С тех пор, как астронавты начали летать в космос в течение длительных периодов времени, было известно, что долгосрочное воздействие невесомости или микрогравитации сопровождается их влиянием на здоровье. Они включают атрофию мышц и потерю плотности костей, но также распространяются на другие области тела, что приводит к снижению функции органов, кровообращению и даже генетическим изменениям.
По этой причине на борту Международной космической станции (МКС) было проведено множество исследований для определения степени этих эффектов и того, какие стратегии можно использовать для их смягчения. Согласно новому исследованию, которое недавно появилось в Международный журнал молекулярных наук, команда исследователей, финансируемых НАСА и JAXA, показала, что искусственная гравитация должна стать ключевым компонентом любых будущих долгосрочных планов в космосе.
Как уже отмечалось, было проведено значительное количество исследований для выявления и количественной оценки воздействия микрогравитации на организм человека. Хорошим примером этого является исследование «Близнецы», проведенное Программой исследований человека (HRP) НАСА, в ходе которого изучалось воздействие на тело астронавта Скотта Келли после того, как он провел год на Международной космической станции - используя своего брата-близнеца Марка Келли в качестве контроля. ,
Эти и другие исследования подтвердили, что воздействие микрогравитации может влиять не только на плотность кости и мышечную массу, но также на иммунную функцию, оксигенацию крови, здоровье сердечно-сосудистой системы и даже возможные изменения генома и когнитивных функций. Кроме того, зрение - это также то, на что может влиять время, проведенное в космосе, которое является результатом меньшей циркуляции и кислорода, поступающего в глазную ткань.
Фактически, около 30% астронавтов, совершающих кратковременные полеты на космическом шаттле (примерно две недели), и 60%, выполняющих длительные полеты на МКС, сообщают о некотором ухудшении зрения В ответ профессор Майкл Дельп - декан Колледжа гуманитарных наук во Флоридском государственном университете (FSU) и соавтор статьи - и его коллеги рекомендуют включить искусственную гравитацию в будущие миссии.
В течение многих лет при поддержке НАСА Дельпс изучал влияние микрогравитации на зрение астронавтов. Как он сказал в недавнем выпуске новостей для бывшего СССР:
«Проблема в том, что чем дольше астронавты находятся в космосе, тем больше вероятность того, что они будут испытывать нарушения зрения. Некоторые астронавты оправятся от изменений зрения, а некоторые нет. Так что это высокий приоритет для НАСА и космических агентств по всему миру. С этим применением искусственной гравитации мы обнаружили, что оно не полностью предотвращает изменения зрения, но мы не видели худших результатов ».
Чтобы определить, уменьшит ли искусственная гравитация эти эффекты, Delp объединился с исследователями из Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) в рамках первого сотрудничества. К ним присоединились профессор Сяо Вэнь Мао (ведущий автор исследования) из Университета Линды Лома, а также сотрудники Арканзасского университета медицинских наук, Арканзасского детского исследовательского института и Университета Цукуба.
Затем команда исследовала изменения в глазных тканях мышей после того, как они провели 35 дней на борту МКС. Испытуемые состояли из 12 девятинедельных мышей мужского пола, которых доставили из Космического центра им. Кеннеди и поместили в клеточную клетку для мышей (HCU) в лаборатории JAXA «Kibo» на МКС. За время их пребывания мышей разделили на две группы.
В то время как одна группа жила в условиях окружающей микрогравитации, другая жила в центробежной среде обитания, которая произвела 1 г искусственной гравитации (эквивалент гравитации Земли). Исходя из этого, исследовательская группа обнаружила, что первая группа получила повреждение кровеносных сосудов, которые важны для регулирования давления жидкости в глазах.
«Когда мы находимся на Земле, гравитация вытягивает жидкость к нашим ногам», - сказал Фелпс. «Когда вы теряете гравитацию, жидкость смещается к голове. Это смещение жидкости влияет на сосудистую систему по всему телу, и теперь мы знаем, что это также влияет на кровеносные сосуды в глазу ».
Кроме того, команда отметила, что профили экспрессии белка также изменились в глазах мышей в результате микрогравитации. Для сравнения, мыши, которые проводили свое время в центрифуге, не испытывали почти такого же повреждения своих глазных тканей. Эти результаты показывают, что искусственная гравитация, вероятно, в форме вращающихся секций или центрифуг, будет необходимым компонентом для длительных космических полетов.
Как утверждают концепции, использование искусственной гравитации в космосе не является чем-то новым. В дополнение к тому, что космические агентства являются хорошо изученной концепцией в научной фантастике, они рассматривают ее как возможный способ установления постоянного присутствия человека в космосе. Ярким примером этого является космическое поселение Стэнфорд Торус, принципиальная схема которого была рассмотрена в ходе Летнего исследования НАСА 1975 года.
Эта совместная десятидневная программа, созданная совместными усилиями исследовательского центра Эймса НАСА и Стэнфордского университета, собрала вместе профессоров, технических директоров и студентов, чтобы составить представление о том, как люди могут когда-нибудь жить в большой космической колонии. Результатом этого стала концепция колесной космической станции, которая могла бы вращаться, чтобы обеспечить ощущение нормальной или частичной гравитации Земли.
Кроме того, вращающийся тор был рассмотрен для космического корабля, чтобы гарантировать, что астронавты в длительных полетах могли ограничить свое время в микрогравитации. Хорошим примером этого является универсальный транспорт, не предназначенный для атмосферы, предназначенный для длительных исследований в США (Nautilus-X), концепция многоцелевого космического корабля, которая была разработана в 2011 году инженерами Марком Холдерманом и Эдвардом Хендерсоном из Группы оценки технологических применений НАСА.
Как и в предыдущих исследованиях, это исследование подчеркивает важность сохранения здоровья астронавтов во время длительных полетов в космосе, а также в длительных рейсах. Тем не менее, это исследование отличается тем, что оно является первым в серии, разработанной для лучшего понимания нарушений зрения у космонавтов.
«Мы надеемся, что продолжение тесного научного сотрудничества поможет нам накопить экспериментальные результаты, необходимые для подготовки к будущим пилотируемым исследованиям дальнего космоса», - сказал Дай Шиба, старший научный сотрудник JAXA и соавтор статьи. Мао, ведущий автор исследования, также указала, что она надеется, что это исследование выйдет за пределы освоения космоса и будет применяться здесь, на Земле:
«Мы надеемся, что наши результаты не только характеризуют воздействие космического полета на глаза, но и будут способствовать новым методам лечения или лечению проблем со зрением, вызванных космическим полетом, а также других связанных с Землей расстройств, таких как возрастная дегенерация желтого пятна и ретинопатия».
Нет сомнений в том, что, когда речь заходит о будущем освоении космоса, перед нами стоит много задач. Нам нужно не только разрабатывать космические корабли, которые могли бы сочетать эффективность использования топлива и мощность, нам также необходимо снижать стоимость отдельных запусков и придумывать способы снижения рисков для здоровья при длительных полетах. Помимо влияния микрогравитации, существует также проблема длительного воздействия солнечного и космического излучения.
И давайте не будем забывать, что полетам на поверхность Луны и Марса придется столкнуться с длительным воздействием пониженной гравитации, особенно когда речь идет об аванпостах. Таким образом, было бы неестественно представить, что торы и центрифуги могут стать частью космического исследования в ближайшем будущем!
