Уже на заре пилотируемой космонавтики стало понятно, что длительное пребывание в условиях невесомости ведёт к негативным последствиям для человеческого организма, в том числе к атрофии мышц и потере плотности костей. Помимо этого, длительный космический полёт может привести к ухудшению работы внутренних органов и циркуляции крови, а также к генетическим изменениям в организме.
Поэтому значительная часть исследований, проводимых на Международной космической станции, посвящена изучению последствий этих изменений и поиску возможных средств уменьшения их негативного влияния на человека. В недавней публикации в издании International Journal of Molecular Sciences описано использование искусственной силы тяжести как одного из возможных решений данной проблемы. Исследование проводилось командой учёных из NASA и японского космического агентства JAXA.
Возвращаясь к исследованиям по поиску и оценке последствий влияния невесомости, нельзя не упомянуть недавнее исследование близнецов (Twins Study), проводившееся NASA в рамках Human Research Program (HRP). В рамках данной программы исследовался организм астронавта NASA Скотта Келли после его пребывания на борту МКС в течение почти целого года. Параллельно обследовался брат-близнец Скотта Марк Келли, тоже бывший астронавт NASA.
В результате этого и других исследований было подтверждено, что пребывание в невесомости не только отрицательно влияет на плотность костной и мышечной массы, но и на иммунитет, насыщенность крови кислородом, сердечно-сосудистую систему и, не исключено, что даже на генетику и когнитивные способности человека. Также оказалось, что длительное пребывание в космосе может влиять на зрение (как результат ухудшенного снабжения глазной ткани кровью и кислородом).
Цифры весьма серьёзны. Около 30% астронавтов, летавших в космос на короткий срок (около двух недель) на шаттлах, и 60% астронавтов, участвовавших в долговременных миссиях на МКС, сообщали об ухудшении зрения в той или иной степени. Профессор Майкл Делп (Michael Delp), декан Колледжа наук о человека Флоридского государственного университета (Florida State University, FSU), соавтор упоминаемой здесь работы, рекомендует использовать искусственную силу тяжести в будущих космических миссиях.
При поддержке NASA Делп уже много лет изучает влияние микрогравитации на зрение человека. В недавнем новостном релизе университета он заявил следующее:
«Проблема заключается в том, что, чем дольше астронавты находятся в космосе, тем выше вероятность ухудшения у них зрения. Некоторые астронавты успешно восстанавливают зрение, а некоторые – нет. Поэтому в приоритете как NASA, так и других космических агентств по всему миру – поиск решения этой проблемы. Нами было установлено, что использование искусственной силы тяжести не устраняет проблему со зрением полностью, но позволяет избежать самых тяжёлых последствий».
Чтобы установить, способна ли искусственная сила тяжести смягчить влияние невесомости на зрение, Делп, исследователи из Японского космического агентства (JAXA), а также профессор Сяо Вень Мао (Xiao Wen Mao) (главный автор исследования) из университета Линда Лома (Linda Loma University) и представители других университетов провели совместное исследование данной проблемы.
Команда исследовала изменения в глазной ткани мышей, после того как те провели 35 суток на борту МКС. 12 9-недельных самцов были запущены к станции на одном из кораблей NASA, доставлены в японский модуль Kibо и помещены в специальную клетку. На время их пребывания на станции всех мышей разделили на две группы.
Одна группа мышей жила в условиях микрогравитации, в то время как другая находилась в небольшой центрифуге, создававшей тяготение, равное земному. В результате у первой группы мышей были обнаружены повреждения кровяных сосудов, ответственных за регуляцию давления жидкости внутри глаз.
«На Земле сила тяжести «тянет» жидкость вниз, к ногам, – объясняет Фелпс. – В невесомости же жидкость перемещается в направлении головы. Этот сдвиг влияет на кровеносную систему по всему телу, а теперь установлено, что он влияет и на сосуды внутри глаз».
Также было отмечено изменение уровня протеина в глазах мышей в результате воздействия микрогравитации. Напротив, у тех мышей, которые находились в центрифуге, глазные ткани почти не пострадали. Данные результаты указывают на то, что искусственная сила тяжести, создаваемая при помощи вращающихся модулей или центрифуг, должна стать важным компонентом будущих долговременных космических полётов.
Идея использовать искусственную силу тяжести в космосе не нова. Она многократно появлялась в научной фантастике, а разные космические агентства рассматривали её как один из способов обеспечить постоянное присутствие человека в космосе. Характерный пример таких концептов – Stanford Torus Space Settlement («Стэнфордское тороидальное космическое поселение»), принципиальная схема которого была описана в 1975 NASA Summer Study («Летние изыскания NASA 1975 года»).
В рамках той программы, совместно проводившейся Исследовательским центром Эймса (NASA) и Стэнфордским университетом, в течение десяти недель профессора, технические руководители и студенты совместно разрабатывали концепцию того, как человек сможет однажды жить в большой космической колонии. Результатом данных изысканий стала идея космической станции в форме колеса, которое, вращаясь, создаёт ощущение нормальной земной (или близкой к ней) силы тяжести. Помимо этого была предложена идея вращающегося тороидального корабля, находясь в котором, астронавты меньше были бы подвержены негативному влиянию микрогравитации. Хорошим примером такой конструкции является Non-Atmospheric Universal Transport Intended for Lengthy United States Exploration (сокращённо Nautilus-X, «Внеатмосферный универсальный транспорт, предназначенный для исследовательских миссий Соединённых Штатов»). Данная концепция многоразового космического корабля была разработана в 2011 году инженерами Марком Холдерманом и Эдвардом Хендерсоном из команды NASA по оценке применения технологических решений (Technology Applications Assessment Team).
Как и предыдущие исследования, данная работа подчёркивает важность искусственной силы тяжести для поддержания здоровья астронавтов во время долговременных космических экспедиций. Однако её отличает то, что она впервые уделяет особое внимание такому аспекту здоровья астронавта, как зрение.
«Мы надеемся, что продолжающееся научное сотрудничество поможет нам собрать больше экспериментальных данных, необходимых для подготовки будущих пилотируемых миссий в глубокий космос», – говорит Даи Шиба (Dai Shiba), старший исследователь JAXA и один из соавторов работы. Мао, один из главных авторов работы, также выразила надежду, что данное исследование пригодится не только в космосе, но и найдёт своё применение на Земле: «Надеемся, что наши результаты помогут дать оценку не только влиянию условий космического полёта на зрение, но и позволят найти новые способы устранения проблем со зрением после космического полёта и методы лечения вполне земных болезней глаз, таких как дистрофия жёлтого пятна и дегенерация сетчатки».
Источник:universetoday.com
Перевод: Dmitry Blackfield