Откакто астронавтите започнаха да отиват в космоса за продължителни периоди от време, беше известно, че дългосрочното излагане на нулева гравитация или микрогравитация идва с дяла си върху здравето. Те включват мускулна атрофия и загуба на костна плътност, но също така се простират и до други области на тялото, което води до намалена функция на органите, кръвообращението и дори генетични промени.
Поради тази причина на Международната космическа станция (МКС) са проведени многобройни проучвания, за да се определи степента на тези ефекти и какви стратегии могат да бъдат използвани за тяхното смекчаване. Според ново проучване, което наскоро се появи в Международен журнал за молекулярните науки, екип от изследователи, финансирани от НАСА и JAXA, показаха как изкуствената гравитация трябва да бъде ключов компонент на бъдещите дългосрочни планове в космоса.
Както беше отбелязано, са проведени значителни изследвания, за да се идентифицират и количествено да се определят ефектите, които микрогравитацията има върху човешкото тяло. Добър пример за това е проучването на Близнаците, проведено от Програмата за изследвания на човека на НАСА (HRP), което изследва ефектите върху тялото на астронавта Скот Кели, след като той прекара една година на борда на Международната космическа станция - използвайки брат си близнак Марк Кели като контрола ,
Тези и други проучвания потвърдиха, че излагането на микрогравитация може да повлияе не само на костната плътност и мускулната маса, но и на имунната функция, оксигенацията на кръвта, сърдечно-съдовото здраве и дори възможните геномни и когнитивни промени. В допълнение, зрението е също нещо, което може да се повлияе от времето, прекарано в космоса, което е резултат от по-малкото кръвообращение и кислорода, които го довеждат до очната тъкан.
В действителност около 30% от астронавтите при краткосрочни полети с космически совалки (приблизително две седмици) и 60% при продължителни мисии до МКС съобщават за известно увреждане на зрението им. В отговор професор Майкъл Делп - деканът на Колежа по човешки науки към Флоридския държавен университет (FSU) и съавтор на хартията - и неговите колеги препоръчват изкуствената гравитация да бъде включена в бъдещи мисии.
От години и с подкрепата на НАСА Делпс изучава влиянието на микрогравитацията върху зрението на астронавтите. Както той каза в скорошно издание на FSU News:
„Проблемът е, че колкото по-дълго астронавтите са в космоса, толкова по-голяма е вероятността да изпитат зрителни увреждания. Някои астронавти ще се възстановят от промените в зрението, но някои не. Така че това е висок приоритет за НАСА и космическите агенции по целия свят. С това приложение на изкуствена гравитация установихме, че не е предотвратило напълно промените в окото, но не видяхме най-лошите резултати. "
За да определи дали изкуствената гравитация ще намали тези ефекти, Delp си партнира с изследователи от Японската агенция за аерокосмическо проучване (JAXA) в първо по рода си сътрудничество. Към тях се присъединиха проф. Сяо Вен Мао (водещият автор на изследването) от университета Линда Лома, както и членове от Университета за медицински науки в Арканзас, Детския изследователски институт в Арканзас и Университета в Цукуба.
След това екипът изследва промените в очните тъкани на мишки, след като те прекарват 35 дни на борда на МКС. Тестовите индивиди се състоят от 12 мъжки мишки на девет седмици, които са излетели от космическия център в Кенеди и са настанени в звеното за мишки за местообитание (HCU) в JAXA „Kibo” лаборатория на МКС. В хода на престоя си мишките бяха разделени на две групи.
Докато едната група живееше в условия на микрогравитация на околната среда, другата живееше в центробежна единица за местообитания, която произвежда 1 г на изкуствена гравитация (еквивалент на земната гравитация). От това изследователският екип установява, че бившата група е претърпяла увреждане на кръвоносните съдове, които са важни за регулирането на налягането на течностите в очите.
„Когато сме на Земята, гравитацията дърпа течност към краката ни“, каза Фелпс. „Когато загубите гравитация, течността се измества към главата. Това изместване на течността засяга съдовата система в цялото тяло и сега знаем, че влияе и на кръвоносните съдове в окото. "
Освен това екипът отбеляза, че профилите на експресия на протеини също са се променили в очите на мишките в резултат на микрогравитацията. За сравнение, мишките, прекарали времето си в центрофуга, не преживяват почти толкова големи щети върху очните си тъкани. Тези резултати показват, че изкуствената гравитация, вероятно под формата на въртящи се секции или центрофуги, ще бъде необходим компонент за дългосрочните космически мисии.
С течение на концепциите използването на изкуствена гравитация в космоса не е нещо ново. Освен че са добре проучена концепция в научната фантастика, космическите агенции разглеждат това като възможен начин за установяване на постоянно човешко присъствие в космоса. Ярък пример за това е космическото уреждане на Станфорд Торус, основен дизайн, който беше разгледан от лятното проучване на НАСА от 1975 г.
Като съвместна работа между изследователския център на Еймс на НАСА и университета в Станфорд, тази десетседмична програма се състоеше от професори, технически директори и студенти, които се събираха, за да създадат визия за това как хората някой ден могат да живеят в голяма космическа колония. Резултатът от това беше концепция за космическа станция, подобна на колело, която да се върти, за да осигури усещането или за нормална земна, или за частична гравитация.
В допълнение, въртящият се торус се счита за космически кораби, за да се гарантира, че астронавтите при продължителни мисии могат да ограничат времето си в микрогравитация. Добър пример за това е универсалният транспорт без атмосфера, предназначен за продължително проучване на Съединените щати (Nautilus-X), концепция за космически кораби с много мисии, разработена през 2011 г. от инженери Марк Холдерман и Едуард Хендерсън от екипа за оценка на приложенията на НАСА за технологични приложения.
Както при предишните изследвания, това проучване подчертава значението на поддържането на здравето на астронавтите по време на дългосрочни мисии в космоса, както и при продължителни плавания. Това проучване обаче се отличава с това, че е първото в поредица, предназначена за по-добро разбиране на увреждането на зрението сред астронавтите.
„Надяваме се, че продължителното си научно сътрудничество ще ни помогне да натрупаме експерименталните резултати, необходими, за да се подготвим за бъдещо изследване на дълбочинното космическо изследване“, казва Дай Шиба, старши изследовател на JAXA и съавтор на документа. Мао, водещият автор на изследването, също посочи, че се надява това проучване да надхвърли космическото изследване и да има приложения тук на Земята:
„Надяваме се, че нашите открития не само характеризират въздействието на околната среда от космическия полет върху очите, но ще допринесат за нови лечения или лечения за проблеми със зрението, предизвикани от космическия полет, както и за повече нарушения на Земята, като свързани с възрастта макулна дегенерация и ретинопатия.“
Няма съмнение, че когато става въпрос за бъдещето на космическото изследване, пред нас стоят много предизвикателства. Не само трябва да разработваме космически кораби, които да комбинират горивната ефективност и мощността, трябва да намалим цената на отделните изстрелвания и да измислим начини за смекчаване на рисковете за здравето при дългосрочни мисии. Отвъд ефектите на микрогравитацията стои и въпросът за продължителното излагане на слънчева и космическа радиация.
И да не забравяме, че мисиите до лунната повърхност и Марс ще трябва да се справят с дългосрочно излагане на по-ниска гравитация, особено когато става въпрос за аванпости. Като такъв, не би било далеч да си представим, че тори и центрофуги могат да станат редовна част от космическите проучвания в близко бъдеще!
