为太空旅行做准备,欧洲太空总局想让你一觉醒来到火星

要说打脸的速度,大概没人比ESA(欧洲太空总局)快。今年6月,ESA发布一篇博客文,泼了马斯克的火星殖民计划、NASA登陆火星计划一盆冷水。ESA认为,前往火星的路上辐射太高了,现阶段不可能把人类送上火星。

但过了没多久,ESA又出来放话,表示已有对策,不仅能让宇航员减少辐射吸收,甚至还能应对一串前往火星会遇到的问题。

看ESA的解决方法之前,读者不妨先了解一下,到底在去火星的路上,会遇到什么难题。

离家很遥远

今年11月15日,澳航“日出计划”第二次测试航班QF7879平安降落雪梨机场。

之所以成为“日出计划”是因为这趟航班是伦敦直飞雪梨航班,旅客将飞行19小时19分钟,并会在飞机增至到两次日出。这也是目前世界最长的直飞航线。

日出计划。

如果说完成这条航线的旅客是“铁屁股”,那完成这次火星之旅的宇航员,应该就是“超合金屁股”,因为去火星的路,比这远太多了。

每经过26个月,就会出现一次到火星的最佳期,此时地球和火星之间会出现最短距离──5,700万公里。

以目前的航天飞行器平均时速5.8万公里来算,约需983小时,也就是大概40天能飞到火星。

听起来不算多,因为这是直线飞行的距离,而不幸的是,我们的太空船不可能这样笔直向火星奔去。

目前从地球飞向火星的轨迹是称为霍曼转移轨道的椭圆绕日轨道。太空船需要经历加速逃离地球引力、减速被火星截取、最后绕火星减速飞行并最终着陆火星表面3个过程。

根据估算,旅程约需耗时260天,也就是8~9个月。

霍曼转移轨道。

目前宇航员每次上国际空间站也只会待大概6个月,在太空待过最长时间的是宇航员瓦列里‧波利亚科夫,他在俄罗斯气象站创下连续工作437天的记录。

当然这无法比较,因为空间站的条件,比起去火星的旅程要好得多。

聊天有40分钟延迟,还容易成为“神经病”

首先由于距离远带来的另一个问题,就是沟通。

前往火星的路上,太空船和地球的通信会延迟,根据NASA数据,延迟平均在20分钟左右,且走得越远,延迟也越高。

这也就意味着,宇航员每说一句话,需等40分钟才能收到回应。

加州大学旧金山分校精神病学名誉教授尼克‧卡纳斯博士专门研究宇航员执行工作时的心理表现,他表示:

和家人即时沟通,对宇航员来说是非常难的事。如果将这个功能拿走,对宇航员十分残忍,并会对宇航员的心理造成极大影响。

更重要的是,沟通延迟也意味着宇航员脸对生理和心理突发状况时,将无法得到即时支持。这种远在数千万公里以外的孤立无援带来的压力,即便宇航员的心理素质再强大,也很难受得了。

之前俄罗斯科学家也通过名为Mars 500的试验,仿真密闭空间、通信延迟对宇航员的心理影响。

科学家选择6名世界不同国家的成年健康男性,并将他们“关”在仿真前往宇宙太空船的密闭空间长达520天。

参与实验的6名男性,与真正的宇航员一样,全部具备工程和军事背景。他们待在密闭空间的520天中,也需要仿真进行太空实验及例行维护。

另外,在密闭空间,参与实验的人将会全程体验明暗循环隔绝、通信延迟等。

Mars 500试验舱。

最终测试结果显示,一名测试者大部分时间都是轻度至中度忧郁状态,两名测试者的睡眠周期异常,还有一名长期失眠及莫名的身体疲惫。

科学家还发现,这些消极的心理状况会传染。

压力指数最大的测试者及长期失眠的测试者,参与多人合作的工作时,多数会与其他测试者产生冲突,最终导致工作耗时变长,甚至失败。

不仅如此,由于生理和心理因素造成睡眠品质下降,之后还会演变成嗜睡症及功能性睡眠丧失。不断下降的睡眠品质与不断上升的睡眠时间,让整个团队的气氛昏昏欲睡,死气沉沉。

缺乏重力,还会引发肾结石?

大家都知道,去火星的路上一大杀手,就是太空辐射。脱离大气层保护之后,太空辐射对人类的DNA、细胞和组织架构都有严重威胁。

NASA其实一直在研究慢性放射暴露如何影响大脑功能。他们曾和加州大学欧文分校的Charles Limoli博士及团队,将小鼠暴露于仿真宇宙辐射的带电粒子下。

结果他们发现老鼠大脑出现结构性变化,例如降低神经元分支架构的复杂性。此外,小鼠还表现出行为改变,包括记忆力减退、焦虑增加和执行功能减退等。

其实影响生理健康的还不只辐射,缺少重力也是一大问题。

飘浮在空中看起来很好玩,但实际会导致肌肉萎缩和视觉感知改变等严重的生理问题。

科学家汤玛斯‧威廉还认为,长期处于失重状态,其实很容易引起肾结石,且还能引发一系列如尿路感染等问题。

既然醒着时就有这么多危险,不如一路睡去火星吧

1999年,放射科医生Anna Bagenholm博士在挪威滑雪时不慎掉入冰冻的溪流。她被救出来时,已在冰里泡了足足80分钟。送到医院后,她已没有呼吸脉搏,体温降到13.7°C,基本上声明死亡。

但当时医生没有放弃,而是将她接上体外维生系统,不断为她供应温暖的血液。最终在100多名医护人员经历9小时抢救后,把Anna Bagenholm成功救回来了。即便日后还是有脑损伤等后遗症,但Anna Bagenholm的抢救案例依旧视为医学奇迹,收录至《柳叶刀》期刊。

她的主治医生、奥斯陆国家医院教授Petter Andreas Steen博士认为,此医学奇迹之所以发生,与她之前在低温下保持缓慢的新陈代谢,进入类似“冬眠”有密切的关系。

其实数十年来,人们对“人类冬眠”的探索从未停止,无论是科学,还是电影。宇航员进入睡眠舱倒头大睡,一觉醒来到达目的地,这样的剧情,相信很快就不只在电影可看到了。

为了避开宇航员前往火星的路上遇到各种生理和心理问题,ESA正研究怎么让宇航员进入“冬眠”状态。

尽管人不会真的冬眠,但是通过适当降低温度,使人进入新陈代谢更迟缓的“昏迷”状态,确实有许多好处。

根据ESA数据,进入休眠状态后,新陈代谢率约降低四分之三,研究表明,太空辐射对生理的影响都大大降低。另外在这种长期保持平静的状态下,心理健康也不容易因孤独和空间封闭被影响。

更实际的是,宇航员吃得少,需要带的食物也变少了,太空船还能飞快一点。

根据ESA发布的方案,宇航员需要仿真动物冬眠前的准备期,先“管住腿,张开嘴”,增加体内脂肪含量以存储能量,然后再用特殊的药物进入深层睡眠状态。这种状态会持续180天左右,并在前后设立适应期。

ESA并非说说而已,甚至已设计出专门的冬眠舱,并公布草图。

冬眠舱分为6人和4人两种舱型。6人舱为直径5.9米、高5.3米的圆柱体,分为生命保障、居住、储藏、工作等9个系统隔间。

ESA还表示,会为宇航员配备AI管家,帮助宇航员冬眠时监测太空船。

当然,ESA面前的困难还有很多,包括如何保障冬眠技术绝对安全、如何让宇航员长期睡眠后身心都能迅速适应环境并投入工作、如何确保AI能在人类“缺席”时接管所有工作等,这些都需要经过漫长试验验证。

但ESA似乎对此技术有相当大的决心,表示:

我们研究了如何让宇航员团队进入冬眠状态、在紧急情况下该怎么办、如何处理人身安全及冬眠会对团队心理产生什么影响,最后,我们创建了睡眠舱初步草稿,相信在20年内,就能让人类登陆火星。

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