Η μελέτη τεχνητής βαρύτητας ISS δείχνει υπόσχεση για διαστημικές πτήσεις μεγάλης διάρκειας

Ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός είναι η πιο ακριβή συνδρομή στο γυμναστήριο της ανθρωπότητας.

Από τις πρώτες μέρες της ανθρώπινης διαστημικής πτήσης, έχει γίνει κατανοητό ότι οι μεγάλες πτήσεις μακριά από τη βαρύτητα της Γης μπορούν να έχουν επιζήμια επίδραση στο σώμα ενός αστροναύτη. Το να επιπλέεις χωρίς βάρος οδηγεί σχεδόν πάντα σε σημαντική μείωση της μυϊκής μάζας με τον ίδιο τρόπο που οι μύες ενός ασθενούς μπορούν να τραυματιστούν εάν ξοδεύουν πολύ χρόνο ξαπλωμένος στο κρεβάτι. Χωρίς βαρύτητα να πολεμά συνεχώς, οι μύες στα πόδια, την πλάτη και το λαιμό των αστροναυτών θα εξασθενίσουν από τη μη χρήση τους σε μια εβδομάδα. Παρόλο που αυτό δεν μπορεί να είναι άμεσο πρόβλημα κατά τη διάρκεια της διαστημικής πτήσης, οι αστροναύτες που προσγειώνονται στη Γη σε αυτήν τη σωματικά μειωμένη κατάσταση είναι πιο πιθανό να τραυματιστούν.

Ευτυχώς, αυτό το πρόβλημα μπορεί να μετριαστεί σε μεγάλο βαθμό με αυστηρή άσκηση και κάθε πλοίο που βρίσκεται σε τροχιά αρκετά ευρύ για να φιλοξενήσει ανθρώπινους επιβάτες για εβδομάδες ή μήνες θα έχει αναγκαστικά αρκετό εσωτερικό όγκο για να εξοπλιστεί με βασικό εξοπλισμό άσκησης όπως διάδρομο ή μηχανή αντίστασης. Πρακτικά κάθε διαστημικός σταθμός από το Σαλιούτ 1 της Σοβιετικής Ένωσης το 1971 έχει προσφέρει κάποιο τρόπο στους επιβάτες της να ασκούνται ενώ βρίσκονται σε τροχιά. Δεν είναι υποκατάστατο της ύπαρξης στη Γη, όπου οι αστροναύτες εξακολουθούν να επιστρέφουν σπίτι πιο αδύναμοι από ό, τι όταν έφυγαν, αλλά έχει αποδειχθεί ότι είναι η πιο πρακτική προσέγγιση για την καταπολέμηση των εξουθενωτικών πτυχών του διαστημικού πτήσης μεγάλης διάρκειας.

Η πρώιμη ιδέα της NASA για τη δημιουργία τεχνητής βαρύτητας.

Φυσικά, υπάρχει ένα προφανές πρόβλημα με αυτό: Κάθε ώρα που ξοδεύετε ασκώντας στο διάστημα είναι μια ώρα που θα μπορούσε να δαπανηθεί καλύτερα για έρευνα ή εκτέλεση συντήρησης σε ένα διαστημικό σκάφος. Δεδομένου του τεράστιου κόστους όχι μόνο της τοποθέτησης ενός ανθρώπου σε τροχιά, αλλά και η διατήρησή τους για τόσο μεγάλο χρονικό διάστημα, ο χρόνος είναι κυριολεκτικά χρήμα. Αυτό μας φέρνει πίσω στο αρχικό μου σημείο: οι αστροναύτες περνούν δύο ώρες ή περισσότερο κάθε μέρα σε διάφορους εξοπλισμούς γυμναστικής ISS για να αποφύγουν την απώλεια μυών, καθιστώντας το πιο ακριβό μέλος του γυμναστηρίου στον κόσμο.

Έχει υποστηριχθεί ότι η ιδανική λύση θα ήταν να σχεδιάσουμε ένα μελλοντικό διαστημικό σκάφος που θα έχει την ικανότητα να μεταδίδει έναν ορισμένο βαθμό τεχνητής βαρύτητας στους επιβάτες του μέσω της δύναμης της κεντρομόλης βαρύτητας. Αυτή η τεχνική είναι αρκετά απλή: απλά περιστρέψτε το όχημα κατά μήκος του άξονά του και το πλήρωμα θα “κολλήσει” στο εσωτερικό του κύτους. Δυστυχώς, η προσομοίωση της βαρύτητας που μοιάζει με τη Γη με αυτόν τον τρόπο θα απαιτούσε το πλοίο να είναι πολύ μεγαλύτερο από οτιδήποτε έχει ξεκινήσει ποτέ η ανθρωπότητα στο διάστημα ή να περιστραφεί με επικίνδυνα υψηλή ταχύτητα. Αυτός είναι ένας τεράστιος κίνδυνος για αυτό που τελικά είναι απλώς μια θεωρία.

READ  Μην φιλάτε τα κοτόπουλα σας, λέει το CDC στο Salmonella Warning: NPR

Αλλά μια πρόσφατη εφημερίδα από το Πανεπιστήμιο του Tsukuba στην Ιαπωνία Μπορούν να αντιπροσωπεύουν τα πρώτα πραγματικά βήματα για την ανάπτυξη πρακτικών συστημάτων τεχνητής βαρύτητας πάνω σε επανδρωμένο διαστημόπλοιο. Ενώ η μελέτη τους επικεντρώθηκε σε ποντίκια και όχι σε ανθρώπους, τα αποτελέσματα θα έπρεπε να προχωρήσουν πολύ στην κωδικοποίηση αυτού που μέχρι τώρα ήταν κυρίως επιστημονικής φαντασίας.

ελλιπής σύγκριση

Ίσως το πιο ενδιαφέρον στοιχείο στο Μεταγραφική ανάλυση των επιδράσεων της βαρύτητας στον σκελετικό μυ του ποντικιού κάτω από μικροβαρύτητα και ένα τεχνητό περιβάλλον 1 g επί του σκάφους. είναι ότι οι ερευνητές αρχικά δεν ξεκίνησαν να μελετήσουν τεχνητή βαρύτητα καθεαυτή. Ο στόχος ήταν απλώς να μάθουμε περισσότερα για τη μυϊκή δυστροφία των θηλαστικών σε μοριακό επίπεδο καθώς σχετίζεται με τη διαστημική πτήση μεγάλης διάρκειας. Παραδοσιακά, αυτός ο τύπος έρευνας πραγματοποιήθηκε στέλνοντας μια ομάδα ποντικών στο διάστημα για μία ή δύο εβδομάδες και στη συνέχεια συγκρίνοντας τον μυϊκό τους ιστό με μια ομάδα ποντικών ελέγχου που παρέμειναν στη Γη. Αλλά η ομάδα συνειδητοποίησε νωρίς ότι ένα τέτοιο πείραμα ήταν ουσιαστικά ελαττωματικό.

ο Η AEM έδωσε στον Shuttle Rats ένα μέρος για να μείνει, αλλά καμία έλξη.

Όταν υπάρχει μια ομάδα ελέγχου και μια πειραματική ομάδα, η ιδέα είναι ότι και οι δύο ομάδες εκτίθενται σε ακριβώς ίδιες συνθήκες αποκλείω Για όσους θέλουν να το μελετήσουν. Με αυτόν τον τρόπο, μπορείτε να είστε αρκετά σίγουροι ότι τυχόν αλλαγές που παρατηρήσατε προκλήθηκαν από αυτό το στοιχείο που λείπει. Αλλά με την κλασική προσέγγιση για τη μελέτη τρωκτικών στο διάστημα, αυτό απλά δεν είναι δυνατό.

Σκεφτείτε για λίγο το ταξίδι που αντιμετωπίζουν τα πειραματικά ποντίκια. Πρώτα απ ‘όλα, θα εκτοξευτούν σε τροχιά σε έναν πύραυλο. Όχι ακριβώς μια καθημερινή εμφάνιση για ένα ποντίκι. Ενώ βρίσκονται στο διάστημα, θα ζουν σε έναν μικροσκοπικό οικολογικό κόσμο που συντηρείται τεχνητά από τα συστήματα υποστήριξης ζωής του διαστημικού σκάφους, και ακόμη και με θωράκιση, θα εκτίθενται σε κάποιο βαθμό κοσμικής ακτινοβολίας. Στο τέλος της διαμονής τους, συσκευάζονται πίσω σε ένα διαστημόπλοιο που επιστρέφει και στέλνονται ορμητικά στην ατμόσφαιρα, μόνο για να τερματίσουν τη δοκιμασία τους πνίγοντας στον ωκεανό. Εν τω μεταξύ, η ομάδα ελέγχου καθόταν όλη την ώρα σε ένα κλουβί σε κάποιο εργαστήριο.

Αυτές είναι σχεδόν συγκρίσιμες εμπειρίες. Ορισμένα από αυτά τα στοιχεία μπορούν σίγουρα να προσομοιωθούν στο έδαφος για την ομάδα ελέγχου, αλλά όχι με τον βαθμό ακρίβειας που απαιτείται για την πλήρη ακύρωσή τους. Με απλά λόγια, υπάρχουν πάρα πολλές μεταβλητές που γίνονται για να αποκλείσουν την πιθανότητα να επηρεάσουν το αποτέλεσμα ενός πειράματος. Αυτό που οι ερευνητές συνειδητοποίησαν ότι χρειάζονταν ήταν κάποιος τρόπος για την ομάδα ελέγχου να βιώσει όλες τις πτυχές του ίδιου διαστημικού πτήσης με την πειραματική ομάδα, με εξαίρεση το να ξοδεύουμε χρόνο στη μικροβαρύτητα.

READ  1.548 περιπτώσεις COVID-19, 34 επιπλέον θάνατοι αναφέρθηκαν στο μπλοκ.

ισοπέδωση πεδίου

Η απάντησή τους ήταν το Σύστημα Πολλαπλής Τεχνητής Βαρύτητας (MARS). Χρησιμοποιώντας μια μικρή φυγόκεντρο, η μονάδα Habitat Mouse (MHU) πάνω στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό μπορεί να περιστρέψει τα μισά ποντίκια αρκετά γρήγορα για να προσεγγίσει τη βαρύτητα της Γης. Τα υπόλοιπα ποντίκια ζουν στο κάτω μέρος της μονάδας, το οποίο είναι πανομοιότυπο εκτός από το γεγονός ότι δεν περιστρέφονται. Με αυτόν τον τρόπο οι ερευνητές μπορούν να διασφαλίσουν ότι όλα τα ποντίκια της μονάδας εκτέθηκαν στις ίδιες περιβαλλοντικές συνθήκες, χωρίς την παρουσία βαρύτητας.

Ωστόσο, το έγγραφο εξηγεί ότι η σύγκριση δεν είναι τέλεια. Η ομάδα ελέγχου αφιέρωσε ακόμη χρόνο στη μικροβαρύτητα, καθώς δεν απαιτείται απαίτηση τεχνητής βαρύτητας καθώς ταξιδεύουν προς και από τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό στο SpaceX Dragon. Υπάρχει επίσης ένας ορισμένος χρόνος επεξεργασίας προτού τα ποντίκια μπορούν να αφαιρεθούν από τον Δράκο και να μεταφερθούν στο MHU όταν φτάσουν για πρώτη φορά.

Ωστόσο, τόσο οι ομάδες ελέγχου όσο και οι πειραματικές ομάδες περνούν την ίδια διαδικασία. Έτσι, ενώ η ομάδα ελέγχου εκτίθεται σε σχετικά λίγες περιόδους μικροβαρύτητας που δεν βίωσαν στη Γη, εξακολουθεί να είναι μια κοινή περιβαλλοντική κατάσταση με την πειραματική ομάδα.

Τα αποτελέσματα του πειράματος, που έχουν ήδη διεξαχθεί το 2016, είναι απόλυτα σύμφωνα με αυτό που οι επιστήμονες πίστευαν εδώ και δεκαετίες: ποντίκια που διατηρήθηκαν υπό τεχνητή βαρύτητα ενώ έμειναν στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό δεν υπέστησαν μυϊκή απώλεια όπως εκείνα στη μικροβαρύτητα. Επιπλέον, η έκφραση του μυϊκού γονιδίου βρέθηκε να διαφέρει μεταξύ ποντικών στην ομάδα ελέγχου και των πειραματικών ομάδων. Αυτό υποδηλώνει έντονα ότι ήταν η απουσία βαρύτητας που προκάλεσε την αλλαγή, όχι η διαστημική ακτινοβολία όπως είχε προηγουμένως θεωρηθεί.

Δεν υπήρχε αμφιβολία ότι ήταν δυνατή η δημιουργία τεχνητής βαρύτητας στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό και το γεγονός ότι εμπόδισε την εκφυλιστική απώλεια μυών που συνέβη σε συνθήκες έλλειψης βαρύτητας ήταν επίσης αναμενόμενο. Ωστόσο, αυτό το πείραμα παρείχε τα απτά στοιχεία που απαιτεί η επιστημονική μέθοδος. Φυσικά, θα χρειαστούν περισσότερα πειράματα για να διευρύνουμε τις γνώσεις μας σε αυτόν τον τομέα, αλλά προς το παρόν, είναι ασφαλές να πούμε ότι η περιστροφή ενός διαστημικού σκάφους θα αποτρέψει πράγματι την απώλεια μυών θηλαστικών κατά τη διάρκεια μεγάλων ταξιδιών στο διάστημα.

READ  Παρακολουθήστε τη NASA να ρίχνει ένα δοκιμαστικό διαστημόπλοιο σε λεκάνη εκατομμυρίων γαλλονιών

Εξερευνήστε νέους ορίζοντες

Ενώ οι επιστήμονες μπορούν να χρησιμοποιήσουν μια φυγόκεντρο για να μελετήσουν τις επιπτώσεις της βαρύτητας πάνω από 1 γραμμάριο εδώ στη Γη, δεν υπάρχει τρόπος για αυτό μείωση Η επίδραση της βαρύτητας στο εργαστήριο. Αλλά επειδή ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός ήδη υποφέρει από έλλειψη βαρύτητας λόγω της θέσης του σε τροχιά, Μια φυγόκεντρος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή τεχνητού βάρους μεταξύ 0 και 1 g. Αυτό βάζει το MARS σε μια πολύ μοναδική θέση επειδή θα μπορούσε να επιτρέψει στους ερευνητές να προσομοιώσουν τη βαρύτητα στη Σελήνη ή τον Άρη, δίνοντάς μας μια ματιά στο πώς η παραμονή σε αυτά τα αντικείμενα μπορεί να επηρεάσει την ανθρώπινη φυσιολογία.

Αυτή είναι σημαντική πληροφορία εάν η ανθρωπότητα είναι καθόλου Δημιουργήστε ένα μόνιμο φυλάκιο στο φεγγάρι Ή πραγματοποιήστε επανδρωμένες αποστολές στον Άρη. Η μόνη γνώση που έχουμε σχετικά με την ικανότητα του ανθρώπου να προσαρμόζεται στη σεληνιακή βαρύτητα προέρχεται από τις σχετικά σύντομες παραμονές στη Σελήνη κατά τη διάρκεια του προγράμματος Apollo και ουσιαστικά δεν έχουμε ιδέα πώς το ανθρώπινο σώμα θα ανταποκριθεί για μήνες ή ίσως ακόμη και χρόνια στον Άρη.

Η έρευνα θα μπορούσε επίσης να έχει αντίκτυπο στους μελλοντικούς διαστημικούς σταθμούς. Τι γίνεται αν χρειαστεί να προσομοιώσετε μόνο ένα μέρος της βαρύτητας της Γης για να κρατήσετε την μυϊκή ατροφία στον κόλπο; Ο καθορισμός της ελάχιστης δύναμης βαρύτητας που απαιτείται για την επιβράδυνση ή ακόμη και τη διακοπή των επιβλαβών επιπτώσεων της διαστημικής πτήσης μεγάλης διάρκειας θα μπορούσε να κάνει την παραγωγή τεχνητής βαρύτητας πολύ πιο εύκολη από ό, τι υποτίθεται σήμερα.

Ολοκληρώνοντας την έρευνα, οι ερευνητές υπαινίχθηκαν ότι αυτός είναι ακριβώς ο τύπος των πειραμάτων που ελπίζουν να πραγματοποιήσουν στο μέλλον:

Αν και η τρέχουσα μελέτη καθίσταται δυνατή με υπερσύγχρονα όργανα που εφαρμόζουν ένα τεχνητό περιβάλλον 1 g στο Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, μελλοντικές μελέτες θηλαστικών θα καταδείξουν την επίδραση της μακροχρόνιας στέγασης υπό βαρυτικές δυνάμεις ασθενέστερες από 1 g , που προορίζεται να προσομοιώσει τη βαρύτητα της Σελήνης. Και ο Άρης, γνωστός ως μερική βαρύτητα. Καθώς οι πειραματικές μέθοδοι για τη διαστημική βιολογία συνεχίζουν να εξελίσσονται, μελλοντικές μελέτες μπορεί να προσδιορίσουν οριστικά τις υποκείμενες αιτίες και να προσφέρουν στρατηγικές για την πρόληψη της ατροφίας των μυών.

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *