Auf dem Weg zu den Sternen: die Gefahr der Raumfahrt

Der Mensch hat immer versucht, das Unbekannte zu überwinden. Seit Tausenden von Jahren sind geografische Entdeckungen an ihre Grenzen gestoßen, aber Transport und Ausrüstung haben immer etwas mehr gelitten als der Entdecker - die Schiffe brachen in einem Sturm aus, der Konvoi mit Lebensmitteln fiel in den Abgrund, der Schlitten gefror im Eis und der Mann bewegte sich weiter und bewegte sich auf sein Ziel zu.

Als es auf dem Planeten keine weißen Flecken gab, begannen wir über den Weltraum nachzudenken. Mond- und Marserkundungsprogramme sind keine Fiktion, sondern die unvermeidliche Zukunft. Hinter ihnen sind entfernte Flüge zu den nächsten Sternen. Je weiter sich ein Mensch von der Erde entfernt, desto mehr Schwierigkeiten werden ihm auf dem Weg begegnen. Wir haben einen Meilenstein erreicht, über den hinaus nicht die Technologie, sondern die Menschen selbst eine transzendentale Überlastung erfahren.

Welche Bedrohungen erwarten uns im Weltraum und welche Technologien ermöglichen es uns zu überleben - darüber werden wir später sprechen.

Leben ohne Schwerkraft

Am 6. September 1522 kehrte das ramponierte Schiff Victoria nach Spanien zurück - das einzige der fünf Schiffe der Magellan-Expedition weltweit, auf dem 18 der 260 Besatzungsmitglieder segelten. Der berühmte Seefahrer wurde von den Eingeborenen von der Insel Mactan in der philippinischen Provinz Cebu getötet.

Die Geschichte mit Magellan zeigt gut die Risiken, die ein Forscher trägt, der es wagt, in unbekannte Länder zu reisen. Aber die Reisenden auf ihrem Weg stießen nicht auf etwas völlig Unbekanntes. Wenn wir zu den Sternen reisen (und auf Flügen zu den nächsten Planeten), müssen wir eine neue Wissenschaft schaffen - die Weltraumbiomedizin.

Astronauten, die zum Mars reisen, können sich die Knochen brechen und an Urolithiasis leiden. Sie leiden unter Schlaflosigkeit und Depressionen und langfristig an Krebs. Aus diesem Grund testen verschiedene Forschungsgruppen derzeit verschiedene Hypothesen zur ISS. Wir müssen im Voraus wissen, wie sich ein langer Aufenthalt im Weltraum auf den menschlichen Körper und die Psyche auswirkt.

Aufgrund der Reaktion des Vestibularapparates tritt Übelkeit auf, ein Gefühl der Orientierungslosigkeit manifestiert sich. Selbst bei Piloten mit einem starken Nervensystem, bei denen beruflich häufig Irritationen des Vestibularapparates beim Kunstflug auftreten, können schwere Orientierungsstörungen auftreten , die von emotionalen und neurotischen Störungen begleitet werden. Es ist bekannt, dass sich Astronauten in den ersten Stunden nach dem Eintritt in die Umlaufbahn gut fühlen. Danach haben die meisten von ihnen Auswirkungen, die mit dem Mangel an Schwerkraft verbunden sind. Nach einigen Tagen tritt eine Anpassung auf und unangenehme Phänomene verschwinden.

Wir haben uns als aufrechte Organismen entwickelt. Unser Körper wurde seit Millionen von Jahren unter dem Einfluss der Schwerkraft aufgebaut. Unsere Knochen und Muskeln entwickelten sich, widerstanden den Auswirkungen des Gravitationsfeldes und lernten perfekt, wie man mit der Außenwelt interagiert.

Mit der Schwerelosigkeit beginnt der Körper zu versagen. Das Herz-Kreislauf-System pumpt Blut gegen die Schwerkraft. Zum Beispiel gibt es in den Venen der Beine Rückschlagventile, die die Ansammlung von Blut in den Beinen verhindern, aber es gibt keine solchen Ventile in den Gefäßen des Oberkörpers. Ohne Schwerkraft steigt Blut zu Brust und Kopf, wodurch Astronauten ihre Gesichter anschwellen und den Druck erhöhen. Ein längerer Aufenthalt unter Schwerelosigkeit als 6 Monate führt zu einer Störung des Kreislaufsystems. Zum Beispiel gab es eine Verletzung des Gasaustauschs in den Kapillaren, wodurch den Geweben und Organen viel weniger Sauerstoff zugeführt wurde.

Bevor das Programm zur physischen Unterstützung im Orbit eingeführt wurde, hatten die Astronauten eine besonders schwierige Zeit. Nach 18 Flugtagen auf dem Raumschiff Sojus-9 verzeichnete der Kosmonaut Andriyan Nikolaev einen Rückgang des Herzvolumens um 12%. Knochengewebe verlor Kalium und Kalzium, wurde locker. Die Zusammensetzung des Blutes änderte sich: Das Hämoglobin nahm um 25%, die Anzahl der roten Blutkörperchen um 20% und die Thrombozytenzahl um 50% ab.

Die Astronauten beginnen buchstäblich, ihre eigenen Knochen zu verlieren. Erstens entfernt der Körper Kalzium und Phosphor, was zu einer allmählichen Schwächung der Knochen und einem erhöhten Osteoporoserisiko führt. Der Verlust an Knochenmasse kann 1,5% pro Monat erreichen, und die Erholung nach der Rückkehr zur Erde dauert mindestens drei bis vier Jahre.

Calcium verlässt nicht nur die Knochen, sondern wird in Blut und Urin gespült, was zu Urolithiasis führen kann. All dies geschieht in den frühen Tagen des Fluges . Der Flug zum Mars wird jedoch fast ein Jahr dauern, und nach der Landung muss die Besatzung ohne Hilfe handeln.

Aufgrund des fehlenden Gravitationsquetschens verlängert sich die Wirbelsäule, was zu Rückenschmerzen führt. Die Rückenmuskulatur wird während ihres Aufenthalts im Weltraum erheblich abgebaut und nimmt um 19% ab. Mehr als die Hälfte der ISS-Crew klagte über Rückenschmerzen. Astronauten bekommen viermal häufiger als normale Menschen einen Bandscheibenvorfall.


Mit Ultraschall testen Wissenschaftler nicht-invasive Methoden zur Beurteilung und Messung des Hirndrucks von Astronauten. Bild: NASA

Ein weiteres ernstes Problem sind Sehprobleme. Studien zufolge ist der Grund eine Zunahme des Volumens der Liquor cerebrospinalis. Aus diesem Grund steigt der Druck an und die Flüssigkeit drückt zuerst den Sehnerv in das Gehäuse und dann entlang der Zwischenräume zwischen den Fasern des Sehnervs in den Augapfel. Infolgedessen entwickelt sich Weitsichtigkeit.

Nun gibt es verschiedene Möglichkeiten, um das Problem der Mikrogravitation zu lösen. Kosmonauten auf der ISS trainieren etwa zwei Stunden am Tag mit Simulatoren, um dem Abbau von Knochen, Muskeln und Blutgefäßen entgegenzuwirken. Die beste Lösung ist die künstliche Schwerkraft. Theoretisch ist es durchaus möglich, es auf einem Schiff zu erstellen. Praktisch - während zu viele Ressourcen benötigt werden.

Strahlung

Curiosity verfügt über ein integriertes RAD-Instrument zur Bestimmung der Intensität der Strahlenexposition. Dies ist das erste Gerät, das Daten über schädliche Strahlungsformen auf der Marsoberfläche sammelt.

Langfristige Exposition gegenüber kosmischer Strahlung kann die menschliche Gesundheit sehr negativ beeinflussen. Auf der Erde sind wir vor kosmischen Strahlen geschützt, da die Atmosphäre und das Magnetfeld des Planeten wie ein Schild wirken und Elementarteilchen und Atomkerne hemmen. Es ist besser, solchen Partikeln nicht zu begegnen - sie führen zu DNA-Schäden, Zellmutationen und Krebs. Und wenn wir zum Mars kommen, müssen wir mit dem Gedanken leben, dass der Planet keine Ozonschicht hat - nichts schützt vor ultravioletter Strahlung.

Die tägliche Dosis der Weltraumstrahlung auf der ISS beträgt 1 mSv, dh ein Tausendstel eines Sieverts. Im Vergleich dazu ist 1 Strahlensiebvert mit einem Anstieg des Krebsrisikos um 5,5% verbunden. Im Allgemeinen nicht so beängstigend. Alles wird viel schlimmer, wenn wir die Magnetosphäre der Erde verlassen. Während der Reise werden die Astronauten verschiedenen Arten von Studien unterzogen. Hochenergetische subatomare Partikel, die von der Sonne fliegen, und ionisierende Strahlung, die durch eine Supernova-Explosion verursacht wird, zerstören höchstwahrscheinlich biologisches Gewebe. Neben Krebs können sie auch Katarakte und Alzheimer verursachen.

Wenn diese Partikel in den Rumpf eines Schiffsrumpfs fallen, fallen einige Metallatome auseinander und emittieren noch schnellere Partikel. Dies nennt man Sekundärstrahlung.

Daten aus einer anderen Studie zeigen, dass das Fehlen eines schützenden Magnetfelds die kognitiven Funktionen einer Person (Denkgeschwindigkeit, Lernfähigkeit usw.) verringert und eine Verschärfung allergischer Reaktionen verursacht.

Lösung? Wissenschaftler entwickeln Wege, um die Exposition zu reduzieren, indem sie beispielsweise verschiedene Schutzmaterialien in der Schiffshaut verwenden. Die einzige Lösung, die wir derzeit haben, ist die Fluggeschwindigkeit. Je schneller wir zum Roten Planeten gelangen, desto weniger Astronauten werden leiden.

Isolierung

Im Rahmen eines wissenschaftlichen Experiments zur Vorbereitung von Flügen zum Mars lebten sechs Menschen ein Jahr lang in einem Kuppelhaus auf Hawaii.

Geisteskrankheiten sind ein weiteres großes Risiko für Astronauten. Geisteskrankheiten sind schwer zu erkennen und noch schwieriger zu heilen.

Das Leben an Bord eines Schiffes ist sehr langweilig. Alle Ihre Aktivitäten bestehen aus routinemäßigen Wiederholungen, die im Arbeitsplan enthalten sind. Eintönige, sich wiederholende Aufgaben führen zu Apathie, Interessensverlust, Nachlässigkeit und Fehlern.

Ein weiteres Risiko hängt mit der psychischen Verträglichkeit zusammen. Sie müssen in einem begrenzten Gebiet in Gesellschaft von Menschen leben, mit denen Sie sich möglicherweise einige Monate vor dem Start getroffen haben.

Kosmonauten sind als gut ausgebildete und hochmotivierte Menschen nicht geneigt, sich zu beschweren oder ihre Gefühle scharf auszudrücken. Daher ist es schwierig, Anzeichen von psychischem Stress in einer Gruppe von Superprofessionellen zu erkennen. Auf der Erde sind sich echte Probleme möglicherweise erst bewusst, wenn eine emotionale Explosion eintritt, oder wahrscheinlicher, unser klassischer Spezialist zieht sich leise zurück und stürzt in Depressionen.



Deshalb werden Experimente durchgeführt, bei denen Menschen im selben Raum miteinander eingesperrt sind. Die NASA hatte das Hawaii Space Exploration Analog and Simulation-Projekt, in Russland organisierten sie den Mars-500, ein Experiment zur Simulation eines bemannten Fluges zum Mars, der einen Rekord von 519 Tagen dauerte.

Beide Experimente zeigten eine gute Kommunikation zwischen den Besatzungsmitgliedern, einfache Interaktion und Bereitschaft zur Teamarbeit in jedem Zeitintervall. Das größte psychologische Problem, mit dem die Experimentatoren konfrontiert waren, war Langeweile, die jedoch nicht die gesamte Mission gefährdete.

Die erhaltenen Daten können jedoch nicht als objektiv bezeichnet werden. Die experimentellen Bedingungen sind zu weit von einem echten interplanetaren Flug entfernt. Jeder Teilnehmer kann jederzeit die weitere Teilnahme verweigern und den Komplex verlassen, im Gegensatz zu einem echten Flug zum Mars. Jeder Teilnehmer wusste, dass er auf der Erde war (und nicht in einem luftlosen Raum sterben würde), und die Simulation wurde nur so lange fortgesetzt, wie er es selbst wollte. Darüber hinaus litt keiner der Teilnehmer an echten Krankheiten, die Astronauten auf dem Weg zum Mars erwarten konnten.
Das Problem hat keine einzige Lösung. Es wird Monate dauern, bis das Team vorbereitet und sorgfältig psychologisch ausgewählt ist. Und noch eine wichtige Frage, die gelöst werden muss: Ist es, eine Gruppe gleichgeschlechtlicher Menschen oder Vertreter verschiedener Geschlechter in den Weltraum zu schicken?

Weltraum-Lebewesen

Bakterien fühlen sich auf der ISS großartig und fliegen natürlich mit uns zum Mars und dann noch weiter. Gleichzeitig kann Schwerelosigkeit bestimmte Immunfunktionen unterdrücken und Menschen anfälliger für Krankheiten machen.

Mikroflora an Raumstationen versucht aktiv, alles zu essen, was es kann. Es reicht aus, eine hohe Luftfeuchtigkeit und Nährstoffe zu haben, damit Bakterien und Pilze beginnen, Plastikisolierungen zu fressen, auf Glas zu wachsen und es mit während des Wachstums abgesonderten Säuren zu beschädigen.

Das Leben wird immer seinen Weg finden - Organismen leben sogar auf der Außenhaut der ISS.
Ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Brian Krushian von der NASA untersuchte, wie sich ein längerer Aufenthalt im Weltraum auf die Funktion des menschlichen Immunsystems auswirkt. Es stellte sich heraus, dass das Immunsystem von Menschen, die etwa sechs Monate lang in der Schwerelosigkeit waren, schlecht funktionierte: Ihre Fähigkeit, T-Lymphozyten zu produzieren, nahm ab, ihre Leukozytenzahl sank und ihre Fähigkeit, fremde Mikroorganismen und Zellen zu erkennen, war beeinträchtigt. Dies ist ein ernstes Problem, wenn gefährliche Bakterien an Bord sind.

Natürlich werden wir nicht alle Bakterien zerstören können (dafür müssten auch Menschen zerstört werden), aber es lohnt sich, mehr auf dem Gebiet der Aufrechterhaltung der Immunität zu arbeiten.

Große Probleme im großen Raum

Der größte Test im Weltraum sind Mutationen im Körper, bei denen das Immunsystem versagt, und die Medikamente helfen nicht, weil sich der Stoffwechsel unter dem Einfluss der Schwerelosigkeit verändert hat.

Wie können wir mit Mutationen und anderen Problemen umgehen? Bis heute gibt es keine vorgefertigte Lösung, um alle Gefahren der Raumfahrt zu beseitigen, aber es gibt mehrere Konzepte, die von Elon Musk unterstützt werden . Insbesondere kann das Problem der kosmischen Strahlung mit Hilfe einer optimalen Rumpfschutzschicht gelöst werden, die durch das Magnetfeld um das Schiff „verstärkt“ wird und den Fluss geladener Teilchen ablenkt. Darüber hinaus wird die Suche nach wirksamen Krebsmedikamenten fortgesetzt.

Sie können einfach schneller zum Mars selbst fliegen - Motoren mit einem Anstieg des spezifischen Impulses um Größenordnungen wurden vor mehr als einem halben Jahrhundert entwickelt und können mit angemessener Finanzierung und Organisation der Arbeit implementiert werden. Es sind jedoch sehr große Anstrengungen erforderlich - daher fliegt zu Beginn des 21. Jahrhunderts niemand in den Urlaub zum Mond, obwohl Science-Fiction-Autoren vor vielen Jahren darüber geschrieben haben.