З тих пір, як космонавти почали виходити в космос протягом тривалого періоду часу, було відомо, що тривале вплив нульової сили тяжіння або мікрогравітації відбувається з його часткою впливу на здоров'я. До них відносяться атрофія м’язів і втрата кісткової щільності, але також поширюються на інші ділянки тіла, що призводять до зменшення функції органів, кровообігу і навіть генетичних змін.
З цієї причини на Міжнародній космічній станції (МКС) було проведено численні дослідження, щоб визначити ступінь цих наслідків та які стратегії можна використовувати для їх пом'якшення. Згідно з новим дослідженням, яке нещодавно з'явилося в Міжнародний журнал молекулярних наук, команда дослідників НАСА та JAXA показала, як штучна гравітація повинна бути ключовим компонентом будь-яких майбутніх довгострокових планів у космосі.
Як зазначалося, було проведено значну кількість досліджень з метою виявлення та кількісної оцінки впливу мікрогравітації на організм людини. Хорошим прикладом цього є дослідження Близнюків, проведене НАСА Програма досліджень людини (HRP), яка досліджувала вплив на тіло космонавта Скотта Келлі після того, як він провів рік на борту Міжнародної космічної станції - використовуючи свого брата-близнюка Марка Келлі в якості контролю .
Ці та інші дослідження підтвердили, що вплив мікрогравітації може впливати не тільки на щільність кісток та м’язову масу, але й на імунну функцію, оксигенацію крові, серцево-судинний стан здоров’я та навіть можливі геномні та когнітивні зміни. Крім того, зір - це теж щось, на що може вплинути час, проведений у просторі, що є наслідком меншої циркуляції та надходження кисню до очної тканини.
Насправді близько 30% космонавтів під час короткострокових космічних польотів (приблизно два тижні) і 60% під час тривалих місій на МКС повідомили про деяке погіршення їх зору. У відповідь професор Майкл Делп - декан Коледжу гуманітарних наук Університету штату Флорида (FSU) та співавтор доповіді - і його колеги рекомендують штучну гравітацію включати в майбутні місії.
Роками та за підтримки НАСА Дельпс вивчав вплив мікрогравітації на зір космонавта. Як він сказав у нещодавньому випуску новин FSU:
"Проблема полягає в тому, що чим довше космонавти перебувають у космосі, тим більше шансів на те, що вони відчують порушення зору. Деякі космонавти відновляться після зміни зору, а деякі - ні. Тож це головний пріоритет для NASA та космічних агентств у всьому світі. Завдяки застосуванню штучної сили тяжіння ми виявили, що це не заважало повністю змінити очі, але ми не побачили найгірших результатів ».
Щоб визначити, чи штучна гравітація зменшить ці ефекти, Delp об'єдналася з дослідниками Японського агентства аерокосмічних досліджень (JAXA) у першій в історії співпраці. До них приєдналися професор Сяо Вень Мао (головний автор дослідження) з університету Лінда Лома, а також члени університету медичних наук Арканзасу, дитячого науково-дослідного інституту Арканзасу та університету Цукуби.
Потім команда вивчила зміни в очних тканинах мишей після того, як вони провели 35 днів на борту МКС. Випробувані складалися з 12 мишей-дев'ятитижневих мишей, яких вилетіли з космічного центру Кеннеді та розмістили в клітині клітини миші (HCU) в лабораторії JAXA «Кібо» на МКС. За час перебування мишей розділили на дві групи.
Тоді як одна група жила в умовах мікрогравітації навколишнього середовища, а інша мешкала в центробежному середовищі існування, яке виробляло 1 г штучної сили тяжіння (еквівалент сили Землі). Виходячи з цього, дослідницька група виявила, що колишня група зазнала пошкодження кровоносних судин, які мають важливе значення для регулювання тиску рідини всередині очей.
"Коли ми на Землі, гравітація тягне рідину до наших ніг", - сказав Фелпс. «Коли ви втрачаєте тяжкість, рідина зміщується в бік голови. Цей зсув рідини впливає на судинну систему в усьому тілі, і тепер ми знаємо, що це також впливає на судини в очах ».
Крім того, команда зазначила, що профілі експресії білка також змінилися в очах мишей в результаті мікрогравітації. Для порівняння, миші, які провели свій час у центрифузі, не зазнали майже стільки ж шкоди для своїх очних тканин. Ці результати свідчать про те, що штучна гравітація, ймовірно, у формі обертових секцій або центрифуг, стане необхідним компонентом для тривалих космічних місій.
У ході концепцій використання штучної сили тяжіння в просторі не є чимось новим. Окрім того, що це добре вивчена концепція наукової фантастики, космічні агенції розглядали її як можливий спосіб встановлення постійної присутності людини в космосі. Яскравим прикладом цього є космічне поселення Stanford Torus, головна конструкція, яка була розглянута літнім дослідженням NASA 1975 року.
У рамках спільних зусиль між NASA-м Центром досліджень Еймса та Стенфордським університетом ця десятитижнева програма складалася з професорів, технічних директорів та студентів, які збираються разом, щоб створити уявлення про те, як люди можуть колись жити у великій космічній колонії. Результатом цього стала концепція для колесоподібної космічної станції, яка б оберталася, щоб забезпечити відчуття або нормальної для Землі, або часткової сили тяжіння.
Крім того, обертовий торус вважався космічним кораблем, щоб забезпечити можливість космонавтів при тривалих місіях обмежувати свій час у мікрогравітації. Хорошим прикладом цього є універсальний транспорт без атмосфери, призначений для тривалих розвідок Сполучених Штатів (Nautilus-X), концепція багатомісійних космічних кораблів, яка була розроблена в 2011 році інженерами Марком Холдерманом та Едвардом Хендерсоном з Команди з оцінки технологій застосування NASA.
Як і в попередніх дослідженнях, це дослідження підкреслює важливість збереження здоров'я космонавтів під час тривалих місій у космосі, а також тривалих плавань. Однак це дослідження відрізняється тим, що воно є першим у серії, розробленою для кращого розуміння порушень зору серед космонавтів.
"Ми сподіваємось, що постійне міцне наукове співробітництво допоможе нам накопичити експериментальні результати, необхідні для підготовки до майбутніх розвідувальних глибоких космосів", - сказав Дай Шиба, старший науковий співробітник JAXA та співавтор статті. Мао, ведучий автора дослідження, також зазначив, що сподівається, що це дослідження вийде за межі дослідження космосу та матиме застосування тут на Землі:
"Ми сподіваємось, що наші висновки не лише характеризують вплив середовища космічного польоту на очі, але й сприятимуть новим вилікуванням або лікуванням проблем із зором, спричиненим космічним польотом, а також більше земних розладів, таких як вікова дегенерація макули та ретинопатія".
Немає сумнівів, що, коли йдеться про майбутнє дослідження космосу, перед нами стоїть багато проблем. Не тільки нам потрібно розробити космічні апарати, які можуть поєднувати ефективність використання палива та потужність, нам потрібно знизити вартість окремих пусків і придумати способи зменшити ризики для здоров’я при тривалих місіях. Крім наслідків мікрогравітації, також існує проблема тривалого впливу сонячного та космічного випромінювання.
І не будемо забувати, що місії на поверхню Місяця та на Марсі повинні супроводжуватися довготривалим впливом нижчої сили тяжкості, особливо там, де це стосується форпостів. Як таке, не можна було б уявити, що торі та центрифуги можуть стати регулярною частиною дослідження космосу найближчим часом!
