Mostanában igen gyakoriak az űrutazással kapcsolatos hírek és események : a Mars meghódításának ezek között is kitüntetett szerepe van. A robotjaink már ott vannak , de az "emberes" Mars-misszió legnagyobb akadálya, hogy nincs elég gyors űrhajónk , ami a legjobb esetben is több mint 62 millió, de akár 480 millió kilométeres utat elég gyorsan képes lenne megtenni. (A Mars Földtől mért távolsága ugyanis a bolygók elliptikus keringési pályája miatt változik). Azzal is számolni kell, hogy míg a Föld légköre és mágneses mezeje megvéd minket a káros űrsugárzástól, eltávolodva bolygónktól az űrhajósokat olyan nagy sugárterhelés érhetné, amelybe biztosan belebetegednének. Aztán túl kellene élni a zord marsi körülményeket, majd haza is kellene utazni. Egy új nemzetközi kutatás szerint a küldetés mégis megvalósítható lenne, de csak akkor, ha időtartama nem haladná meg a négy évet.
A Space Weather című szakfolyóiratban megjelent tanulmány szerint a legjobb időpont a Föld elhagyására akkor lenne, amikor a naptevékenység a csúcspontján van, az úgynevezett napmaximum idején. A számítások azt mutatják, hogy egy Marsra induló űrhajót le lehetne árnyékolni a Napból (illetve a távoli csillagokból és galaxisokból) érkező részecskesugárzással szemben, mivel a napmaximum idején a távoli galaxisokból érkező legveszélyesebb és legenergikusabb részecskéket a fokozott naptevékenység eltéríti.
A legnagyobb veszély kilenc hónapja
Egy átlagos Mars-utazás körülbelül kilenc hónapig tart, így az indítás időzítésétől és a rendelkezésre álló üzemanyagtól függően elképzelhető, hogy egy "emberes küldetés" kevesebb mint két év alatt elérheti a bolygót és vissza is térhet a Földre. A tanulmányból kiderül, hogy bár a kozmikus sugárzás szigorú korlátokat szab az űrhajó súlyára és az indítás idejére vonatkozóan, és technológiai nehézségeket okoz az emberes Mars-missziók számára, egy ilyen küldetés megvalósítható - mondta Jurij Sprits, a potsdami GFZ Geotudományi Kutatóközpont űrfizikai és űridőjárási részlegének vezetője, a tanulmány társszerzője. A kutatók négy évnél nem hosszabb missziót javasolnak, mert egy ennél tovább tartó út során az űrhajósok veszélyesen nagy mennyiségű sugárzásnak lennének kitéve.
Athanasios Petridis, a Des Moines-i Drake Egyetem fizikusa és kutatócsoportja úgy becsüli, hogy a Mars-utazás során a sugárterhelés több Sievert (Sv) nagyságrendet érhet el. Összehasonlításképpen az amerikai egészségügyi határérték 0,05 Sv/év a munkahelyükön sugárzásnak kitett munkavállalók esetében. Az 1-3 Sv sugárterhelés hatására közepes vagy erős hányinger, étvágytalanság, fertőzés, súlyosabb csontvelő-, nyirokcsomó- és lépkárosodás jelentkezik, amiből a felépülés valószínű, de nem biztos. A 3 Sv feletti sugárterhelés kezelés nélkül már halálos. A csernobili mentésben résztvevő munkások közül azok, akik egy hónapon belül meghaltak, tipikusan 6 Sv sugárterhelésnek voltak kitéve.
A túl hosszú súlytalanság is pusztítást végezhet az emberi szervezetben. Az űrállomásokon dolgozó asztronautákról kimutatták, hogy havonta 1-1,5 százalékot veszítenek a súlyt viselő csontjaik ásványi sűrűségéből. Az izomtömegük is csökken, még akkor is, ha ugyanannyit mozognak, mint a Földön.
5.-es biológiakvíz: hány veséje van egy embernek? – 10 kérdés az emberi testről
"Az űrrepülés rengeteg kockázatot rejt magában, de nem hiszem, hogy ezek elejét vennék a Mars-misszióknak. A NASA több űrhajósa is teljesített már olyan küldetést, amely megközelítette az egy évet az űrben. Emellett léteznek olyan ellenintézkedések, amelyek bizonyítottan lassítják és megállítják az izomtömeg és a csontsűrűség csökkenését az űrben" - mondta Kerry Lee, a NASA sugárzáselemzője az Inside Science magazinnak.
A Drake Egyetem MISSFIT projektje a sugárzás elleni védelem és a mesterséges gravitáció különböző mérnöki megoldásai közötti kompromisszumokat próbálja kiszámítani. Petridis erről kifejtette, hogy ha forgatással ( centripetális erő létrehozásával) akarunk mesterséges gravitációt teremteni, akkor az űrhajó sugarát a lehető legnagyobbra kellene növelni, de minél nagyobb a sugár, annál nagyobb mágneses mezőre lesz szükségünk a sugárzásvédelemhez. Azaz szerinte mindig van egy kompromisszum.
Ilyen okokból nem egyébként lehet ólomburkolattal ellátni az űrhajókat, mert technikailag igen nehéz volna kivitelezni. Ráadásul a különböző sugárzások ellen másféle pajzsok használata volna optimális. Az sem világos, hogy a különféle mesterséges gravitációk hogyan hatnának a szervezetre. A cél az, hogy megtalálják a stratégiák olyan kombinációját, amely a legjobban minimalizálja a mélyűri utazás által jelentett általános egészségi kockázatot.
A torpor védelmet adhat
Korábbi kutatások azt is kimutatták, hogy az űrben a magasabb sugárzási szint a szívet is károsíthatja, az artériák beszűküléséhez vagy megkeményedéséhez vezethet, végül szívbetegséget okozhat. Hogy miért, arra a belfasti Queen's Egyetem tudóscsoportja találta meg a választ, az élettani kísérletek kedvenc állata, a zebrahal segítségével. (Genetikai kódjának több mint 70 százaléka azonos az emberével, így kulcsfontosságú tesztalanya az emberi szervezetre is releváns biológiai modellkísérleteknek.)
Gary Hardiman professzor, az egyetem élelmiszerbiztonsági intézetének (IGFS) kutatója, az MDPI Cells című folyóiratban megjelent tanulmány vezető szerzője munkatársaival a zebrahalaknak azt a képességét vizsgálta, ahogy a hibernáció egy torpornak nevezett formáját használják. "Azt akartuk kideríteni, hogy az indukált torpor életképes ellenintézkedés-e az űrrepülés káros hatásainak kivédésére. Ha az emberek meg tudnák ismételni a hibernáció hasonló modelljét, az növelhetné az esélyeinket arra, hogy az ember űrhajós fajjá váljon" - magyarázta Hardiman az Euronewsnak .
A torpor a hibernációhoz hasonló inaktív állapot, amelyben az anyagcsere lelassul, hogy megvédje az állatot a kemény külső körülményektől, például a táplálékhiánytól vagy az alacsony hőmérséklettől. "Ez a fajta hibernáció például csökkentett agyműködést eredményezne, ami mérsékelné a pszichológiai stresszt. Az anyagcsere megváltozása miatt nem lenne szükség táplálékra, oxigénre vagy vízre, és lehetséges, hogy megóvná az izmokat a sugárzás és a mikrogravitáció okozta hatások miatti sorvadástól" - fejtette ki a professzor.
A vizsgálat során a kutatók a zebrahalakat hasonló sugárzásnak tették ki, mint amilyet az emberek tapasztalnának a Mars-utazás során. Megállapították, hogy a sugárzás következtében oxidatív stressz , stresszhormonok megjelenése és a sejtciklus leállása volt megfigyelhető a zebrahalak egyik csoportjában. A másikban viszont torport idéztek elő. Ezek az egyedek is ugyanolyan dózisú sugárzást kaptak, mint az első csoport tagjai. A vizsgálati eredmények azt mutatták, hogy a torpor csökkentette a zebrahalak anyagcseréjét, ami védő hatást váltott ki a sugárzás káros hatásai, az izom- és csontvesztés, a gyorsuló öregedés és az érrendszeri problémák ellen. Végül az indukált torporban lévő zebrahalakban a sejtek lelassult anyagcseréje és az oxigénkoncentráció csökkenése kisebb oxidatív stresszt és nagyobb sugárzással szembeni ellenállást segített elő.
Az öt alapvető stresszhatás az űrben
A NASA Humán Kutatási Programja (HRP) már több mint 50 éve tanulmányozza, hogy mi történik az emberi szervezettel az űrben . Az űrrepülés emberre gyakorolt hatásainak minél gyorsabb megértése alapvetően fontos, mivel a Mars-misszió előszobájának tekinthető Artemis-programmal a NASA a tervek szerint 2024-ig eljuttatja az első nőt és egy férfit is a Holdra, ahol innovatív technológiák segítségével minden eddiginél nagyobb területet fedeznek fel égi kísérőnk felszínén. Eközben az asztronauták egészségét és biztonságát is meg kell őrizni.
A NASA - a Mars-küldetések kockázatait kutatva - öt, a szervezetet érő stresszhatásokhoz kapcsolódó veszélycsoportot határozott meg. Ezeket az angol rövidítésük után "RIDGE" néven foglalták össze, amelynek betűi az űrben tapasztalható sugárzásra, az izolációra és bezártságra, a Földtől való távolságra, a gravitációs mezőkre és az ellenséges/zárt környezetre utalnak.
1. Űrsugárzás
A Földön sugárzásnak kitett emberi populációkban megfigyelték a rák és a degeneratív betegségek, például a szívbetegségek és a szürkehályog megnövekedett kockázatát. Az űrhajósokat az űrben érő sugárterhelés egészségi kockázatai főként a hosszú távú hatásokból adódnak. Emellett az állat- és sejtkutatások azt jelzik, hogy az űrkörnyezetben lévő sugárzás nagyobb hatással van az egészségi állapotra, mint a Földön tapasztalt sugárzás. Azaz nem csak a több, hanem a másfajta sugárzás is gondot okoz. Jelenleg nemcsak az űrhajósokat érő sugárzás dózisáról és típusáról folynak kutatások, hanem vizsgálják a sugárzásnak kitett emberi kohorszokat is, hogy megbecsüljék az űrhajósok számára releváns népességcsoportok egészségügyi kockázatait.
2. Elszigeteltség és bezártság
A Holdra vagy a Marsra induló missziók legénysége valószínűleg nemzetközi és multikulturális lesz, így a kultúrák közötti érzékenység, a morál, a motiváció, a kommunikáció és a csapatdinamika elengedhetetlenül fontos a küldetés sikeréhez. Az űrhajósok minőségi alvásának szavatolása is lényeges, nehogy felboruljon a cirkadián ritmusuk olyan tényezők miatt, mint a szokatlanul sötét és világos ciklusok váltakozása, a kicsi és zajos környezet, a hosszan tartó elszigeteltség és bezártság okozta stressz, valamint a 37 perccel hosszabb marsi nap. A legénység unalmának és fizikai kifáradásának megelőzése érdekében mérlegelni kell, hogy az űrhajósok milyen tevékenységekben vesznek majd részt a többéves marsi utazás során, beleértve a szabadidős tevékenységeket is. Minél korlátozottabb a tér, és minél kevesebb a kapcsolat a környezetükön kívüli emberekkel, annál valószínűbb a negatív viselkedés vagy kognitív állapot, illetve pszichiátriai zavarok kialakulása. E nehézségek megelőzésére például olyan eszközöket használnak, mint az aktigráfia, amelyek segítenek az alvás és az éberség értékelésében és javításában azáltal, hogy rögzítik, mennyit mozognak az emberek és mennyi környezeti fény veszi körül őket.
3. Távolság a Földtől
A Mars átlagosan 224 millió kilométerre van a Földtől, ami azt jelenti, hogy az úgynevezett egyirányú kommunikációs késedelem akár 20 perc is lehet. Ezért az űrhajósoknak képesnek kell lenniük, hogy a küldetésirányító központ segítsége nélkül, csapatként oldják meg a felmerülő problémákat. Azt pedig előre el kell dönteni, hogy milyen élelmiszereket és gyógyszereket csomagoljanak a többéves útra, ahol nincs lehetőség az utánpótlás beszerzésére.
Arról már jelentős tapasztalatok vannak, hogy milyen típusú orvosi események történhetnek az űrben az idő múlásával, és milyen típusú készségekre, eljárásokra, felszerelésekre és ellátmányra van szükség a Holdra és a Marsra irányuló jövőbeli küldetésekhez. Az űrállomás lakói már most is kapnak orvosi képzést, amely megtanítja őket arra, hogyan reagáljanak az esetlegesen felmerülő egészségi problémákra . Ha a legénység valamelyik tagja megbetegszik a küldetés során, a személyzet készen áll a laboratóriumi vizsgálatok elvégzésére, hogy segítsen a helyes diagnózis felállításában és a kezelés irányításában. A NASA jelenleg is dolgozik egy olyan orvosi adatarchitektúra kifejlesztésén az űrhajósok számára, amely a mesterséges intelligencia és a gépi tanulás segítségével segítheti a különböző betegségek diagnosztizálását és kezelését.
4. Gravitációs mezők
Az űrhajósok három különböző gravitációs mezővel találkoznak a Mars-misszió során. A bolygók közötti hat hónapos utazás alatt a legénység súlytalan lesz. A Marson élve és dolgozva pedig a földi gravitáció körülbelül egyharmadát tapasztalja. A hazatérés után az űrhajósoknak ismét alkalmazkodniuk kell a földi gravitációhoz. Az egyik gravitációs mezőből a másikba való átmenet bonyolultabb, mint amilyennek hangzik.
Befolyásolja a térbeli tájékozódást, a fej-szem és kéz-szem koordinációt, az egyensúlyt és a mozgást: a legénység egyes tagjai űrbetegséget tapasztalhatnak. Egy űrhajó leszállása a Marson kihívást jelenthet, mivel az űrhajósoknak alkalmazkodniuk kell egy másik égitest gravitációs mezejéhez. A súlytalanságból a gravitációra való áttéréskor az asztronauták a repülés után ortosztatikus intoleranciát tapasztalhatnak, ami azt jelenti, hogy felállás közben nem tudják fenntartani a vérnyomásukat. Ez szédüléshez és ájuláshoz vezethet. A finommotoros képességek vizsgálatát azért végzik, hogy észleljék az űrhajósok számítógépes eszközökkel való interakcióra való képességében bekövetkező változásokat. A testben lévő folyadékok eloszlását is szorosan figyelemmel kísérik, hogy segítsenek felmérni a látás változásával járó esetleges összefüggéseket. A combokon viselt kompressziós mandzsetták segítenek a vért az alsó végtagokban tartani, hogy ellensúlyozzák ezeket a folyadékeltolódásokat. Az alsó testrészen alkalmazott negatív nyomású készülék pedig segíthet a folyadékok fejből a lábakba történő elvezetésében is.
5. Ellenséges és zárt környezet
Az űrhajó belsejében lévő ökoszisztéma nagy szerepet játszik az űrhajósok mindennapi életében. A mikrobák az űrben megváltoztathatják jellemzőiket, és az emberi testben természetes módon élő mikroorganizmusok könnyebben átkerülnek emberről emberre a zárt élőhelyen. Emellett a stresszhormonok szintje megemelkedik.
Az már ismert, hogy az űrrepülés megváltoztatja az immunrendszert - ami az allergiára vagy más betegségekre való fokozott fogékonysághoz vezethet -, bár a legénység a Földre való visszatérés után általában nem betegszik meg. Noha az űrhajósok szerzett immunitása sértetlen, további kutatásokra van szükség annak feltárására, hogy az űrrepülés okozta megváltozott immunitás vezethet-e autoimmun problémákhoz .
Ez is érdekelhet
A szükséges tapasztalatokat csak a Holdra és a Marsra irányuló jövőbeli, hosszabb időtartamú küldetések során szerezhetik meg az űrhajósok egészségével és felkészítésével foglalkozó orvosok. Így szavatolható, hogy az asztronauták ne csak túléljék az utazást, hanem egészségesek is maradjanak. Az első hosszútávú űrutazók azonban hatalmas kockázatot kénytelenek vállalni a konkrét tapasztalatok hiánya miatt.
