Kopš astronauti sāka doties kosmosā ilgāku laika periodu, ir zināms, ka ilgstoša nulles vai mikrogravitācijas iedarbība ir saistīta ar tās ietekmi uz veselību. Tie ietver muskuļu atrofiju un kaulu blīvuma samazināšanos, bet attiecas arī uz citiem ķermeņa apgabaliem, kas izraisa samazinātu orgānu darbību, asinsriti un pat ģenētiskas izmaiņas.
Šī iemesla dēļ uz Starptautiskās kosmosa stacijas (ISS) ir veikti daudzi pētījumi, lai noteiktu šīs ietekmes apmēru un kādas stratēģijas var izmantot to mazināšanai. Saskaņā ar jaunu pētījumu, kas nesen parādījās Starptautiskais molekulāro zinātņu žurnāls, NASA un JAXA finansēto pētnieku komanda parādīja, kā mākslīgajam gravitācijai vajadzētu būt galvenajai sastāvdaļai turpmākajos kosmosa ilgtermiņa plānos.
Kā minēts, ir veikts ievērojams daudzums pētījumu, lai identificētu un kvantitatīvi novērtētu mikrogravitācijas ietekmi uz cilvēka ķermeni. Labs piemērs tam ir Dvīņu pētījums, ko veica NASA Cilvēku pētījumu programma (HRP) un kurā tika pētīta ietekme uz astronauta Skota Kellija ķermeni pēc tam, kad viņš gadu pavadīja Starptautiskajā kosmosa stacijā - izmantojot savu dvīņubrāli Marku Kelliju kā kontroli .
Šie un citi pētījumi ir apstiprinājuši, ka mikrogravitācijas iedarbība var ietekmēt ne tikai kaulu blīvumu un muskuļu masu, bet arī imūnās funkcijas, asins oksigenāciju, sirds un asinsvadu veselību un pat iespējamās genoma un kognitīvās izmaiņas. Turklāt redzi var ietekmēt arī kosmosā pavadītais laiks, kas rodas, pateicoties mazākai cirkulācijai un skābekļa nokļūšanai acs audos.
Faktiski aptuveni 30% astronautu īslaicīgos kosmosa lidojumos (aptuveni divas nedēļas) un 60% ilgstošu misiju uz ISS ir ziņojuši par dažiem viņu redzes traucējumiem. Atbildot uz to, profesors Maikls Delps - Floridas Valsts universitātes (FSU) Humanitāro zinātņu koledžas dekāns un līdzautors uz papīra - un viņa kolēģi iesaka mākslīgo gravitāciju iekļaut turpmākajās misijās.
Gadiem ilgi un ar NASA atbalstu Delps ir pētījis, kā mikrogravitācija ietekmē astronautu redzi. Kā viņš teica nesenā FSU ziņu izlaidumā:
“Problēma ir jo ilgāka kosmonautu atrašanās kosmosā, jo lielāka iespējamība, ka viņiem būs redzes traucējumi. Daži astronauti atgūsies no redzes izmaiņām, bet citi nē. Tātad šī ir NASA un kosmosa aģentūru prioritāte visā pasaulē. Izmantojot šo mākslīgo gravitāciju, mēs atklājām, ka tas pilnībā neaizkavē acs izmaiņas, bet mēs neredzējām sliktākos iznākumus. ”
Lai noteiktu, vai mākslīgais smagums mazinātu šos efektus, Delps sadarbībā ar Japānas Aerokosmiskās izpētes aģentūras (JAXA) pētniekiem sadarbojās. Viņiem pievienojās profesors Xiao Wen Mao (pētījuma galvenais autors) no Lindas Loma Universitātes, kā arī locekļi no Arkanzasas Universitātes Medicīnas zinātnēm, Arkanzasas Bērnu pētniecības institūta un Tsukuba universitātes.
Pēc tam komanda pārbaudīja izmaiņas peļu acs audos pēc tam, kad tās pavadīja 35 dienas uz ISS. Pārbaudes subjekti sastāvēja no 12 deviņu nedēļu vecu peļu tēviņiem, kas tika izlidināti no Kenedija kosmosa centra un tika izvietoti peles biotopu krājuma vienībā (HCU) JAXA “Kibo” laboratorijā ISS. Uzturēšanās laikā peles tika sadalītas divās grupās.
Kamēr viena grupa dzīvoja apkārtējās vides mikrogravitācijas apstākļos, otra dzīvoja centrbēdzes biotopu vienībā, kas radīja 1 g mākslīgā gravitācija (Zemes gravitācijas ekvivalents). Pēc tam pētījumu grupa secināja, ka bijušajai grupai ir bojāti asinsvadi, kas ir svarīgi šķidruma spiediena regulēšanai acīs.
"Kad mēs atrodamies uz Zemes, gravitācija velk šķidrumu uz mūsu kājām," sacīja Phelps. “Pazaudējot smagumu, šķidrums virzās galvas virzienā. Šī šķidruma maiņa ietekmē asinsvadu sistēmu visā ķermenī, un tagad mēs zinām, ka tā ietekmē arī acs asinsvadus. ”
Turklāt komanda atzīmēja, ka olbaltumvielu ekspresijas profili ir mainījušies arī peļu acīs mikrogravitācijas ietekmē. Salīdzinājumam - pelēm, kuras pavada laiku centrifūgā, acs audi nebija tikpat daudz bojāti. Šie rezultāti norāda, ka mākslīgais gravitācija, iespējams, rotējošu sekciju vai centrifūgu veidā, būs nepieciešama sastāvdaļa ilgstošām kosmosa misijām.
Koncepcijām tuvojoties, mākslīgā gravitācijas izmantošana kosmosā nav nekas jauns. Papildus tam, ka kosmosa aģentūras ir labi izpētīts jēdziens zinātniskajā fantastikā, tās ir apskatījušas arī kā iespējamu veidu, kā noteikt pastāvīgu cilvēka klātbūtni kosmosā. Spilgts piemērs tam ir Stenfordas Torusa kosmosa apmetne, galvenā konstrukcija, kas tika ņemta vērā 1975. gada NASA vasaras pētījumā.
NASA Ames pētījumu centra un Stenfordas universitātes sadarbības rezultātā šajā desmit nedēļu programmā darbojās profesori, tehniskie direktori un studenti, lai sanāktu kopā, lai izveidotu redzējumu par to, kā cilvēki kādreiz varētu dzīvot lielā kosmosa kolonijā. Rezultātā tika izstrādāta koncepcija riteņiem līdzīgai kosmosa stacijai, kas varētu griezties, lai nodrošinātu Zemes normāla vai daļēja smaguma sajūtu.
Turklāt, lai nodrošinātu, ka astronauti, kas dodas ilgstošās misijās, varētu ierobežot laiku mikrogravitācijas ietekmē, kosmosa kuģiem ir apsvērta rotējoša tora ”izmantošana. Labs piemērs tam ir atmosfēras universālais transports, kas paredzēts ilgstošai Amerikas Savienoto Valstu izpētei (Nautilus-X), vairāku misiju kosmosa kuģa koncepcija, kuru 2011. gadā izstrādāja inženieri Marks Holdermans un Edvards Hendersons no NASA Tehnoloģiju lietojumu novērtēšanas grupas.
Tāpat kā iepriekšējos pētījumos, šis pētījums uzsver astronautu veselības saglabāšanas nozīmi ilgstošu misiju laikā kosmosā, kā arī ilgstošu braucienu laikā. Tomēr šis pētījums izceļas ar to, ka tas ir pirmais sērijā, kas izstrādāta, lai labāk izprastu astronautu redzes traucējumus.
"Mēs ceram, ka spēcīga sadarbība zinātnes jomā palīdzēs mums uzkrāt eksperimentālos rezultātus, kas vajadzīgi, lai sagatavotos turpmākai cilvēku apzinātai dziļā kosmosa izpētei," sacīja Dai Šiba, JAXA vecākā pētniece un līdzautore. Mao, pētījuma galvenā autore, arī norādīja, ka viņa cer, ka šis pētījums pārsniegs kosmosa izpēti un tam būs pielietojums šeit uz Zemes:
"Mēs ceram, ka mūsu atklājumi ne tikai raksturo kosmosa lidojuma vides ietekmi uz acīm, bet arī veicinās jaunu ārstēšanu vai ārstēšanu no kosmosa lidojuma izraisītām redzes problēmām, kā arī vairākos ar zemi saistītos traucējumos, piemēram, ar vecumu saistītā makulas deģenerācija un retinopātija."
Nav šaubu, ka, runājot par kosmosa izpētes nākotni, mūs sagaida daudz izaicinājumu. Mums ne tikai jāattīsta kosmosa kuģi, kas var apvienot degvielas patēriņa efektivitāti un jaudu, mums jāsamazina individuālo palaišanu izmaksas un jāizdomā veidi, kā mazināt ilgtermiņa misiju radīto risku veselībai. Papildus mikrogravitācijas ietekmei ir arī jautājums par ilgstošu saules un kosmiskā starojuma iedarbību.
Un neaizmirsīsim, ka misijas uz Mēness virsmu un Marsu būs jātiek galā ar ilgstošu pakļaušanu zemākam gravitācijas spēkam, it īpaši attiecībā uz izejām. Tāpēc nebūtu tālu iedomāties, ka tori un centrifūgas tuvākajā nākotnē varētu kļūt par regulāru kosmosa izpētes sastāvdaļu!
