Podróż kosmiczna w stanie hibernacji – sci-fi czy realna perspektywa?

14h_fm2017_opener_torpor-11_liveDopóki ograniczeni jesteśmy prawami dynamiki musimy liczyć się z tym, że podróże kosmiczne będą bardzo czasochłonne i kosztowne. Niestety, nasze organizmy nie tolerują przeciążeń związanych z przyspieszeniem (a następnie hamowaniem) statku kosmicznego do prędkości, które umożliwiłyby szybki transfer na orbitę sąsiadującej planety.

Nawet gdyby było to dla nas znośne, nie dysponujemy jeszcze wystarczająco wydajnym i bezpiecznym silnikiem. Dotychczasowe osiągnięcia rocket science nie wniosły wiele nowego do podróży kosmicznych od ponad 50 lat. Z równania Ciołkowskiego (radziecki uczony polskiego pochodzenia) sprzed ponad stu lat wynika, że przynajmniej 80% masy obiektu uciekającego z ziemskiej grawitacji powinno stanowić paliwo zasilające silniki odrzutowe tego obiektu.

Dura lex, sed lex… Mimo ponad 100 lat na karku równanie wciąż obowiązuje i jest solą w oku planistów kosmicznych podróży. Trudno pogodzić marzenie o kosmicznej eksploracji z niewyobrażalnymi wręcz kosztami jego realizacji. Najprostszym rozwiązaniem jest maksymalnie ograniczyć masę ładunku zabieranego na pokład. Niestety, w konsekwencji podróż staje się raczej rzadką przyjemnością dla podróżnych.

Na wielu filmach sci-fi niedogodności lotu międzyplanetarnego rozwiązane są przez uśpienie kosmonautów na czas podróży. Pogrążeni w hibernacji pasażerowie nie są świadomi upływających tygodni a ich podstawowe potrzeby życiowe są zminimalizowane przez znacznie spowolniony metabolizm.

Nad ich zdrowiem czuwa w pełni autonomiczna aparatura medyczna pilnując ledwie wyczuwalnego pulsu i podając kroplówką miksturę bogatą w wartości odżywce. Brzmi jak fantastyka naukowa?

ripley

Ellen Ripley po wyrzuceniu Obcego z pokładuNostromo zapadła w sen na prawie 60 lat!

Torpor, bo tak właściwie brzmi medyczne określenie na opisany powyżej stan, polega na spowolnieniu metabolizmu w odpowiedzi na warunki środowiska. To mechanizm przetrwania który w toku ewolucji wykształciło wiele gatunków. Niedźwiedzie brunatne spędzają w stanie hibernacji do 5 miesięcy w roku, białe wiewiórki nawet o miesiąc dłużej. Niektóre naczelne, z którymi ludzie są najbliżej spokrewnieni też potrafią zapaść w sen zimowy (Lemur karłowaty).

W stanie torporu temperatura organizmu zmniejsza się o kilka do kilkunastu st. C a wszystkie funkcje życiowe ulegają znacznemu spowolnieniu. Zwierzęta wykształciły taki mechanizm ochronny w odpowiedzi na niedostępność pożywienia (a zatem energii) w okresie zimowym. Niedźwiedziom na 5 miesięcy hibernacji wystarcza tkanka tłuszczowa, którą zgromadziły przed zapadnięciem w sen zimowy. Po przebudzeniu się mają jej prawie o połowę mniej.

hibernation_headerLudzie jako gatunek dostosowali się do skąpych w pożywienie warunków zimowych w inny sposób (kto wie, być może ujarzmiając ogień  a może organizując się w społeczności, a może te dwie funkcje razem? A może w jeszcze inny sposób? – przyp. clrk).

Torpor nie jest naszym ewolucyjnym zwyczajem. A jednak medycyna odnotowała wiele przypadków, w których organizm ludzki bronił się przed śmiercią w sposób podobny do snu zimowego. Podręczniki medyczne (a także sensacyjne wiadomości) opisują historie osób, które przeżyły długie godziny pod powierzchnią lodu albo zakryci śnieżną lawiną, właśnie dzięki stanowi torporu w jaki zapadli. Po odratowaniu ich organizmy powoli zaczynały normalnie funkcjonować bez szkód spowodowanych godzinami bez tlenu. W normalnych warunkach wystarcza kwadrans bez tego paliwa, żeby nieodwracalnie uszkodzić mózg.

Pozytywny wpływ zimna na stłuczenia i inne obrażenia znany jest już od starożytności, ale dopiero współcześnie sztuczna hibernacja znajduje zastosowanie w praktyce medycznej. Ofiary wypadków celowo wprowadza się w stan hypotermii w celu ratowania życia. Spowolniony metabolizm daje lekarzom czas na naprawienie uszkodzeń. Pacjenta okłada się woreczkami z lodem oraz podaje mieszankę leków spowalniających funkcje życiowe i “wyłączających” świadomość.

141007123531-01-mars-hibernate-horizontal-large-gallery

Taki zautomatyzowany system podtrzymywania życia działa w rzeczywistości! żródło NASA/SpaceWorks

Zjawisko jest bardzo wartościowe z punktu widzenia ratowania życia ale czy znajdzie rzeczywiste zastosowanie w podróżach kosmicznych? Współcześnie medycyna potrafi “zamrozić” pacjenta na okres do dwóch tygodni, bez skutków ubocznych. Z doświadczeń wynika, że uśpienie a następnie wybudzenie z stanu torporu trwa około 24 godzin i zdrowy organizm radzi sobie z tym bez przeszkód. Trwają prace nad wydłużeniem okresu hibernacji, opracowaniem mikstury leków oraz odżywek wspierających spowolnienie funkcji życiowych oraz podtrzymaniem kondycji organizmu, który na wiele tygodni pozostanie w bezruchu. Zanik mięśni to największy problem, z jakim musieliby zmagać się astronauci poddani procedurze.

Amerykańska agencja kosmiczna we współpracy z prywatnymi przedsiębiorstwami opracowała bardzo zaawansowany plan kosmicznej podróży uwzględniający wprowadzenie astronautów w stan torporu. Wszystko wskazuje na to, że to remedium na monotonię kosmicznej podróży oraz znaczne ograniczenie kosztów. Uśpieni astronauci nie potrzebują przestrzeni życiowej a ich potrzeby żywieniowe są znacznie zredukowane. W efekcie masa statku kosmicznego wraz z ładunkiem może zostać zmniejszona o 1/5 do nawet 80% !

141007123548-03-mars-hibernate-horizontal-large-gallery

Projekt moduły załogowego uwzględniający „uśpienie” pasażerów na czas podróży międzyplanetarnej, źródło NASA/SpaceWorks

Przy obecny m stanie wiedzy i technologii medycznej półroczna podróż jest w zasięgu ręki. Zakładając że członkowie załogi będą wybudzani co 2 tygodnie na kilkudniowe wachty.  Taka rotacja załogi zagwarantuje stałą obecność świadomej osoby na pokładzie, czuwającej nad prawidłową pracą statku kosmicznego i aparatury podtrzymującej życie.

Zanim ludzie polecą na Czerwoną Planetę należy dołożyć starań, żeby mieli tam bezpieczne schronienie i zapewniony powrót. Dlatego najpierw na powierzchnie Marsa musi zostać wysłany działający habitat. Drugim pojazdem który powinien być już na miejscu według planu NASA jest rakieta powrotna, oczekująca na ich powrót z Marsa na orbicie planety.

Możecie zapoznać się ze szczegółową prezentacją projektu w języku angielksim klikając tutaj.

Reklamy

Misja załogowa do 2030? NASA i Roskosmos chcą współpracować

Głowa NASA, Charles F. Boden Jr.

W środę, 11. kwietnia pierwszy sekretarz NASA Charles F. Boden w otwartym przemówieniu na Uniwersytecie w Sydney oznajmił, że załogowa misja na Czerwoną Planetę jest priorytetem dla agencji. „Mars zawsze był naszym celem, dlatego wysyłanie tam człowieka jest tylko kwestią czasu” zapewnił. NASA planuje postawić stopę na Marsie do 2030 roku.

Ostatnie lata to dla NASA czas ograniczeń budżetowych, agencja każdego roku otrzymuje coraz mniej pieniędzy od rządu USA. Kryzys gospodarczy i częste niepowodzenia w badaniach Marsa (ponad połowa marsjańskich misji zakończona fiaskiem) zniechęciły rząd do finansowania działań agencji.

Receptą na taki stan jest współpraca z prywatnym sektorem. Łazik Curiosity został wyprodukowany wspólnymi siłami NASA oraz Lockhead-Martin, większość instrumentów badawczych dostarczyły prywatne przedsiębiorstwa. Także współpraca międzynarodowa gra wielką rolę w podboju kosmosu. Amerykanie liczą głównie na Chiny oraz Rosję.

Zaraz po przemówieniu Bodena, drugi sekretarz Roskosmosu Sergej Saweljew wyraził pełne wsparcie swojej agencji w realizacji misji załogowej. Rosjanie dopiero co stracili satelitę Phobos-Grunt mającego dostarczyć na Ziemię próbkę z księżyców Marsa. Przypomnę, satelita po starcie w listopadzie ubiegłego roku nie trafił na właściwą trajektorię i w styczniu tego roku runął do Oceanu Spokojnego. To niepowodzenie zmusiło Roskosmos do porzucenia planów samodzielnego podboju Czerwonej Planety.

Tak duże przedsięwzięcie (misja załogowa – przyp. Autor) wymaga zaawansowanej technologii oraz innych środków. Potrzebne są silniki, wydajny system podtrzymywania życia, ochrona przed promieniowaniem, niezbędne jest wytrenowanie ludzi do pracy w warunkach seperacji i presji” mówił Saweljew. Roskosmos jest zdecydowany wziąć udział w pracy nad wyprawą „…która może dojść do skutku tylko dzięki międzynarodowej współpracy” dodał. Wśród agencji kosmicznych, z którymi chce współpracować Roskosmos są NASA oraz ESA.

Entuzjazmu Saweljewa nie podziela przewodniczący Roskosmosu Vladimir Popowkin. Ostrzegał on przed kolejnym „kosmicznym wyścigiem” który dla ekonomii Rosji może okazać się równie katastrofalny w skutkach jak ten z czasów ZSRR.

Na zakończenie swojego przemówienia Boden wspomniał o misjach, w których agencja traciła ludzi (Apollo 1 z 1967, lot Challengera z 1986). „Tragiczne doświadczenia pozwoliły nam wyciągnąć wnioski, bez których nigdy nie postawilibyśmy stopy na Księżycu” podkreślił. Przypomniał, że misje załogowe są bardzo niebezpieczne. Nie wykluczał, że tym razem również nie obejdzie się bez ofiar. Miejmy nadzieję, że nie są to prorocze słowa.

Ciekawe, z jaką propozycją w tym kosmicznym wyścigu wystąpią Chiny oraz jak astronauci poradzą sobie z powrotem z Czerwonej Planety. W tej ostatniej kwestii do tej pory nie ma sensownej propozycji, mówi się nawet, że załogowa misja może okazać się lotem tylko w jedną stronę.