В ближайшее десятилетие, возможно, в 2033 году, НАСА и Китай намерены впервые в истории отправить людей на Марс. Эта затея создаёт множество проблем, начиная от логистических и технических вопросов и заканчивая возможностью астронавтов справляться с отходами и иметь достаточно еды и воды для многомесячного перелёта на Марс и обратно. Но, конечно же, здоровье и безопасность астронавтов, которые проведут месяцы в космосе, будут подвергаться воздействию космической радиации и микрогравитации. Есть даже опасения, что после нескольких месяцев пребывания в условиях микрогравитации у астронавтов возникнут проблемы с адаптацией к марсианской гравитации.
Чтобы определить, обоснованы ли эти опасения, группа экспертов по космической медицине из Австралийского национального университета (ANU) разработала математическую модель, позволяющую предсказать, смогут ли астронавты безопасно отправиться на Марс и выполнять свои обязанности после прибытия на Красную планету. Эта модель может быть чрезвычайно ценной наряду со всеми другими приготовлениями, которые необходимо провести перед тем, как астронавты ступят на поверхность Марса. Её также можно использовать для оценки влияния краткосрочных и длительных миссий, которые в будущем выведут астронавтов далеко за пределы низкой околоземной орбиты (НОО) и системы Земля-Луна.
Статья, описывающая новую математическую модель и вытекающие из неё выводы, недавно появилась в научном журнале npj Microgravity, издаваемом Nature. Исследовательскую группу возглавил доктор Лекс ван Лун, научный сотрудник Колледжа здоровья и медицины ANU (CHM). Как он и его коллеги отмечают в своём исследовании, потенциальные опасности для миссий, направляющихся на Марс, многочисленны, но наибольшая угроза, возможно, связана с временем, которое астронавты проведут в условиях микрогравитации. В сочетании с разрушительным излучением Солнца и космических источников этот опыт вызовет фундаментальные изменения в их телах.
На основе обширных исследований, проведённых на борту Международной космической станции (МКС), стало известно, что микрогравитация вызывает потерю плотности мышц и костей, влияет на функции внутренних органов, зрение и сердечно-сосудистую систему – сердце и его способность перекачивать кровь через систему артерий организма, а также вены.
“Мы знаем, что путешествие на Марс занимает от шести до семи месяцев, и это может привести к изменению структуры ваших кровеносных сосудов или состояния вашего сердца из-за невесомости. С появлением коммерческих агентств космических полётов, таких как Space X и Blue Origin, у богатых, но не обязательно здоровых людей появилось больше возможностей для полётов в космос, поэтому мы хотим использовать математические модели, чтобы предсказать, сможет ли кто-то полететь на Марс”, – сказал Ван Лун.
Соавтор исследования доктор Эмма Такер, астрофизик, добавила, что длительное пребывание в невесомости может привести к тому, что сердце станет “ленивым”, потому что при низкой гравитации ему не нужно будет так усердно работать, чтобы перекачивать кровь по всему телу.
“Когда вы находитесь на Земле, гравитация притягивает жидкость к нижней половине вашего тела, поэтому у некоторых людей ноги начинают опухать к концу дня. Но когда вы отправляетесь в космос, это гравитационное притяжение исчезает, а это означает, что жидкость смещается в верхнюю половину вашего тела, и это вызывает реакцию, которая обманывает тело, заставляя его думать, что жидкости слишком много. В результате вы начинаете много ходить в туалет, начинаете избавляться от лишней жидкости, не чувствуете жажды и меньше пьёте, а значит, обезвоживаетесь в космосе”, – отметила Эмма Такер.
Именно поэтому, по словам Такер, астронавты, возвращающиеся с МКС, теряют сознание, когда снова ступают на Землю или нуждаются в транспортировке в инвалидных колясках. Чем дольше они остаются в космосе, тем больше вероятность того, что они рухнут, когда вернутся на Землю, и тем сложнее будет процесс приспособления к земной гравитации.
Когда дело доходит до миссий, направляющихся на Марс, возникает дополнительная сложность, связанная с задержкой связи между Землёй и Марсом. В зависимости от положения Солнца, Земли и Марса эти задержки могут достигать 20 минут, а это означает, что астронавты должны иметь возможность выполнять свои обязанности без немедленной помощи со стороны диспетчеров миссии или вспомогательных бригад.
“Если астронавт потеряет сознание при первом выходе из космического корабля или возникнет потребность в неотложной медицинской помощи, то на Марсе, к сожалению, ему некому будет помочь. Вот почему мы должны быть абсолютно уверены в том, что астронавт готов к полёту и может адаптироваться к гравитации Марса. Они должны быть в состоянии действовать эффективно и результативно с минимальной поддержкой в течение этих решающих первых нескольких минут”, – объяснил Ван Лун.
Новая модель использует алгоритм машинного обучения, основанный на данных об астронавтах, собранных в ходе прошлых экспедиций на МКС и в миссиях “Аполлон”. Тестирование показало, что модель может имитировать ключевые гемодинамические изменения сердечно-сосудистой системы после длительного космического полёта и в условиях различных гравитационных нагрузок. И результаты обнадёживают, поскольку они показывают, что астронавты могут нормально функционировать после месяцев, провёденных в условиях микрогравитации.
Хотя текущая модель основана на данных, полученных от хорошо обученных астронавтов среднего возраста, исследователи надеются расширить её возможности, включив в неё данные о коммерческих космических полётах. В конечном счёте, цель исследователей – создать модель, которая сможет имитировать воздействие длительного космического путешествия на относительно нездоровых людей с уже существующими сердечными заболеваниями (другими словами, на неподготовленных гражданских лиц). Они надеются, что эта модель даст более целостную картину того, что произойдёт, если “обычный” человек отправится в космос.
Могут быть внесены дополнительные уточнения, чтобы включить проблемы со здоровьем, связанные с возрастом, что имеет смысл, учитывая количество знаменитостей, которые недавно летали в космос (Уолли Фанк, Уильям Шатнер, Лора Шепард, Ричард Брэнсон и т. д.). Кто знает? Возможно, удастся смоделировать последствия длительного воздействия микрогравитации на развитие детей и плода. Это исследование имеет решающее значение, если мы когда-нибудь захотим отправить людей на Луну, Марс и в другие места, чтобы колонизировать их.