Гибернация астронавтов может стать лучшим способом сократить расходы на миссию, уменьшить на треть размеры космического корабля и сохранить здоровье экипажа на пути к Марсу. Новое исследование под руководством европейских ученых показывает, что гибернация человека выходит за рамки научной фантастики и может изменить наши взгляды на продолжительные космические путешествия.
Собирая вещи для полета на Красную планету, космические инженеры рассчитывают запас еды и воды для экипажа примерно на два года. «Мы говорим о 30 кг на астронавта в день, и вдобавок ко всему нам необходимо учитывать радиацию, а также психические и физиологические проблемы», — объясняет Дженнифер Нго-Ань (Jennifer Ngo-Anh), координатор исследований и полезной нагрузки ESA Human and Robotic Exploration и одна из авторов статьи, которая связывает биологию с инженерией.
Анабиоз во время гибернации — это индуцированное состояние, снижающее скорость метаболизма организма. Эта «подвешенная анимация» является обычным механизмом у животных, которые хотят сохранить энергию. Снижение скорости метаболизма экипажа на пути к Марсу до 25% от нормального состояния резко сократит количество припасов и размер среды обитания, что сделает длительные полёты более осуществимыми. «Там, где есть жизнь, есть и стресс», — напоминает Дженнифер. «Эта стратегия сведет к минимуму скуку, одиночество и уровни агрессии, связанные с заключением в космическом корабле», — добавляет она.
Имитация терапевтического анабиоза, идея введения человека в состояние гибернации, витала в больницах с 1980-х годов — врачи могут вызывать гипотермию для снижения метаболизма во время длительных и сложных операций. Однако это не является активным снижением энергии и упускает большинство преимуществ анабиоза. Исследования гибернации для посещения других планет могут предложить новые потенциальные приложения для ухода за пациентами на Земле.
Не будите медведя
Животные впадают в спячку, чтобы пережить периоды холода и нехватки пищи или воды, снижая частоту сердечных сокращений, дыхания и других жизненно важных функций до доли от нормальных значений, в то время как температура тела снижается почти до температуры окружающей среды. Тихоходки, лягушки и рептилии умело пользуются этим.
Медведи представляются наиболее подходящей моделью для гибернации человека в космосе. Они имеют сходную с нами массу тела и снижают температуру своего тела всего на несколько градусов — предел, который считается безопасным для человека. Как и медведи, астронавты должны накопить лишний жир, прежде чем погрузиться в сон.
Во время спячки бурые и черные медведи прячутся в свои берлоги и проводят шесть месяцев без еды и движения. Если человек проводит шесть месяцев в постели, происходит значительная потеря мышечной массы, прочности костей и повышается риск сердечной недостаточности. «Однако исследования показывают, что весной медведи покидают свое логово здоровыми, лишь с незначительной потерей мышечной массы. Им требуется около 20 дней, чтобы вернуться к нормальной жизни. Это учит нас тому, что гибернация предотвращает атрофию мышц и костей из-за неиспользования и защищает от повреждения тканей», — объясняет Александр Шукер (Alexander Choukér), профессор медицины в Университете Людвига-Максимилиана в Мюнхене, Германия.
Более низкие уровни тестостерона, по-видимому, способствуют длительной спячке у млекопитающих, эстрогены у людей принимает большое участие в регуляции энергетического обмена. «Различия в балансе гормонов между мужским и женским организмом и их роль в регулировании обмена веществ позволяют предположить, что женщины могут быть предпочтительными кандидатами», — добавляет Александр.
Наслаждайтесь своей капсулой
Ученые предлагают инженерам создавать капсулы с мягкой оболочкой и точно настроенными параметрами для сладкой спячки: тихая среда с приглушенным освещением, низкая температура (менее 10 °C) и высокая влажность.
Астронавты будут двигаться очень мало, но их не будут ограничивать, и они будут носить одежду, предотвращающую перегрев. Носимые датчики будут измерять их позу, температуру и частоту сердечных сокращений.
Каждая капсула должна быть окружена контейнерами с водой, которые защищают от радиации. «Спящий режим на самом деле поможет защитить людей от вредного воздействия радиации во время путешествия в дальний космос. Вдали от магнитного поля Земли повреждения, вызванные высокоэнергетическими частицами, могут привести к гибели клеток, лучевой болезни или раку», — говорит Александр.
Пока экипаж находится в состоянии покоя в течение длительного времени, искусственный интеллект будет управлять во время аномалий и чрезвычайных ситуаций.
«Помимо контроля энергопотребления и автономных операций, бортовые компьютеры будут поддерживать оптимальную производительность космического корабля до тех пор, пока не удастся разбудить экипаж», — объясняет Александр.
