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深度休眠可防衰老 新理念或实现人类长期太空行

http://www.kexue.com 2013-09-03 09:50:51 凤凰科技  发表评论


美国宇航局人类外行星探索(HOPE)卡利斯托任务载人飞船的艺术家概念图,这一任务将搭载6名船员进行长达5年的飞行

  随着人类准备踏上火星殖民地,前往火星的漫长旅途可能就像梦一样简单。美国宇航局资助的科学家们正在研究诱导宇航员进入休眠状态的方法。研究人员表示,通过将前往火星的旅程变得更经济、更安全,同时从心理和情绪上减轻船员的负累感,这项研究将促进载人火星项目变为现实。

  “每一年我们都说,我们将在未来20年至30年内前往火星,”项目首席调查员、美国亚特兰大太空咨询公司太空工作工程(Spaceworks Engineering)的约翰·布拉德福德(John Bradford)这样说道。“也许我们能够在多个领域消除其中一些阻碍。”

  减少成本和风险

  利用传统推进技术,前往火星需要6-9个月。让宇航员在这段漫长的深空旅行过程中保持心情愉悦和健康并非易事,这要求大量的食物、水和其它消耗品供给,以及相对宽敞的生活空间,包括厨房、卧室和健身设备(以缓和骨质流失、肌肉萎缩和其它微重力环境产生的危害)。

  然而,如果宇航员在整个旅途过程中,大部分时间都处于休眠状态,这将极大的降低成本,并保证旅途更加安全,就像熊在冬季冬眠一样,布拉德福德这样说道。例如,前往火星的太空飞船将更轻更简洁,或者在某些重要区域更强健。

  “这些大规模的节省将极大的降低成本,或者用于增加该系统的边际利润,”布拉德福德说道。“其中一个重要部分便是辐射屏蔽,”宇航员几乎只呆在一小片区域,你可以用于增加该区域的辐射屏蔽,同时减少在整个任务中使用的量。

  休眠也将减少旅行造成的心理压力,布拉德福德补充说道。宇航员被禁锢在距离家园几百万英里的深空,但他们对此毫不知情,直到他们从休眠中醒来。

  此外,这一策略还将减少其他领域技术突破的需要,例如,生命支持系统将不再需要承载如此重的负担。随着在休眠宇航员附近区域增加辐射屏蔽,新研发的超快推进系统,例如核聚变火箭——美国宇航局官员认为这是降低漫长飞行过程中宇航员辐射剂量的关键优先选择方案——将不再成为必需。

  美国宇航局对提出的休眠方案产生了浓厚的兴趣。布拉德福德的研究小组将与其它11支研究小组共同竞争今年美国宇航局的创新先进概念(NIAC)项目第一阶段的拨款。这一价值10万美金的奖项于上月刚刚宣布,旨在支持初步分析研究。

  冷却

  布拉德福德的研究小组试图利用和扩展在治疗体温过低方面取得的医疗进步,后者旨在通过降低核心体温温度,从而阻止低血流量期间产生的组织受损。身体温度每降低1华氏度,代谢速率将降低5%-7%。研究人员的目标是载人火星项目中宇航员的体温降低10华氏度,或者代谢速率降低50%-70%。

  “这的确是个不小的降低,但与科幻电影,例如1979年经典的《异形》里描述的假死,仍有很大的差别。”“我们并不是冷冻任何人,这并非低温储藏,而是接近休眠,”布拉德福德说道。“他们仍然在呼吸,仍需要物质供给。”(将通过静脉注射食物和水)

  理想的状况是,身体低温将自动引发无意识状态,因此无需对旅行的宇航员注射镇定剂。研究人员正在调查冷却宇航员体温的最佳方式。目前比较流行的观点是医生在低温疗法中使用的凝胶垫。通过往血液里注射流体就可以实现这一点,但研究人员希望尽量避免入侵式方法。

  采取其他方法也是可能的:前往火星的宇宙飞船在太空深处冷却,但足以温暖宇航员至既定温度。目前,一个人处于医药引发体温过低的麻木状态最长记录是10天,但这可能并非上限,布拉德福德强调道,但这反映了让人陷入更长阶段的休眠需要少量医药。

  “我们试图向(医学界)反应这种需要,或者阐述这种基本原理,以从10天的记录到30天甚至更久,同时关注各种可能的并发症。” 布拉德福德说道。


为休眠宇航员提供停滞栖息地的载人火星宇宙飞船艺术家概念图

  面临的挑战

  长期太空休眠可能能够解决一系列问题,但它也提出了一些挑战。例如,休眠的宇航员将无法通过锻炼防止骨质丢失和肌肉退化。NIAC的研究关注于如何防止这一问题。其中一个可能的解决方案就是通过宇宙飞船自转以产生人造引力,宇航员的无反应状态可能使得这一策略更加有效,布拉德福德说道。

  “一般来说,旋转速率必须非常慢,因为太快了会让人觉得恶心。”旋转速率决定了产生的引力大小。“由于他们处于无意识状态,他们肯定不会迷失方向,我们认为旋转速率可以提高。”研究小组目前正在研究动物以寻求灵感和想法。

  “目前对黑熊存在很多研究——这种生物往往休眠长达5个月或者7个月,但它们却很少经历肌肉萎缩。” 布拉德福德说道。科学家“正试图理解其中的原因。是否有任何身体过程‘欺骗’了肌肉,让它们仍处于活跃状态?”

  早期阶段

  随着科学家正在早期阶段进行研究,他们同时关注是否有任何可能的因素导致长期太空飞行中宇航员处于休眠状态这一方案变得不可能或者不实际。如果他们并没有发生任何阻挠因素,他们将申请下一轮的NIAC资助,目标是深度调查这一问题,并提供具体的方案。

  目前看来,休眠这一策略非常有前景。布拉德福德认为在20世纪30年代中期实现将宇航局置入麻木状态是可能的——这恰好也是美国宇航局预计开始首次载人火星项目的时间节点。“我相信这并非很多人认为的遥不可及,” 布拉德福德说道。“我的目标是在20年内获得一些成果,我认为在不久的将来,很多研究和实验将进入正轨。”例如,休眠疗法实验很快将在国际空间站上进行。

  布拉德福德还看到了这种方法的长期潜在优势,例如休眠方法可以更容易的确立和维持一个永久火星殖民地。利用目前的科技,载人火星旅行的最大船员数量为4至6人,人数过多将导致宇宙飞船变得更大更笨重,不适合发射升空。但宇航员休眠导致各项需求的减少使得在宇宙飞船内容纳10至20人变为可能。“如果维持休眠状态不成问题,那么我们可以装载更多的人,就像货船一样,将他们送往火星。”

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