هذا هو الجزء الثاني من سلسلة من جزأين حول الاستعدادات لبعثات الفضاء البشرية القادمة إلى الكوكب الأحمر.
ربما كان فرانك بورمان أول شخص يتجول في الفضاء.
كان بورمان جزءًا من مهمة أبولو 8 التابعة لوكالة ناسا ، والتي انطلقت من منصة إطلاق في فلوريدا في 21 ديسمبر 1968. على مدار الأيام الستة التالية ، صنعت المهمة التاريخ حيث حلقت فوق القمر وعادت إلى الوطن. لكن بورمان ، الذي قاد المهمة ، أصبح مضطربًا بالقرب من البداية.
يتذكر في مقابلة في عام 1999:"تقيأت عدة مرات". الآن 89 ، بورمان هو أكبر رائد فضاء أمريكي على قيد الحياة.
قال:"لا أحد يحب التقيؤ". ومع ذلك ، أصر على أن مرض الفضاء هذا "لم يكن مشكلة كبيرة".
في الفضاء ، الجاذبية ضعيفة جدًا لدرجة أنها قد لا تكون موجودة على الإطلاق. يصبح الفرق بين "أعلى" و "أسفل" بلا معنى. يمكن أن يعاني رواد الفضاء من الغثيان والارتباك. يحدث كثيرا.
داء الفضاء ليس هو الأثر الجانبي الوحيد الذي يصاحب التشويق عند مغادرة الأرض. حدد تقرير ناسا لعام 2015 30 عاملاً يمكن أن تجعل رواد الفضاء مرضى وغير قادرين على أداء وظائفهم. وقالت إنه قد يكون هناك المزيد. حتى يزور الناس كوكب المريخ ، سيكون من الصعب التنبؤ بشكل كامل بما قد يحدث خطأ.
تقول رائدة الفضاء جيسيكا مائير ، التي تعيش في هيوستن ، تكساس ، وتعمل في وكالة ناسا:"نريد أن نتأكد من أنه يمكننا إعادة الناس بصحة جيدة وأمان". ساعدت وكالة ناسا في تصميم برامج لتدريب مسافري الفضاء على مخاطر الفضاء.
بعض المخاطر المعروفة شائكة للغاية. إلى جانب داء الفضاء ، هناك إشعاع - جزيئات دون ذرية عالية الطاقة تمر عبر جلد رائد الفضاء ، فتتلف الخلايا من الداخل والخارج. يمكن أيضًا أن تضعف عظام وعضلات المسافرين إلى الفضاء لأن أجزاء الجسم هذه لم تعد مضطرة للعمل باستمرار ضد الجاذبية. يمكن أن يتراكم الدم والسوائل الأخرى من الأجزاء السفلية من الجسم في الأجزاء العلوية من الجسم ، بما في ذلك حول الدماغ. أحد الآثار الجانبية:قد يعاني رواد الفضاء من ضعف السمع.
السفر إلى الفضاء يمكن أن يعبث بالعقل والصحة العقلية. على سبيل المثال ، يسافر رواد الفضاء في أماكن ضيقة مع أشخاص آخرين. يقول ستيف كوزلوفسكي:"إذا كانت علاقاتك [معهم] لا تسير على ما يرام ، فإنك تبدأ في عزل نفسك عن بقية أفراد الطاقم". إنه عالم نفس في جامعة ولاية ميتشيغان في إيست لانسينغ. في الرحلات الفضائية طويلة المدى ، يتعين على رواد الفضاء التعاون في العديد من المهام. إذا لم تعمل بشكل جيد معًا ، فقد لا يتم إنجاز هذه المهام بشكل صحيح أو في الوقت المحدد. هذا ، كما يقول ، يمكن أن يعرض للخطر مهمة وحياة الطاقم بأكمله.
مشكلة مزدوجة
رواد الفضاء اليوم يزورون محطة الفضاء الدولية. يدور حول الأرض على ارتفاع 381 كيلومترًا (237 ميلًا). يستغرق الوصول إلى هناك أقل من يوم ، ويبقى معظم أفراد الطاقم أقل من عام. تستغرق الرحلة إلى القمر حوالي 3 إلى 5 أيام. قد تستغرق رحلة مستقبلية إلى كويكب عدة أسابيع. قد تستمر البعثات إلى المريخ حوالي 3 سنوات.
مع زيادة الوقت الذي يقضيه رواد الفضاء في الفضاء ، تزداد مخاطرهم الصحية أيضًا. وتقول مائير إن أخطرها التي تواجه المريخ معروفة جيدًا:الإشعاع.
الحياة على الأرض محمية من إشعاع الفضاء بواسطة فقاعة كبيرة غير مرئية وغير متوازنة. يطلق عليه الغلاف المغناطيسي (Mag-NEE-toe-sfeer). إنها المنطقة المحيطة بالأرض التي يهيمن عليها المجال المغناطيسي للكوكب. مثل الدرع ، ينحرف الغلاف المغناطيسي عن معظم الجسيمات عالية الطاقة التي تتدفق باتجاه الأرض من الشمس. فقط الجسيمات عالية الطاقة ستمر.
يأتي إشعاع الفضاء أيضًا من الأشعة الكونية المجرية. تأتي هذه الدفقات القوية من الطاقة من الفضاء السحيق. لا يزال العلماء يبحثون عن مصدرها. مثل الإشعاع الشمسي ، يمكن للأشعة الكونية المجرية أن تلحق الضرر بجسم الإنسان من الداخل والخارج. كما هو الحال أيضًا مع الإشعاع الشمسي ، ينحرف الغلاف المغناطيسي للأرض عن هذه الأشعة.
لكن الرحلة إلى المريخ ستأخذ رواد الفضاء إلى ما هو أبعد من ذلك الغلاف المغناطيسي الواقي.
يشتمل الغلاف المغناطيسي على ما يسمى أحزمة Van Allen . تقول المهندسة ليزا كارنيل:"بمجرد اجتياز أحزمة Van Allen ، التي تلتف حول الأرض ، لن يكون هناك المزيد من الحماية".
تدرس كارنيل إشعاع الفضاء السحيق في مركز أبحاث لانغلي التابع لناسا في هامبتون بولاية فيرجينيا ، وتحاول دراساتها المعملية محاكاة الفضاء السحيق. وهي تشمل إطلاق أشعة ليزر عالية الطاقة على أهداف ، بما في ذلك الأجسام العادية وعينات من الأنسجة البشرية. كما أجرت دراسات حول مخاطر داء الإشعاع الفضائي ، والذي يمكن أن يؤدي إلى أعراض تتراوح من الغثيان والقيء إلى تلف الأعضاء. (هذا يختلف عن داء الفضاء المعتاد بسبب انعدام الوزن).
قد يؤدي الإشعاع إلى تلف الجهاز القلبي الوعائي ، والذي يشمل القلب والرئتين. كما يمكن أن يتسبب في تلف الجهاز العصبي المركزي الذي يشمل الدماغ والنخاع الشوكي. لذلك قد يضعف الإشعاع قدرة الشخص على التفكير بوضوح.
يمكن للأشعة الكونية المجرية أن تمطر رواد الفضاء بجزيئات مختلفة الأحجام. يشبه كارنيل هذا الإشعاع بالرصاص غير المرئي الذي يطلق من مدافع الفضاء السحيق. "هناك أنواع مختلفة من البنادق وأنواع مختلفة من الضرر يمكن أن تحدث" ، تلاحظ.
تشمل الأشعة الكونية جزيئات صغيرة ، وهي أجزاء من ذرة. هذه الجسيمات تشبه BBs. قد يكون أبسطها بروتونات أو إلكترونات معزولة. قد تشمل النوى الأكبر منها نوى ذرات الليثيوم أو الكربون أو الحديد. يشبه كارنيل هؤلاء برصاص البنادق.
وتقول إنه في الدراسات المختبرية ، سيؤدي التعرض لحزم من هذه الجسيمات إلى الإصابة بالسرطان لدى الفئران. لم ير العلماء دليلًا على ارتفاع معدلات الإصابة بالسرطان لدى رواد الفضاء. لكن رواد الفضاء لم يبقوا في الفضاء لفترة طويلة. وحتى أولئك الذين بقوا مستيقظين لشهور على محطة الفضاء الدولية لا يزالون محميًا بواسطة الغلاف المغناطيسي.
كوكب المريخ بعيد عن تلك الفقاعة الواقية. وجدت البيانات التي تم جمعها بواسطة مركبة كيوريوسيتي المتجولة ، التي تجوب الكوكب الأحمر ، أن مستويات إشعاع الفضاء السطحي هناك مرتفعة. يشير هذا إلى أن رواد الفضاء الذين يذهبون إلى المريخ سيواجهون مخاطر عالية للإصابة بالسرطان.
سيتعين على البعثات الفضائية حماية رواد الفضاء من هذا الإشعاع. يقول كارنيل إن المهندسين يبحثون عن طرق عديدة للقيام بذلك. لكل منها إيجابيات وسلبيات. يتضمن أحد الحلول بناء سفن فضائية وبدلات فضائية من مواد سميكة يمكن أن تحمي الركاب. ومع ذلك ، قد تكون هذه السفينة ثقيلة للغاية ومكلفة للإطلاق. وستكون تلك البدلات ضخمة.
الحل الآخر هو تصميم واستخدام مواد جديدة تحرف المزيد من الإشعاع. لكن العلماء يحتاجون إلى الوقت والمال لتطوير هذه المواد. تخطط منظمات مثل ناسا لإرسال أشخاص إلى المريخ في السنوات الخمس عشرة القادمة. تريد شركة سبيس إكس ، وهي شركة خاصة ، جلب الأشخاص إلى هناك بحلول عام 2020. (في يناير 2018 ، أرسلت الشركة أثقل صاروخ في العالم - يسمى فالكون هيفي - متجهًا نحو حي المريخ. وقد حمل سيارة رياضية.) قد يكون الحل الثالث هو تطوير دواء يمكنه منع الآثار الضارة للإشعاع من داخل جسم رائد الفضاء. مثل هذا الدواء غير موجود بعد.
ومع الطب ، هناك سبب آخر للتوقف. يتم إعادة تدوير بول رائد الفضاء لمياه الشرب. سيتعين على العلماء التأكد من أن أي علاج للإشعاع آمن بغض النظر عن المكان الذي انتهى إليه ، وفي كل مرة يمر عبر الجسم.
يقول كارنيل:"لا أعتقد أننا سنصل أبدًا إلى النقطة التي نخفف فيها المخاطر تمامًا". "لذا فإن الهدف النهائي هو تقليل المخاطر قدر الإمكان."
عضلات وعقول
يواجه رواد الفضاء مخاطر صحية أخرى من السفر إلى الفضاء. وتشمل فقدان العظام والعضلات. يقول مئير ، رائد الفضاء ، إن محطة الفضاء الدولية تتضمن معدات يمكن أن تساعد في الحد من ذلك. على متن محطة الفضاء الدولية هو ARED. هذا يرمز إلى جهاز تمرين مقاوم متقدم. الآلة تستخدم أنابيب مفرغة لتوفير مقاومة للحركات - كما تفعل الأوزان في صالة الألعاب الرياضية.
يتدرب رواد الفضاء على محطة الفضاء الدولية مع ARED لمدة ساعتين كل يوم. يقول مئير إن هذا يجب أن يقطع كتلة العضلات أو العظام:"هذه واحدة من أكبر الأشياء التي حللناها".
لدى محطة الفضاء الدولية مساحة كبيرة لـ ARED. لن تكون المركبة الفضائية الأولى إلى المريخ بهذا الاتساع تقريبًا. لذلك يقوم المهندسون بتطوير معدات تمرين أصغر لهذه الحرفة. يقول مئير إن التمرين ، بعد كل شيء ، سيظل مشكلة صحية حرجة للأشخاص الذين يسافرون إلى الفضاء السحيق.
يحتاج العلماء الذين يخططون لبعثات المريخ أيضًا إلى التفكير فيما يدور في رأس رائد الفضاء. راشيل سيدلر عالمة حركية (Kih-NEES-ee-OL-oh-gizt) في جامعة فلوريدا ، في غينزفيل. (علم الحركة هو دراسة كيفية تحرك الأجسام). لقد كانت تحقق في كيفية تأثير السفر عبر الفضاء على الدماغ.
قامت سيدلر وفريقها بدراسة عمليات مسح الدماغ لـ 27 رائد فضاء كانوا في الفضاء. قضى أربعة عشر ستة أشهر في محطة الفضاء الدولية. أمضى الباقون حوالي أسبوعين على متن مكوك فضائي.
أدى العيش في الفضاء إلى تغييرات مفاجئة. حدد فريق سيدلر أماكن في الدماغ حيث انخفضت أو زادت كمية المادة الرمادية. تشمل المادة الرمادية أجسام الخلايا العصبية ، والتي تشبه مركز التحكم في هذه الخلايا.
لا يعتقد سيدلر أن الانخفاضات تشير إلى أن رواد الفضاء يفقدون خلايا المخ. وبدلاً من ذلك ، فإنها تشتبه في أن السوائل - بما في ذلك تلك الموجودة حول الدماغ - تتحرك بحرية في الجاذبية الصغرى من الفضاء. هذه التحولات ربما تسببت في بعض التغييرات التي لاحظتها.
تشرح قائلةً:"إن دماغك نوع من الطفو أعلى قليلاً في الجمجمة مما هو عليه على الأرض". نتيجة لذلك ، "هناك إعادة توزيع للسوائل." وهذا أحد الأسباب ، كما تقول ، "إذا نظرت إلى صور رواد الفضاء عند ذهابهم إلى الفضاء لأول مرة ، فإنهم يتمتعون بهذا المظهر المنتفخ".
قد يساعد ذلك أيضًا في تفسير بعض الأعراض التي تظهر عند عودة رواد الفضاء. فكلما قضوا وقتًا أطول في الفضاء ، كانت التغييرات التي طرأت على مادتهم الرمادية أكثر دراماتيكية.
عند العودة إلى الأرض ، غالبًا ما يواجهون صعوبة في التوازن والتنسيق بين اليد والعين. لا يمكنهم قيادة السيارة لبضعة أسابيع ، وأحيانًا لعدة أشهر. يجب أن يخضعوا للعلاج الطبيعي حتى يعتادوا على الجاذبية مرة أخرى.
أبلغ فريقها عن نتائجه في كانون الأول (ديسمبر) 2016 في Nature Microgravity .
تقول سيدلر إنها تريد معرفة ما إذا كانت بعض هذه التأثيرات مرتبطة بالتغيرات الدماغية التي لاحظتها. قد يكون هذا البحث مفيدًا للبعثات المستقبلية ، لأن الذهاب إلى المريخ يعني المزيد من الوقت في الفضاء وربما المزيد من التغييرات الدماغية.
قد تساعد هذه التجارب العلماء أيضًا على فهم التغيرات الدماغية لدى كبار السن. مع تقدم الناس في العمر ، قد تظهر عليهم أعراض مشابهة لما يختبره رواد الفضاء عند عودتهم إلى الأرض:مشاكل في التوازن والرؤية ، على سبيل المثال.
يقود سيدلر دراسات الراحة في الفراش في المختبر. متطوعوها يستلقيون على سرير لشهور في كل مرة. أثناء وبعد ذلك ، قام الباحثون بتسجيل عمليات مسح الدماغ لكل متطوع.
تظهر هذه النتائج أن الراحة في الفراش تغير الدماغ بطرق مشابهة لما يراه رواد الفضاء. لم يعد يتم سحب السوائل في أجسام المتطوعين للراحة في الفراش باتجاه القدمين. يقول سيدلر إن أدمغتهم قد ترتفع في أجسادهم قليلاً. يمكن للمتطوعين الذين يستريحون في الفراش أيضًا أن يصابوا بنفس انتفاخ الوجه.
تقدم هذه النتائج أدلة على كيفية تغير الدماغ عندما يختبر الدماغ والجسم العالم بشكل مختلف عما يحدث عند الوقوف.
بالطبع ، الدراسات صعبة. إنها تتطلب إيجاد أشخاص على استعداد للكذب لعدة أشهر. سيدلر على وشك إطلاق دراسة تتطلب من الناس الاستلقاء لمدة 60 يومًا. إنها أول من يعترف أن الأمر لا يبدو ممتعًا. تقول:"فكرة الاستلقاء في السرير لقضاء عطلة نهاية الأسبوع تبدو جيدة". "لكن أي شيء أكثر من ذلك يبدو فظيعًا."
الفضاء على الأرض
إن حمل الناس على الاستلقاء ليس هو الطريقة الوحيدة لمحاكاة الفضاء. يقوم الباحثون بذلك مباشرة على الأرض في بيئات متخصصة.
في يناير ، بدأ ريان كوبريك إقامة لمدة أسبوعين في مبنى من طابقين في صحراء يوتا لمعرفة كمية الغبار من الخارج التي تتسرب إلى الداخل عندما يأتي الناس ويذهبون. يمكن أن تساعد هذه الدراسات العلماء في التنبؤ بكيفية تأثير الغبار الموجود على القمر أو المريخ في الحياة بعيدًا عن الأرض.
كوبريك رائد فضاء سابق. يعمل الآن كمهندس في جامعة Embry-Riddle للطيران في دايتونا بيتش بولاية فلوريدا.
مئير ، رائد الفضاء ، شارك في برنامج ناسا يسمى NEEMO. (يرمز NEEMO إلى عمليات مهام ناسا البيئية القاسية.) في هذا المشروع ، تعيش مجموعة صغيرة من الباحثين وتعمل معًا في برج الدلو. إنها محطة أبحاث تحت الماء في المحيط الأطلسي ، على بعد حوالي 5.6 كيلومتر (3.5 ميل) من جزيرة كي لارجو في فلوريدا. تم تصميم التجارب هناك لتقليد رحلات الفضاء. يتعين على أعضاء الطاقم العمل معًا لإكمال المهام وحل المشكلات.
كما شاركت مائير في برنامج محاكاة مع وكالة الفضاء الأوروبية. يطلق عليه CAVES (اختصار للمغامرة التعاونية لتقييم وممارسة السلوك البشري ومهارات الأداء). قضى ستة من أفراد الطاقم - بمن فيهم أفراد من روسيا والصين وإسبانيا وإيطاليا - أسبوعين معًا في كهف عميق في إيطاليا. كانوا يرتدون بدلات فضائية واضطروا إلى الاعتماد على بعضهم البعض أثناء قيامهم بمهام مختلفة. وشمل ذلك استكشاف ورسم خرائط لأجزاء غير معروفة من الكهف. تطلب هذا الاستكشاف العمل في فرق لتسلق المنحدرات شديدة الانحدار أو المنحدرات المتعرجة أسفل. لاحظ الفريق أيضًا ووثق الكائنات الحية التي وجدت حية في الأعماق.
تتذكر مائير "لقد كانت أروع تجربة في حياتي". بدت الكهوف مثل كوكب آخر وكانت المناظر رائعة ، كما تقول. رأت تشكيلات مذهلة مصنوعة من الصخور لم ترها عيون البشر من قبل. "كنا مثل الشخصيات في الخيال العلمي - مثل الهوبيت أو سيد الخواتم " هي تقول.
يلاحظ مئير أن تجربة CAVES أظهرت أهمية بناء طاقم للفضاء الخارجي يتكون من أشخاص يتعايشون معًا.
أظهرت التجربة أن التوافق مهم لرواد الفضاء. يقول كوزلوفسكي ، عالم النفس:"الخطر المستمر والتوتر يمكن أن يكون لهما أثر كبير". "يمكن للناس أن يزعجوك. إذا كنت لا تحب شخصًا ما ، فيمكنه إعاقة الفعالية ".
كان كوزلوفسكي يدرس المشاركين في برنامج ناسا يسمى HI-SEAS (اختصار لمحاكاة واستكشاف الفضاء في هاواي). يعيش المشاركون معًا في موطن صغير على شكل قبة على جانب بركان هاواي. تم تصميم الظروف المعيشية لتقليد مهمة إلى المريخ.
العمل الجماعي هو المفتاح
في فبراير 2018 ، بدأ طاقم HI-SEAS السادس إقامته التي استمرت ثمانية أشهر. سيتم عزل المجندين في الموطن طوال الوقت. أثناء وجودهم هناك ، سيتعين عليهم العمل معًا أو طهي وجبات الطعام أو استكشاف التضاريس القاحلة خارج الموطن. عندما يغادرون القبة ، سيرتدون بدلات الفضاء. سيعملون ويأكلون وينامون كما لو كانوا يعيشون على الكوكب الأحمر.
في النهار ، سيجيب أعضاء الطاقم على استطلاعات الرأي حول كيفية سير الأمور. يلاحظ كوزلوفسكي:"إنهم يذكرون ما إذا كانوا قد واجهوا صراعات مع أشخاص آخرين ، أو مشاكل في عملهم". سيقوم فريقه بدراسة هذه الاستطلاعات للنظر في المهمة من البداية إلى النهاية. يريدون تحديد العلامات المبكرة لأي صراعات. إن الحد من هذه التوترات أمر ضروري لجعل مهمات المريخ حقيقة.
كان الصراع أقل أهمية خلال الستينيات ، عصر بعثات أبولو. لماذا ا؟ كانت تلك المهام قصيرة. أمضى رواد رحلة الفضاء أسبوعًا أو أقل في المدار. ومع ذلك ، في المهمات القصيرة والطويلة ، يتعين على رواد الفضاء التعاون لتحقيق النجاح.
تعتبر تجربة بارفينج فرانك بورمان على أبولو 8 مثالاً ممتازًا. في ذلك اليوم من شهر كانون الأول (ديسمبر) من عام 1968 ، جاء زميله رائد الفضاء جيم لوفيل لمساعدة بورمان. لقد ساعد في التنظيف. يتذكر بورمان:"لوفيل ، على ما أذكر ، قذفها خارج نظام تفريغ البول أو شيء من هذا القبيل.
في عام 1985 ، أصيب رائد الفضاء جيك غارن أيضًا بالغثيان أثناء رحلة فضائية. (كان غارن ، عضو مجلس الشيوخ من عام 1974 حتى عام 1993 ، أول عضو في الكونجرس الأمريكي يذهب إلى الفضاء.) لم يدم قلقه طويلًا:سرعان ما شعر بتحسن وتمكن من أداء وظيفته. ولكن لفترة من الوقت كان يتلامس ويذهب. بعد عودته من الفضاء ، وضعت ناسا مازحًا "مقياس جارن" كطريقة لقياس داء الفضاء. (كان هناك شريط كوميدي من ذلك الوقت يطلق عليه "Barfin 'Jake Garn" ، لكنه لم يتقيأ أبدًا.) وكلما زادت مرضك ، زادت نتيجتك على مقياس Garn.
في مقابلة من عام 2005 ، فكر غارن في نوبته الشهيرة من الغثيان في الفضاء. قال إنه لا يشعر بأي ندم. حتى مع كل المخاطر والمخاطر ، قال غارن إنه لا توجد خبرة على الأرض يمكن مقارنتها بالابتعاد عن كل ذلك في الفضاء.
قال "صدقني ، سوف أتقيأ كل يوم فقط للذهاب إلى الفضاء مرة أخرى".
انظر الجزء 1: التحضير لتلك الرحلة إلى المريخ.
