Prawie jak w filmach. Wychodzi na to, że na Marsa polecimy uśpieni w śpiulkolotach

Odkąd człowiek lata w kosmos prowadzone są badania nad efektami wpływu długotrwałej izolacji (psychika), niskiej grawitacji (zdrowie fizyczne), czy tez promieniowania (zmiany na poziomie DNA), na ludzki organizm. I za każdym razem gdy kończy się kolejny projekt wraz z licznymi odpowiedziami pojawiają się pytania, a zarazem niezbyt pozytywne wnioski.

Pobyt w kosmosie niszczy czerwone krwinki, a to tylko jeden z problemów

Niedawno okazało się, że czerwone krwinki w trakcie podróży kosmicznych są narażone na degradację w ogromnym tempie. Wedle doniesień kanadyjskich naukowców tempo niszczenia czerwonych krwinek jest 50% większe niż na Ziemi. Na dodatek efekt pogorszonego stanu zdrowia, który znamy powszechnie jako anemia, utrzymuje się nie tylko przez cały czas podróży, ale także długo po powrocie astronautów na Ziemię.

Badanie krwi na pokładzie MSK

Lekarze wiedzieli o tym, że pobyt w kosmosie wpływa niekorzystnie na kondycję człowieka od samego początku lotów w kosmos, ale teraz wiedzą dokładniej dlaczego tak się dzieje. Dr Guy Trudel szef projektu badawczego, porównuje efekty kosmicznej anemii do osłabienia organizmu jaki wywołuje czasem u ludzi infekcja COVID-19. Takie porównanie jest na pewno chwytliwe, ale nie wgłębiajmy się już dalej w to zagadnienie.

Wciąż wątpimy, że uda się nam dziś podróżować bez problemów na Marsa

Liczba sceptyków co do szans na podróże międzyplanetarne przy obecnym stanie technologii nie maleje. I nie ma się co temu dziwić. Podróż w daleki kosmos, pomiędzy Ziemią i Marsem jest czymś czego w żaden sposób nie da się porównać do pobytu na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (MSK), a nawet podróży na Księżyc. Obecne systemy napędowe umożliwiają transport z Ziemi na Marsa w około sześć miesięcy (dziewięć w mniej wymagającym scenariuszu).

Dziś to nawet porządnych łóżek w tym kosmosie nie ma. Na zdjęciu Paolo Nespoli w module Harmony na pokładzie MSK w trakcie snu

Tyle czasu ludzki organizm będzie wystawiony na niekorzystny wpływ przestrzeni kosmicznej. Minimalizowany oczywiście przez konstrukcję pojazdu, ale nie całkowicie. Do tego dochodzi tak samo długi powrót.

Lot przy stałej aktywności wymaga dużego pojazdu kosmicznego. Kapsuła nie da rady

Jeśli załoga będzie miała przez te sześć miesięcy być stale aktywna, to nie może przebywać w pojeździe tak ciasnym jak SpaceX Dragon czy szykowany do podróży na Księżyc Orion. Znacznie lepszym byłby w tym przypadku Starship, ale i jego możliwości ładunkowe mogą być zbyt małe, by zapewnić załodze żywność, wodę i inne potrzebne rzeczy na około dwa lata misji, bo tyle trwałaby podróż na Marsa, pobyt na miejscu i z powrotem. Owszem, już teraz zakłada się, że sporą część potrzebnych zasobów uda się człowiekowi wytworzyć na miejscu na Marsie, ale wciąż pozostaje kwestia podróży.

Pojazd Hermes z filmu Marsjanin

W trakcie której człowiek nie tylko będzie musiał dbać o efektywne wykorzystywanie zapasów, ale i stawić czoła niebezpiecznemu promieniowaniu kosmicznemu. Poza ochronnym polem magnetycznym Ziemi, które całkiem nieźle izoluje astronautów na pokładzie MSK, promieniowanie to będzie znacznie bardziej niebezpieczne.

Hibernacja to prawdopodobnie najlepsze rozwiązanie dla długich podróży kosmicznych

Powoli wśród naukowców i lekarzy pracujących nad koncepcją lotu na Marsa rośnie przekonanie, że jedynie zmniejszenie zapotrzebowania na wodę, żywność, a także przestrzeń życiową w trakcie podróży, pozwoli nam skutecznie podróżować na Czerwoną Planetę. Na razie, dopóki wynalazki pozwalające skrócić lot do miesięcy czy też kilku dni są w powijakach.

Lekarze, potrafią już wymusić u wymagających tego pacjentów w szpitalach torpor (wymuszony długotrwały, podobny do snu stan) za pomocą terapeutycznej hipotermii. Lecz wciąż nie jest to rozwiązanie, które pozwala osiągnąć stan hibernacji podobny jak u zwierząt zapadających w długi sen zimowy lub w czasie, gdy dostęp do żywności i wody jest mocno ograniczony.

Człowiek na Marsa nie może lecieć jako mrożonka…

W przypadku hibernacji w trakcie lotu na Marsa konieczne jest ograniczenie aktywności organizmu i zapotrzebowania na czas podobny jak w przypadku snu niedźwiedzia czy wiewiórek arktycznych. Jedynym znanym naczelnym, który hibernuje jest lemurek (ang. dwarf lemur).

Te zwierzęta śpią od 3 do nawet 6 miesięcy. Dla badań nad hibernacją ludzi najlepszym odpowiednikiem jest niedźwiedź brunatny. Niesporczaki, płazy i gady również potrafią hibernować, ale nam potrzebna jest hibernacja, która nie wpływa negatywnie na mięśnie, nie wiąże się także ze znacznym obniżeniem temperatury do takiej jak otoczenie, a jedynie o kilka stopni.

Scena z filmu Obcy - Decydujące Starcie. Tak to raczej nie będzie wyglądało

Tylko wtedy ludzki organizm nie odniesie uszczerbku. Redukcja metabolizmu u człowieka w stopniu znacznym, czyli prawie tak jak zamrożenie, przy dzisiejszym stanie wiedzy jest niemożliwa.

… a raczej jak niedźwiedź

I to właśnie niedźwiedź czarny stanowi najbliższy nam przykład hibernującego ssaka. Gdyby teraz udało się zaadoptować ten mechanizm w przypadku człowieka, to bylibyśmy dużo bliżej pomyślnych podróży międzyplanetarnych. Podobnie jak w przypadku misiów, także astronauci powinni przybrać na wadze przed długim lotem. Niedźwiedzie tracą bowiem w trakcie snu od 25 do 40% masy ciała. Z kolei skuteczny mechanizm usuwania nadmiaru azotu z organizmu zapobiega atrofii mięśniowej.

To z pewnością tylko dłuższa drzemka, ale ten pan potrafi zasnąć na długo

Po takiej hibernacji niedźwiedź potrzebuje kilkunastu dni by wrócić do formy, ale to już znacznie mniejszy problem, także w przypadku hibernacji człowieka.

Jak wyglądałaby kapsuła hibernacyjna?

Młodzież na pewno okrzyknęłaby ją mianem śpiulkolotu, co idealnie podkreślałoby jej charakter. Nie będzie to bowiem komora, w której człowiek zostanie zamrożony. Hibernacja w przypadku astronauty oznacza obniżenie temperatury o mniej niż 10 stopni Celsjusza, a także zachowanie we wnętrzu komory wysokiej wilgotności. Hibernacja będzie w tym przypadku wymuszana lekami, które dostosują metabolizm w organizmie do obniżonego poziomu.

Choć astronauta w hibernacji nie będzie się znacząco poruszał, to będzie dysponował wygodnym miękkim łóżkiem, a także odzieżą obniżającą ryzyko przegrzania się. I tak jak się spodziewacie, podobnie jak w filmach s-f, zostanie ubrany w różnego rodzaju sensory monitorujące jego pozycję, temperaturę ciała, bicie serca i wiele innych wskaźników w organizmie, które decydują o zdrowiu.

To nie wszystko. Komora hibernacyjna będzie otoczona powłoka wypełnioną wodą, która zapewni izolację od szkodliwego promieniowania kosmicznego.

Czy jest jakiś haczyk? Jakie korzyści niesie hibernacja w trakcie lotu?

Hibernacja rozwiązuje liczne problemy, o których wspomniałem ja początku tekstu. A więc:

• zmniejsza zapotrzebowanie na żywność i inne zasoby,
• nie degraduje tkanki mięśniowej i kostnej w takim stopniu jak przy zachowaniu aktywności,
• minimalizuje stres związany z przebywaniem w przestrzeni kosmicznej i w zamknięciu.

Problemem, który należy rozwiązać w przypadku hibernacji, jest zapewnienie załodze odpowiedniej kontroli, także w przypadku pojazdu kosmicznego przemierzającego nieprzyjazną przestrzeń. Potrzebny jest więc system komputerowy, który będzie autonomicznie funkcjonował i podejmował decyzje w przypadku krytycznych sytuacji.

A takie niestety mogą pojawić się w trakcie wielomiesięcznej podróży. Stworzenie takiego systemu, prawdopodobnie wykorzystującego Sztuczną Inteligencję, to duże wyzwanie. Które jak zawsze w przypadku zastosowania SI wiąże się z pytaniem, czy jej decyzje będą bezpieczne dla załogi i słuszne. To bowiem nie tylko łazik, który co najwyżej skręci w złym kierunku, ale ludzkie życie, którego nie da się zastąpić.

(UWAGA: SPOILER) Wizja kapsuły hibernacyjnej w filmie Tlen. Tutaj bohaterka musi walczyć o życie ze względu na uszkodzenie kapsuły w wyniku zderzenia pojazdu transportowego z asteroidą

Na razie na szczęście chcemy dolecieć tylko na tego Marsa, więc przygody rodem z filmów s-f nam raczej nie grożą.

Źródło: ESA, NASA, inf. własna