Zdjęcie w tle: NASA

W serii 3 artykułów opiszę kroki, jakie NASA podejmuje, aby jak najlepiej przygotować ludzi do podróży kosmicznych. Część pierwsza zawiera opis symulacji życia kosmicznego na Ziemi. W części drugiej poruszone są badania na ISS, mające na celu zbadanie i poradzenie sobie ze skutkami dłuższych misji kosmicznych. Opisane w części trzeciej badania z misji księżycowych pomogą zrozumieć, jakie wyzwania czekają na astronautów.

Wysłanie astronautów na Marsa będzie kolejnym wielkim krokiem dla załogowych podróży kosmicznych. Aby przygotować się do takiej wyprawy na Czerwoną Planetę, NASA bada wpływ na organizm człowieka, używając ziemskich misji analogowych, badań przeprowadzanych na ISS, a także przyszłej misji na Księżyc – Artemis. To właśnie te trzy źródła stanowią najważniejsze zaplecze do przygotowania ludzi do podróży międzyplanetarnych. Dzięki Programowi Badań Ludzkich – HRP (z ang. Human Research Program), NASA przeprowadza badania i opracowuje rozwiązania dla pięciu zagrożeń dla lotów załogowych: promieniowania, izolacji, zamknięcia, odległości od Ziemi, mikrograwitacji, a także nieprzyjaznych i zamkniętych przestrzeni. Czynniki te stanowią zagrożenie dla zdrowia oraz wydajności pracy astronautów, dlatego NASA dąży do tego, aby zrozumieć i poradzić sobie z nimi poprzez badanie każdego z nich, stopniowo oddalając się od Ziemi, używając misji analogowych, ISS i, w końcu, misji księżycowych.

Część druga

Międzynarodowa Stacja Kosmiczna to najprawdopodobniej najbardziej zaawansowane laboratorium, jakie ludzkość kiedykolwiek stworzyła. Znajduje się ona na wysokości ok. 400 km, na niskiej orbicie ziemskiej i okrąża naszą planetę z prędkością 27600 km/h. To właśnie na jej pokładzie zespół pracujący nad HRP przeprowadza badania, które pomogą nam zrozumieć i lepiej radzić sobie ze skutkami długotrwałego przebywania w kosmosie. Dane zebrane podczas misji analogowych na Ziemi, badań na ISS oraz, zapewne już niedługo, ze stacji Gateway, która ma znajdować się na orbicie Księżyca, naukowcy będą mogli wykorzystać, aby opracować metody do zmniejszenia ryzyka związanego z pobytem w przestrzeni kosmicznej, oraz zapewnią załodze dobre samopoczucie zarówno podczas misji, jak i po niej.

Ryzyka związane z przestrzenią kosmiczną podlegają pięciu głównym zagrożeniom podczas misji. Są to: promieniowanie, izolacja i zamknięcie, odległość od Ziemi, zmiany w grawitacji, a także nieprzyjazne środowisko. Ekspozycja na promieniowania zwiększa ryzyko zachorowania na raka przez astronautę. Izolacja na pokładzie statku kosmicznego oraz w habitacie może wpływać na zachowanie członków załogi, co może przekładać się na zmniejszenie efektywności podczas pracy oraz zmniejszone szanse na sukces podczas misji. Odległość od Ziemi powoduje, że załoga musi być w pełni autonomiczna, aby mogła samodzielnie podejmować decyzje. Zmiany w grawitacji mogą powodować niechciane adaptacje organizmu człowieka, jeśli chodzi o jego fizjologię. Natomiast nieprzyjazne i zamknięte środowisko może wpływać na odporność załogi.

Astronauta Japońskiej Agencji Kosmicznej (JAXA) Akihiko Hoshide po pobraniu krwi na pokładzie ISS.

Nieprzyjazne środowisko

Mikrograwitacja wpływa na organizm człowieka na ISS na wiele sposobów. Długie przebywanie w środowisku mikrograwitacji prowadzi do zmniejszenia masy mięśniowej i kostnej. Dotyczy to też serca, które też jest przecież mięśniem. Bez różnych środków, które mają temu zapobiegać, doszłoby do znacznej atrofii mięśni i zmniejszenia gęstości kości. Niektóre skutki, jakie wywiera na organizmie człowieka przebywanie w mikrograwitacji, możemy symulować na Ziemi, jednak nic nie zastąpi bezpośredniego badania na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

To właśnie miejsca takie jak basen neutralnej pływalności NASA (Neutral Buoyancy Laboratory), czy loty paraboliczne na samolotach są znakomitą okazją dla członków załogi, aby mogli posmakować braku grawitacji przed lotem w kosmos. Jest to niezbędne, aby wiedzieli czego się spodziewać, gdy znajdą się już w warunkach mikrograwitacji. Dodatkowo we wcześniej wspomnianym basenie astronauci ćwiczą ich spacery kosmiczne pod wodą – na wiernie odwzorowanej stacji kosmicznej.

Naukowcy nieustannie badają wpływ warunków mikrograwitacji na różne układy w ciele człowieka. Sprawdzają, jak serce i tętnice reagują na zmiany ciśnienia związane z lotem kosmicznym, aby później móc zoptymalizować ćwiczenia dla każdego astronautów. Zwracają oni także uwagę na wpływ takich czynników, jak stężenie dwutlenku węgla w powietrzu na pokładzie ISS, czy dieta astronautów. Dzięki tym badaniom NASA rozwija metody, które pozwolą na zapewnienie zdrowia astronautów podczas misji na Księżyc czy Marsa.

Masa kostna a podróż na Marsa

Na Ziemi, kości, które utrzymują ciało człowieka w odpowiedniej pozycji, w kosmosie stają się po prostu zbędne. Średnio, masa kości astronautów malałaby o 1-2% każdego miesiąca, gdyby nie środki zapobiegawcze. NASA od wielu lat bada, jak zmieniają się kości podczas długotrwałych misji kosmicznych. Codzienne ćwiczenia i odpowiednia dieta pomagają zmniejszyć redukcję masy kostnej w kosmosie. Mimo tego wciąż nie wiemy, co się stanie z kośćmi po zaadoptowaniu się organizmu do warunków kosmicznych.

To właśnie dlatego NASA używa technologii, która pozwala na zobrazowanie 3D kości astronauty w wysokiej rozdzielczości przed i po rocznym pobycie na ISS. Dzięki temu Amerykańska Agencja Kosmiczna ma zamiar określić, co się stanie ze strukturą kości po dłuższych podróżach kosmicznych, aby przygotować astronautów na 3-letnią podróż na Marsa i z powrotem.

Zmiany w układzie odpornościowym

Układ odpornościowy, który odpowiada za ochronę organizmu z bakteriami czy wirusami, zmienia się podczas lotu kosmicznego. Taki zmieniony układ immunologiczny może podnieść ryzyko wystąpienia różnych chorób, takich jak grypa czy nawet zwykłe przeziębienie. Astronauci będą potrzebowali niezwykle wydajnego układu odpornościowego, aby odbyć podróż międzyplanetarną.

Scott Kelly przyjmujący szczepionkę przeciwko grypie na pokładzie ISS.

NASA śledzi zmiany zachodzące w układzie odpornościowym dzięki próbkom krwi i śliny pobranym podczas pobytu astronautów w kosmosie, a następnie porównuje je z danymi od nich samych o ich samopoczuciu i ogólnym zdrowiu. Badanie to może pomóc w zidentyfikowaniu subtelnych zmian zachodzących w organizmie przed wystąpieniem jakichkolwiek symptomów. Dzięki temu możliwe będzie zapobieganiu dalszych dolegliwości, a także zrozumienie jak przebywanie w kosmosie wpływa na układ immunologiczny. Pomoże to w rozpoznaniu potencjalnych zagrożeń oraz przeciwdziałaniu im podczas przyszłych misji na Czerwoną Planetę.

Wielka Niewiadoma

Największym zagrożeniem, do którego trzeba się przygotować, podczas lotu kosmicznego jest to, czego nie wiemy. Pierwszym przykładem może być nie do końca zrozumiany przez naukowców zespół nerwowo-oczny związany z lotem kosmicznym (Spaceflight Associated Neuro-ocular Syndrome – SANS), w którym potencjalne zmiany strukturalne w oku i mózgu powodują upośledzenie wzroku.

Potencjalnym winowajcą może być zmiana położenia płynów ustrojowych, które w mikrograwitacji przesuwają się w górę, powodując zwiększone ciśnienie śródczaszkowe astronautów, a co za tym idzie może uciskać na nerwy wzrokowe, mózg i gałki oczne powodując uszkodzenie wzroku. Badając związek między zmianami płynów a upośledzeniem wzroku u astronautów, naukowcy chcą zidentyfikować przyczynę tego zespołu i opracować środki przeciwdziałania podczas długotrwałych lotów kosmicznych.

Przetrwanie i rozwój

Zadaniem HRP jest to, aby zapewnić, że astronauci nie tylko przetrwają, ale też będą prosperować podczas ich podróży na Księżyc i Marsa. Ryzyko, które staje przed całą załogą, podczas misji międzyplanetarnych z pewnością jest ogromne, ale nie niemożliwe do pokonania. Nauczyliśmy się już, że ciało ludzkie jest odporne i adaptuje się do różnych warunków. To właśnie te zdolności adaptacyjne mogą pozwolić na znaczący rozwój podróży kosmicznych. Wykorzystując stację kosmiczną i ziemskie analogi jako poligon doświadczalny, NASA jest o krok bliżej do następnej ery eksploracji kosmosu.

Autor

Eliza Płotnikowa