为流浪地球做准备?欧航局想让你一觉醒来到火星

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11-27 11:20

要说打脸的速度,估计没谁能比 ESA(欧洲宇航局)快。

今年 6 月份,ESA 发表了一篇博客,给马斯克的火星殖民计划、NASA 登陆火星计划泼了一盆冷水。

ESA 认为,前往火星的路上辐射太大了,现阶段不可能把人类送上火星。

但是过了没多久,ESA 又出来放话了。他们表示已经有了对策,不仅能够让宇航员减少辐射,甚至还能应对一系列前往火星时会遇到的问题。

在看他们的解决方法之前,我们也不妨先了解一下,到底在去火星的路上,会遇到什么难题。

Far away from home

今年 11 月 15 日,澳航的「日出计划」第二个测试航班 QF7879 平安降落悉尼机场。

之所以称为「日出计划」是因为在这趟航班是一趟伦敦悉尼直飞航班,在这趟航班上的旅客将飞行 19 小时 19 分钟,并将会在飞机上看到两次日出。

这也是目前世界上最长的直飞航线。

▲ 日出计划

如果说完成了这条航线的旅客是「铁屁股」的话,那么能完成火星之旅的宇航员,应该就是「超合金屁股」了。

因为去火星的路上,要比这个远太多了。

每经过 26 个月,就会出现一次到火星的最佳窗口期,此时地球和火星之间会出现最短距离,为 5700 万公里。

而如果以目前的航空器的平均飞行速度每小时 5.8 万公里来算的话,大约需要 983 个小时也就是大概 40 天就能飞到火星上。

听起来也不算多吧。因为那只是直线飞行的距离,而不幸的是,我们的宇宙飞船并不可能这样笔直地向火星奔去。

目前被认为从地球飞向火星的最合理轨迹是一个被称为赫曼转移轨道的椭圆绕日轨道。在该轨道的飞行中,宇宙飞船需要经历加速逃离地球引力、减速被火星捕获、最后绕火星减速飞行并最终着陆火星表面三个过程。

而根据估算,这个旅程,大约需要耗时 260 天,也就是 8 到 9 个月时间。

▲赫曼转移轨道

目前宇航员每次上国际太空站也只会呆大概 6 个月时间,在太空中呆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了连续任务 437 天的纪录。

当然,这是不能比的。因为在太空站里的条件,相比去火星的路上,要好得多。

聊天会有 40 分钟延迟,还容易成为「神经病」

首先由于距离远所带来的一个问题,就是沟通问题。

实际上,在前往火星的路上,飞船和地球之间的通讯将会有延迟,根据 NASA 的数据,这个延迟平均将会在 20 分钟左右,并且走得越远,延迟也将会越高。

这也就意味着,宇航员每说一句话,需要等上 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在执行任务时的心理表现,他表示:

和家人进行实时沟通,对于宇航员来说是非常的一件事。如果将这个功能拿走的话,对于宇航员来说,是十分残忍的一件事情,并且会对宇航员的心理造成极大的影响。

更重要的是,沟通的延迟也意味着宇航员在面对生理和心理的突发状况时,将无法得到实时的支援。这种远在数千万公里以外的孤立无援所带来的压力,即便宇航员的心理素质再强大,也很难受得了。

此前俄罗斯科学家也通过了一项名为 Mars 500 的试验,模拟密闭空间,通信延迟对宇航员所带来的心理影响。

科学家选择了 6 名来自世界不同国家的成年健康男性,并将他们「关」在了模拟前往宇宙飞船的密闭空间当中,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。他们呆在密闭空间的 520 天当中,也需要模拟进行太空实验以及日常的例行维护。

另外,在密闭空间中,参与实验的他们也将会全程体验明暗循环隔绝,通信延迟。

▲ Mars 500 试验舱

最终测试结果显示,在 6 名参与者当中,有一名在绝大部分时间里,都处在了轻度至中度抑郁当中,有两名测试者的睡眠周期出现了异常,还有一名出现了长期的失眠以及莫名的身体疲惫。

而且,科学家还发现,这些消极的心理状况还会传染。

在测试当中,压力指数最大的测试者以及那位长期处于失眠安状态的测试者,在参与多人协同的任务当中,多数会与其他测试者产生冲突,最终导致整个任务耗时变长,甚至是失败。

不仅如此,他们还发现,由于生理和心理因素造成的睡眠质量下降,后面还会演变成嗜睡症以及功能性睡眠丧失。不断下降的睡眠质量与不断上升的睡眠时间让整个团队的氛围变得昏昏欲睡,死气沉沉。

缺乏重力,还会引起肾结石?

大家都知道,在去火星的路上,潜藏着的一大杀手,就是太空辐射。在脱离了大气的保护之后,太空辐射对人类的 DNA、细胞和组织结构都将会有严重的威胁。

NASA 其实一直在研究慢性放射暴露是如何影响大脑功能的。他们此前曾经和加州大学欧文分校的 Charles Limoli 博士及其团队将小鼠暴露于模拟宇宙辐射的带电粒子中。

结果他们发现了老鼠大脑出现了一些结构变化,例如降低了神经元分支结构的复杂性。此外,小鼠还表现了出行为的改变,包括记忆力减退,焦虑增加和执行功能减退等。

而其实影响生理健康的,还不只是辐射,重力的缺失也是一大问题。

漂浮在空中看上去是一件很浪漫的事,实际上,它将可能导致肌肉萎缩和视觉感知改变等严重的生理问题。

科学家托马斯·威廉姆斯还认为,长期处于失重的状态,其实很容易引起肾结石,而且还能由此引发出一系列例如尿路感染等的问题。

既然醒着的时候会有这么多危险,那不如睡着去火星吧

1999 年,放射科医生 Anna Bagenholm 博士在挪威滑雪时不慎掉入了冰冻的溪流当中。在被拯救出来时,她已经在冰水里面呆了足足 80 分钟。

在被送到医院后,她已经没有了呼吸、没有了脉搏,体温也已经下降到了 13.7 摄氏度,基本可以宣告死亡。

但当时的医生并没有放弃,而是将她接上体外循环机器,不断地为她供应温暖的血液。最终在一百多名医护人员经历了 9 个小时的抢救之后,Anna Bagenholm 被成功抢救了回来。即便日后还是出现了脑损伤等后遗症,但 Anna Bagenholm 的抢救案例依旧被视为医学奇迹收录到了《柳叶刀》杂志上面。

作为她的主治医生,奥斯陆国家医院教授 Petter Andreas Steen 博士认为,这个医学奇迹之所以能够发生,与她之前在低温中保持了缓慢的新陈代谢,进入了类似于「冬眠」的状态有着密切的关系。

其实数十年来,人们对于「人类冬眠」的探索从未停止,无论是在科学上,还是在荧幕上。

而宇航员进入睡眠舱,倒头大睡,一觉醒来就到达目的地。这样的剧情,相信很快就不只能在电影中看到了。

为了避开宇航员在前往火星的路上所遇到的各种生理和心理问题,ESA 正研究怎么让宇航员在前往火星的路上能够进入「冬眠」状态。

尽管人并不会真的冬眠,但是通过适当的降低温度,使人进入新陈代谢更迟钝的「昏迷」状态,确实有许多好处。

根据他们所提供的资料,在进入了这种休眠状态以后,新陈代谢率降低四分之三左右。根据研究表明,在太空辐射对生理的影响也会大大降低。另外在这种长期保持平静的状态下,心理健康也不会那么容易因为孤独和空间封闭而产生影响。

更现实的一件事是,宇航员吃得少了,需要带的食物变少了,飞船还能飞快点。

根据他们所发布的方案,宇航员需要模拟动物冬眠做好前期准备,先「管住腿,迈开嘴」,增加体内脂肪含量以储存能量。然后再通过特殊的药物进入休眠状态。

这种休眠的状态大概会持续 180 天左右,并在前后为宇航员设立一个适应期。

欧洲航天局并非只是说说而已。他们甚至已经设计专用的冬眠仓,并且公布了他们的草图。

他们所设计的冬眠仓分为了六人舱和四人舱两种「户型」。当中 6 人舱为直径 5.9 米,高度 5.3 米的圆柱形,并且分为生命保障、居住、储藏、工作等 9 个系统隔间。

ESA 还表示将会为宇航员们配备一个类似于《流浪地球》中「莫斯」那样的 AI 管家,帮助宇航员在进入冬眠无法行动的时候对飞船进行监护。

当然,摆在 ESA 面前的困难还有很多,包括怎么保证冬眠技术的绝对安全,怎么让宇航员在长期睡眠之后能够让身心都迅速适应环境并投入工作,怎么确保 AI 能在人类「缺席」的情况下完美无瑕地接管所有任务等,这些都需要经过漫长的试验去进行验证。

但 ESA 似乎对这个技术还是抱有相当大的决心,他们表示:

我们研究了如何最好使宇航员团队进入冬眠状态,在紧急情况下该怎么办,如何处理人身安全以及冬眠会对团队心理产生什么影响。最后,我们创建了睡眠舱的初步草图,我们相信,在 20 年内,就能让人类进入火星。

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