в ближайшие годы в космос будет отправлено множество захватывающих миссий. К ним относятся пилотируемые миссии на Луну и создание там постоянных баз. Помимо системы Земля-Луна, есть несколько предложений по полетам с экипажем на Марс и за его пределы. Это создает серьезные проблемы, поскольку односторонний переход на Марс может занять от шести до девяти месяцев. Даже с новыми технологиями движения, такими как ядерные ракеты, полет до Марса может занять более трех месяцев.
В дополнение к физическому и психическому стрессу, налагаемому на астронавтов продолжительностью и длительным воздействием микрогравитации и радиации, существуют также логистические проблемы, которые будут возникать в этих типах миссий (например, массивный космический корабль, большое количество материалов и значительные расходы). В поисках альтернатив Европейское космическое агентство (ЕКА) исследует технологию гибернации, которая позволит их астронавтам спать большую часть полета и прибывать на Марс готовыми к исследованию.
Как они указали в своем исследовании, основные проблемы при планировании миссии на Марс связаны с оптимизацией общей массы космического корабля и поддержанием физического и психического здоровья экипажа. Что касается одних только запасов, это означает, что необходимо взять с собой достаточно еды, воды и других предметов первой необходимости (например, лекарств) на срок не менее двух лет. Как сказал Нго-Ань в недавнем пресс-релизе ЕКА:
«Мы говорим о 30 кг (66 фунтов) на астронавта в день, и, помимо этого, мы должны учитывать радиацию, а также психические и физиологические проблемы. Где жизнь, там и стресс. Стратегия сведет к минимуму скуку, одиночество и уровни агрессии, связанные с заключением в космическом корабле».
Эта стратегия включает в себя вызывание у астронавтов состояния оцепенения, подобного тому, которое испытывают млекопитающие во время гибернации. Это заключается в снижении скорости метаболизма организма до тех пор, пока он не войдет в период «анабиоза», что позволяет ему сохранять энергию. В контексте космического полета снижение скорости метаболизма экипажа на пути к Марсу на 25% резко уменьшит необходимые запасы и размер среды обитания.
Гибернация и оцепенение
Практика введения людей в состояние анабиоза осуществляется в больницах с 1980-х годов. Вызывая гипотермию у пациентов, снижая частоту сердечных сокращений и обмен веществ, врачи могут выполнять сложные и трудоемкие операции с большей вероятностью успеха. Однако этот процесс не является методом активного снижения энергии и не включает в себя большинство преимуществ оцепенения.
В природе животные впадают в спячку, чтобы пережить зиму, когда температура падает на месяцы, а пища и вода становятся дефицитными. В это время у них уменьшится частота сердечных сокращений, дыхания и других жизненно важных функций до части их нормальной частоты, а температура их тела упадет почти до температуры окружающей среды (т. е. температуры окружающей среды).
В то время как многие виды полагаются на спячку, чтобы пережить длительные периоды дефицита (например, тихоходки, лягушки и различные виды рептилий), медведи, пожалуй, наиболее известны. Они также кажутся лучшим образцом для подражания для человека в спячке в космосе, поскольку они имеют массу тела, сравнимую с человеческой, снижают температуру своего тела всего на несколько градусов и приобретают дополнительный жир перед входом в это состояние.
Но, как показали медицинские исследования, люди также теряют больше мышечной массы и плотности костей и подвергаются большему риску сердечной недостаточности, чем их медвежьи сородичи. Как объяснил профессор Шукер:
«Однако исследования показывают, что весной медведи покидают свое логово здоровыми, лишь с незначительной потерей мышечной массы. Им требуется около 20 дней, чтобы вернуться к нормальной жизни. Это учит нас тому, что гибернация предотвращает атрофию мышц и костей из-за неиспользования и защищает от повреждения тканей».
Решающим фактором, по-видимому, является более низкий уровень тестостерона у людей, поскольку эстрогены сильно регулируют энергетический обмен. «Очень специфический и различный баланс гормонов у женщин и мужчин и их роль в регулировании обмена веществ позволяют предположить, что женщины могут быть предпочтительными кандидатами», — добавил профессор Шукер.
Модули гибернации
Чтобы внедрить технологию гибернации в дальнем космосе, инженеры могли бы создавать капсулы с мягкой оболочкой с точно настроенными настройками на борту космических кораблей будущих поколений. Это будет тихая среда с приглушенным освещением, высоким уровнем влажности и низкой температурой менее десяти градусов по Цельсию (50 ° F). Астронавты будут носить одежду, чтобы предотвратить перегрев, и носимые датчики для измерения их позы, температуры и частоты сердечных сокращений.
Контейнеры с водой будут окружать каждую капсулу, чтобы обеспечить радиационную защиту, пока астронавты остаются в состоянии оцепенения. Тем временем искусственный интеллект будет обслуживать корабль и будить экипаж в случае возникновения аномалии или чрезвычайной ситуации. Как объяснил Александр:
«Спящий режим на самом деле поможет защитить людей от вредного воздействия радиации во время путешествия в дальний космос. Вдали от магнитного поля Земли повреждения, вызванные высокоэнергетическими частицами, могут привести к гибели клеток, лучевой болезни или раку. Помимо мониторинга энергопотребления и автономных операций, бортовые компьютеры будут поддерживать оптимальную производительность космического корабля до тех пор, пока экипаж не будет разбужен».
Эти усилия отражают аналогичные исследования, проведенные НАСА, которое вступило в партнерство с аэрокосмической компанией SpaceWorks из Атланты для изучения долгосрочного потенциала технологии гибернации. Первоначальное 24-месячное исследование завершилось в 2016 году, когда НАСА объявило о своем намерении продолжать поддерживать исследования компании. Эти и другие исследования гибернации для миссий в дальнем космосе также могут привести к новым приложениям для ухода за пациентами на Земле.
По мере развития 21-го века мы могли видеть межпланетные миссии, которые напоминают хорошо зарекомендовавший себя научно-фантастический образ — экипажи просыпаются из своих «криокамер» для решения проблем, связанных с миссией. Здесь, дома, индуцированное оцепенение может стать обычной медицинской процедурой для людей с неизлечимой болезнью или тяжелыми травмами, что даст врачам время, необходимое им для разработки лечения.
Приложения могут даже распространяться на межзвездные путешествия! Учитывая расстояния и ограничения нашей двигательной техники, межзвездная миссия с экипажем может занять столетия или тысячелетия, чтобы достичь даже ближайших звезд! Предполагая, что будущие поколения захотят совершить эти путешествия и не будут иметь какую-то причудливую новую двигательную установку (или огромный бюджет), технология гибернации может стать тем способом, которым они это сделают!
