Kodėl dirbtinė gravitacija gali būti geriausias būdas padėti astronautams atlaikyti erdvę


Kosmoso kelionių dovanos daugybė iššūkių, iš kurių ne mažiau kaip astronautų sveikata ir sauga. Ir kuo toliau šios misijos nukeliauja Žemėtuo jie tampa reikšmingesni.

Be apsauginės Žemės atmosferos ir magnetosferos, kyla ilgalaikio saulės ir kosminio poveikio grėsmė. radiacija. Tačiau nors radiacijos poveikį galima sumažinti tinkamai apsaugant, yra keletas strategijų, kaip įveikti kitą pagrindinį pavojų: ilgalaikį mikrogravitacijos poveikį.

Laive Tarptautinė kosminė stotis (ISS), astronautai pasikliauja griežtu mankštos ir pasipriešinimo treniruočių režimu, kad sumažintų fiziologinį poveikį. Tai apima raumenų atrofiją, kaulų tankio mažėjimą, organų funkciją, regėjimą ir poveikį širdies ir kraujagyslių sveikatai, genų ekspresijai ir centrinei nervų sistemai.

Bet kaip neseniai NASA tyrimas atskleidė, kad ilgalaikės misijos į Marsą ir kitas vietas gilioje erdvėje turės būti aprūpintos dirbtine gravitacija. Šiame tyrime buvo tiriamas poveikis mikrogravitacija ant vaisinių muselių TKS laive ir demonstruota dirbtinė gravitacija suteikia dalinę apsaugą nuo tų pokyčių.

Dirbtinė gravitacija į pagalbą

Tyrimą atliko mokslininkai iš tokių institucijų kaip NASA Ames tyrimų centro Kosmoso biomokslų skyrius, Naujosios Meksikos universiteto COSMIAC tyrimų centras ir Universitetų kosmoso tyrimų asociacija (USRA). Jų išvados buvo paskelbtos žurnale rugsėjo 6 d Ląstelių ataskaitos.

Šiame tyrime komanda atliko mėnesį trukusį tyrimą, naudodama daugiafunkcinę kintamos gravitacijos platformą (MVP), centrifugomis paremtą komercinį bandymų stendą, kuris į TKS buvo pristatytas 2019 m. Šis eksperimentas turi skirtingus skyrius ir musėms tiekia šviežią maistą. kaip jie gyvena ir dauginasi.

Tai leido komandai apgyvendinti skirtingų kartų muses atskirai ir esant skirtingiems gravitacijos lygiams: vieną veikiant mikrogravitacijai (kaip jų kolegoms astronautams TKS), o kitai – į Žemę panašią gravitaciją (9,8 m/s).2arba 1 g).

Tada tyrimo grupė stebėjo jų elgesį naudodama aparatinėje įrangoje įmontuotas kameras. Skirtinguose taškuose kai kurios musės buvo užšaldytos ir grąžintos į Žemę analizei, siekiant išsiaiškinti, kaip skirtingi gravitacijos lygiai paveikė jų genų ekspresiją ir poveikį jų nervų sistemoms. Kaip Janani IyerUSRA projekto mokslininkas NASA Ames tyrimų centre, paaiškino neseniai NASA pranešimas spaudai:

„Mikrogravitacija kelia pavojų centrinei nervų sistemai, o tai rodo, kad gali prireikti atsakomųjų priemonių ilgalaikėms kelionėms į kosmosą. Kai grįšime į Mėnulį ir į Marsą, žalingo mikrogravitacijos poveikio mažinimas bus labai svarbus siekiant užtikrinti būsimų tyrinėtojų saugumą. Šis tyrimas yra žingsnis teisinga kryptimi, siekiant ištirti apsauginį dirbtinės gravitacijos poveikį erdvėje ir suprasti prisitaikymą prie Žemės sąlygų grįžus iš kosmoso.

Kodėl vaisinės musės?

Vaisinės muselės yra idealus organizmas tokio pobūdžio tyrimams dėl savo panašumų į žmones, kalbant apie ląstelių ir molekulinius procesus, trumpą gyvenimo trukmę ir dauginimosi ciklus (atitinkamai du mėnesius ir dvi savaites).

Beveik 75 procentus genų, sukeliančių žmonių ligas, dalijasi vaisinės musės, o tai reiškia, kad jų genų ekspresijos pokyčiai bus panašūs į galimus žmogaus pokyčius. Be to, trys savaitės, kurias jie praleidžia kosmose, prilygsta maždaug trisdešimčiai žmogaus gyvenimo metų, o tai leidžia mokslininkams per trumpą laiką stebėti dešimtmečių biologinės informacijos.

Kai eksperimentas buvo baigtas, musės buvo grąžintos į Žemę su „SpaceX Dragon“ kapsule ir nugabentos į NASA Ames tolesnei analizei. Dvi dienas mokslininkai atliko elgsenos ir biocheminius šių „skraidūnų“ testus, kurių metu buvo stebimas jų judėjimas jų buveinėje, ląstelių pokyčiai smegenyse, kaip genų ekspresijos pokyčiai paveikė jų nervų sistemas ir kt.

Tada jie sujungė savo stebėjimus su filmuota medžiaga iš MVP kamerų ir palygino rezultatus su kontroline grupe, kuri liko Žemėje.

Tarp ištirtų elgsenų mokslininkai ištyrė, kaip musės lipo per konteinerio sieneles – natūrali vaisinių muselių reakcija, kai jos numuša. Jie nustatė, kad mikrogravitacijos musės buvo aktyvesnės nei dirbtinės gravitacijos veikiamos musės, tačiau grįžusios į Žemę patyrė sunkumų atliekant kopimo testą.

Analizė po skrydžio taip pat atskleidė, kad mikrogravitacijos paveiktos musės patyrė neurologinius pokyčius, o dirbtinės gravitacijos paveiktos musės sensta skirtingai ir susidūrė su ne tokiais sunkiais iššūkiais, kurie aklimatizavosi grįžę.

Planuoja būsimus skrydžius

Šie rezultatai rodo, kad skrydis į kosmosą sukelia stresą, kuris sukelia neigiamus elgesio ir neurologinius padarinius, taip pat genų ekspresijos pokyčius musių smegenyse. Jie taip pat teigia, kad dirbtinė gravitacija gali sušvelninti šiuos efektus skrydžio į kosmosą metu, nors vis dar yra ilgalaikių iššūkių, susijusių su reaklimatizacija prie Žemės.

Nors šie rezultatai negali tiksliai numatyti poveikio žmonių sveikatai, jie yra apytikslis ir geras atspirties taškas būsimiems tyrimams. Dr. Siddhita Mhatre, KBR Wyle vyresnioji mokslininkė iš Ames ir straipsnio autorė, apibendrino:

„Atliekant artėjančias ilgalaikes giluminio kosmoso misijas, kuriose astronautai bus veikiami įvairaus lygio gravitacijos, būtina suprasti pakitusios gravitacijos poveikį neurologinei funkcijai. Jei galime panaudoti dirbtinę gravitaciją, kad atidėtų su kosmosu susijusį deficitą, galbūt galėsime pratęsti ateities misijos terminus. Ir musės erdvėje kartu su astronautais padės toliau dėti pastangas, kad astronautai būtų sveiki.

NASA šiuo metu tiria centrifugas ir dirbtinę gravitaciją kosminėms stotims ir misijoms į gilųjį kosmosą. Pavyzdžiui, NASA koncepcijos tyrimas pavadinimu „Neatmosferinis universalus transportas, skirtas ilgalaikiams JAV tyrinėjimams” (NAUTILUS-X), besisukantis toro formos modulis, kuris užtikrintų dirbtinę gravitaciją.

NASA taip pat pasiūlė demonstracinį modulį ( ISS centrifugos demonstracija) galėtų tapti TKS įgulos miego moduliu. Šio modulio skersmuo būtų 9,1 m (30 pėdų), jo vidinis skersmuo būtų 0,76 m (2,5 pėdos) ir būtų nuo 0,08 iki 0,51 g dalinės gravitacijos.

Taip pat buvo ketinama pateikti koncepcijos įrodymą didesniam torui, kurį būtų galima integruoti į galimą erdvėlaivį, žinomą kaip Multi-Mission Space Exploration Vehicle (MMSEV). Ši koncepcija ir panašūs tyrimai pabrėžia astronautų sveikatos ir saugos priemonių svarbą ilgalaikiams skrydžiams į kosmosą.

NASA ir kitoms kosmoso agentūroms siunčiant astronautus į Mėnulį (šiuo metu pasilikti) ir vykdant įgulos misijas į Marsą ir už jos ribų, dirbtinė gravitacija gali tapti įprasta erdvėlaivių, kosminių stočių ir net paviršinių buveinių ypatybe.

Šis straipsnis iš pradžių buvo paskelbtas Visata šiandien pateikė Mattas Williamsas. Skaityti originalus straipsnis čia.