Już na pierwszy rzut oka można zauważyć, że załogowy lot w kosmos jest dużo bardziej złożony i może przynieść znacznie więcej komplikacji niż misje bezzałogowe. Żeby człowiek mógł dolecieć na Marsa, potrzebuje mieć umiejętności i cechy pozwalające na pokonanie przeszkód stojących na drodze powodzenia misji. W tym celu NASA zorganizowała ćwiczenia, w ramach których astronauci narażeni są na różne niebezpieczeństwa i stres. Zalicza się je do pięciu grup. Niebezpieczeństwa czekające w kosmosie często nie występują pojedynczo. Mogą wzmacniać się nawzajem i w ten sposób potęgować swój negatywny wpływ na ludzki organizm. Zagrożenia są badane na ziemi przy użyciu misji analogowych, badań laboratoryjnych oraz w kosmosie na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.
Różne badania prowadzone przez NASA przynoszą istotne informacje na temat zachowania ciała i umysłu człowieka podczas długiego pobytu w kosmosie. Wyniki tych obserwacji w połączeniu z nowo opracowanymi technologiami są istotnym źródłem wiedzy na temat wieloletnich misji międzyplanetarnych.
- Oddalenie od Ziemi
Prawdopodobnie pierwszym problemem przychodzącym na myśl jest znaczne oddalenie od Ziemi. Mars znajduje się znacznie dalej od Ziemi niż Księżyc, a co za tym idzie, podróż na niego trwa odpowiednio dłużej. Zamiast wyjazdu na trzydniową wycieczkę na księżyc, astronauci będą wysyłani na prawie trzyletnią podróż. Ekspedycje Międzynarodowej Stacji Kosmicznej służą za pole ćwiczeniowe dla logistyki przed podróżą na Czerwoną Planetę. Jeśli zdarzy się jakiś wypadek lub ktoś poważnie zachoruje, załoga może wrócić na Ziemię w ciągu kilku godzin. Dodatkowo statki kosmiczne transportują świeże jedzenie, ekwipunek medyczny oraz inne potrzebne rzeczy. Podczas podróży na Czerwoną Planetę astronauci nie będą mieli takich możliwości i wsparcia.
Dobry plan i samowystarczalność to najważniejsze punkty, które trzeba spełnić, aby podróż na Marsa była udana. Trzeba wziąć pod uwagę fakt, że czas dotarcia sygnału ze statku na Ziemię może osiągnąć nawet 20 minut. Astronauci muszą być więc przygotowani do rozwiązywania sytuacji kryzysowych bez pomocy wspierającego ich zespołu znajdującego się na Ziemi.
Zdjęcie wykonane przez łazik Curiosity. Na marsjańskim niebie widać trzy jasne punkty. Są to kolejno (od dołu) Ziemia, Jowisz i Wenus.
- Mikrograwitacja
Następnym czynnikiem mającym wpływ na misję jest zmiana grawitacji. Ludzie są świetnie przystosowani do ziemskiej grawitacji, lecz w warunkach mikrograwitacji (na statku kosmicznym) lub grawitacji mniejszej o około 60% (na Marsie) astronauci mogą mieć duże problemy zdrowotne.
Jednym z większych problemów jest utrata tkanki kostnej. W ciągu miesiąca możliwa jest utrata nawet 2% tkanki kostnej. Jest to bardzo niebezpieczne, gdyż może to prowadzić do osteoporozy i złamań. Podobnie jest z mięśniami, które w mikrograwitacji nie muszą wykonywać tak dużej pracy, jak na Ziemi. W ciągu dwóch tygodni może zaniknąć aż 20% masy mięśniowej. Aby zapobiec utracie kości i tkanki mięśniowej, astronauci ćwiczą 15 godzin w ciągu tygodnia oraz zażywają wapń, witaminę D oraz bifosfoniany.
To samo jest z sercem, które także nie musi wykonywać tak dużej pracy, jak na Ziemi. Jego kształt staje się bardziej sferyczny, jednak po powrocie na Ziemię wraca do swojego prawidłowego kształtu.
NASA prowadzi badania nad suplementami przeciwko osteoporozie, a także stara się określić jak najlepszy program treningu zapobiegającego skutkom mikrograwitacji.
Zmiany serca w mikrograwitacji. Zielonym kolorem zaznaczony jest model serca na które działa przyspieszenie ziemskie, natomiast na czerwono zaznaczono przewidywany wygląd serca w stanie mikrograwitacji.
- Promieniowanie kosmiczne
Zagrożeniem niewidocznym dla ludzkiego oka jest promieniowanie kosmiczne. Mimo jego skrytego działania, jest najniebezpieczniejsze z wszystkich pięciu grup zagrożeń.
Ziemia zapewnia jej mieszkańcom naturalną ochronę przed promieniowaniem kosmicznym dzięki swojemu polu magnetycznemu. Poza ziemskim schronieniem promieniowanie zwiększa ryzyko zachorowania na nowotwory, niszczy centralny układ nerwowy, upośledza funkcje poznawcze oraz zmniejsza funkcje motoryczne. Żeby dowiedzieć się, co może się zdarzyć pod wpływem promieniowania na niskiej ziemskiej orbicie, NASA bada wpływ promieniowania na materiał biologiczny w naziemnych laboratoriach.
Międzynarodowa Stacja Kosmiczna okrąża Ziemię na wysokości, gdzie działanie pola magnetycznego jest dużo słabsze. W wyniku tego astronauci otrzymują nawet 10 razy większe dawki promieniowania niż przeciętny człowiek na powierzchni Ziemi. Jednakże jest to i tak mała dawka w porównaniu z tą, którą otrzymywaliby astronauci w przestrzeni międzyplanetarnej.
W celu zmniejszenia zagrożeń związanych z promieniowaniem planuje się instalowanie ochronnej osłony, systemu ostrzegania oraz urządzenia mierzącego dawki przyjętego promieniowania na statkach kosmicznych zmierzających poza orbitę Ziemi. Badania są też prowadzone w celu znalezienia środków zapobiegawczych, które pomogą chronić kosmonautów przed radiacją.
Promieniowanie powoduje między innymi zwiększenie ryzyka zachorowania na nowotwory.
- Izolacja i ograniczona przestrzeń
Członkowie załogi misji kosmicznej są bardzo uważnie wybierani. Przechodzą treningi, zapewniające efektywność ich pracy w grupie na misji. Jednak niezależnie od tego, jak dobrze będą przygotowani, problemy z zachowaniem są nieuniknione.
Będąc na Ziemi, człowiek ma niemal nieustanny dostęp do telefonu, który może nas połączyć z kimkolwiek. Na ISS ścisły harmonogram dnia, niewielka ilość snu, przepracowanie, czy fakt, że Słońce wschodzi co 1,5 godziny, prowadzą do obniżenia wydajności działania oraz problemów zdrowotnych. W trakcie podróży na Marsa astronauci są bardziej odizolowani, niż można by przypuszczać.
W celu rozwiązania tego problemu udoskonala i wdraża się do użytku nowe metody obserwowania zdrowia psychicznego, które pomagają zmniejszać ryzyko zmiany zachowania. Prowadzone są także badania na temat wpływu fototerapii na wyrównanie rytmu okołodobowego i czujność.
Miejsce na stacji kosmicznej jest bardzo ograniczone. Na zdjęciu widać astronautę w „pomieszczeniu do spania”.
- Zamknięte środowisko
Statek kosmiczny to nie tylko złożona maszyna, to też tymczasowy dom astronautów. Ważne jest, aby zapewnić astronautom odpowiednie warunki: temperaturę, oświetlenie, ciszę i wystarczającą ilość miejsca. Żeby pozostali zdrowi fizycznie i psychicznie potrzebują zbilansowanej diety, dobrego snu oraz ćwiczeń. Obecnie na statkach kosmicznych bada się stan zdrowia astronautów przez analizę moczu i krwi. Wszystko na statku, od jakości powietrza po obecność drobnoustrojów, jest monitorowane. W zamkniętym środowisku mikroorganizmy znacznie łatwiej przenoszą się z jednego człowieka na drugiego. Innym problemem może być ograniczona ilość zasobów tlenu i wody. Na statku więc wszystko jest przetwarzane. Do użytku uzdatnia się odpadki, a nawet pot i mocz.
Urządzenie oczyszczające zużytą wodę i mocz na zdatną do użycia. Takie samo znajduje się na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.
