Amióta az űrhajósok hosszabb ideig elindultak az űrbe, ismert volt, hogy a nulla gravitáció vagy a mikrogravitáció hosszú távú kitettsége az egészségre gyakorolt hatásainak részét képezi. Ide tartoznak az izmok atrófiája és a csontsűrűség csökkenése, de kiterjednek a test más területeire is, ami csökkent szervműködéshez, keringéshez és akár genetikai változásokhoz is vezet.
Ezért számos tanulmányt készítettek a Nemzetközi Űrállomás (ISS) fedélzetén, hogy meghatározzák ezen hatások mértékét és milyen stratégiákat lehet alkalmazni ezek csökkentésére. Egy nemrégiben a Nemzetközi Molekuláris Tudományos Folyóirat, a NASA és a JAXA által finanszírozott kutatók egy csoportja megmutatta, hogy a mesterséges gravitációnak kulcsfontosságú elemét kell képeznie minden jövőbeli hosszú távú űrtervben.
Mint megjegyeztük, jelentős mennyiségű kutatást végeztek a mikrogravitáció által az emberi testre gyakorolt hatások azonosítása és számszerűsítése céljából. Jó példa erre a NASA Emberi Kutatási Programja (HRP) által készített ikrek-tanulmány, amely azt vizsgálta, hogy milyen hatások vannak az űrhajós, Scott Kelly testére, miután egy évet a Nemzetközi Űrállomás fedélzetén töltötték - ikreik testvére, Mark Kelly segítségével - kontrollként .
Ezek és más tanulmányok megerősítették, hogy a mikrogravitáció nem csak a csontsűrűséget és az izomtömeget befolyásolja, hanem az immunfunkciót, a vér oxigénellátását, a kardiovaszkuláris egészséget, sőt a lehetséges genomiális és kognitív változásokat is. Ezenkívül a látást a térben eltöltött idő is befolyásolhatja, ami a keringés és az oxigén kevesebb látószövetbe jutásának eredménye.
Valójában a rövid távú űrrepülőgépeken (körülbelül két hét) az űrhajósok kb. 30% -a és az ISS-hez tartó hosszú távú missziók 60% -a számolt be látásuk valamilyen károsodásáról. Erre válaszul Michael Delp professzor - a Floridai Állami Egyetem (FSU) Humántudományi Főiskola dékánja és a cikk szerzője - és kollégái azt javasolják, hogy a mesterséges gravitációt építsék be a jövőbeli küldetésekbe.
Évek óta, és a NASA támogatásával, Delps vizsgálta a mikrogravitációnak az űrhajósok látására gyakorolt hatását. Mint mondta egy nemrégiben megjelenő FSU sajtóközleményben:
„A probléma minél hosszabb az űrhajósok űrben, annál valószínűbb, hogy látássérülést tapasztalnak. Néhány űrhajós felépül a látásváltozásból, mások nem. Tehát ez a NASA és az űrügynökségek számára kiemelt fontosságú világszerte. A mesterséges gravitáció ezen alkalmazásával azt tapasztaltuk, hogy ez nem akadályozza meg teljesen a szemváltozást, de nem láttuk a legrosszabb eredményeket. ”
Annak meghatározása érdekében, hogy a mesterséges gravitáció csökkenti-e ezeket a hatásokat, Delp a japán Aerospace Exploration Agency (JAXA) kutatóival összefogott egy legelső együttműködésben. Csatlakoztak hozzá Xiao Wen Mao professzor (a tanulmány vezető szerzője) a Linda Loma Egyetemen, valamint az Arkansasi Orvostudományi Egyetem, az Arkansasi Gyermekkutató Intézet és a Tsukuba Egyetem tagjai.
A csoport ezután megvizsgálta az egerek szemszövetének változásait, miután 35 napot az ISS fedélzetén töltöttek. A teszt alanyok 12 kilenc hetes hím egérből álltak, amelyeket a Kennedy Űrközpontból repültek, és az ISS JAXA „Kibo” laboratóriumában lévő egér élőhely-ketrecbe (HCU) helyezték el. Tartózkodásuk alatt az egereket két csoportra osztották.
Míg az egyik csoport környezeti mikrogravitációs körülmények között éltek, a másik egy centrifugális élőhely-egységben élt, amely 1 g mesterséges gravitáció (a Föld gravitációjának felel meg). Ebből a kutatócsoport megállapította, hogy az előbbi csoport károsította az ereket, amelyek fontosak a szemben a folyadéknyomás szabályozásában.
"Amikor a Földön vagyunk, a gravitáció a lábunk felé húzza a folyadékot" - mondta Phelps. Amikor elveszíti a gravitációt, a folyadék a fej felé tolódik el. Ez a folyadékváltás az egész ér érrendszerét érinti, és most tudjuk, hogy ez érinti a szem vérereit is. "
Ezenkívül a csoport megjegyezte, hogy a fehérje expressziós profilja az egerek szemében is megváltozott a mikrogravitáció következtében. Összehasonlításképpen, a centrifugában időt töltő egerek szemszövetükben szinte annyira nem szenvedtek sérülést. Ezek az eredmények azt jelzik, hogy a mesterséges gravitáció, valószínűleg forgó szakaszok vagy centrifugák formájában, szükséges komponense lesz a hosszú távú űri misszióknak.
A fogalmak mentén a mesterséges gravitáció használata az űrben nem valami új. Az űrügynökségek amellett, hogy a tudományos fantasztikus kutatásban egy jól átgondolt koncepciót képviselnek, az emberi űrben való állandó jelenlét kialakításának lehetséges módját vizsgálták. Ragyogó példa erre a Stanford Torus Space Settlement, a fő terv, amelyet az 1975-ös NASA nyári tanulmány figyelembe vett.
A NASA Ames Kutatóközpontja és a Stanfordi Egyetem közös erőfeszítéseként ez a tízhetes program professzorokból, műszaki igazgatókból és hallgatókból állt össze, hogy elképzelést alkossanak arról, hogyan élhetnek az emberek egy nagy űrkolóniában. Ennek eredményeként létrejött egy olyan kerékszerű űrállomás koncepciója, amely úgy forog, hogy a Föld-normál vagy a részleges gravitációt érzékelje.
Ezenkívül fontolóra vették az űrhajók körében a forgó torusokat annak biztosítása érdekében, hogy a hosszú távú missziókban részt vevő űrhajósok korlátozhatják idejét a mikrogravitációban. Jó példa erre az Egyesült Államok hosszas felfedezéséhez szánt, nem légköri univerzális szállítás (Nautilus-X), egy több küldetésű űrhajó-koncepció, amelyet 2011-ben fejlesztettek ki, Mark Holderman és Edward Henderson, a NASA technológiai alkalmazások kiértékelési csoportjának mérnökei.
A korábbi kutatásokhoz hasonlóan ez a tanulmány kiemeli az űrhajósok egészségének fenntartásának fontosságát az űrben történő hosszú távú missziók, valamint a hosszú távú utak során. Ennek a tanulmánynak az a különbsége, hogy az első olyan sorozatban, amelynek célja az űrhajósok látásromlásának jobb megértése.
"Reméljük, hogy a folyamatos szoros tudományos együttműködés segít felhalmozni azokat a kísérleti eredményeket, amelyek szükségesek a jövőbeli ember által végrehajtott mély űrkutatáshoz való felkészüléshez" - mondta Dai Shiba, a JAXA vezető kutatója és a szerző társszerzője. Mao, a tanulmány vezető szerzője szintén rámutatott, hogy reméli, hogy ez a kutatás meghaladja az űrkutatást, és itt alkalmazható lesz a Földön:
"Reméljük, hogy eredményeink nemcsak az űrrepülés környezetének a szemre gyakorolt hatását jellemzik, hanem hozzájárulnak az űrrepülés által okozott látási problémák új gyógymódjaihoz vagy kezeléséhez, valamint a Földdel kapcsolatos további rendellenességekhez, például az életkorral összefüggő makuladegenerációhoz és a retinopátiához."
Kétségtelen, hogy az űrkutatás jövőjével kapcsolatban sok kihívás áll előttünk. Nemcsak olyan űrhajókat kell kifejlesztenünk, amelyek ötvözhetik az üzemanyag-hatékonyságot és az energiát, hanem csökkentenünk kell az egyes indítások költségeit, és ki kell dolgoznunk a hosszú távú küldetések egészségügyi kockázatainak csökkentésére szolgáló módszereket. A mikrogravitáció hatásain túl a nap- és kozmikus sugárzás hosszú távú kitettségének kérdése is felmerül.
És ne felejtsük el, hogy a holdfelszínre és a Marsra irányuló küldetéseknek hosszú távú expozícióval kell szembenézniük az alacsonyabb gravitációval, különösen a külsõ állomásokon. Mint ilyen, nem kellene elképzelni, hogy a tori és a centrifugák a közeljövőben rendszeres részévé válhatnak az űrkutatásban!
