В ближайшие пятнадцать лет НАСА, Китай и SpaceX сделают следующий большой шаг в освоении космоса, отправив первые пилотируемые миссии на Марс. Это создает множество проблем, не последней из которых является расстояние. Даже когда они находятся ближе всего друг к другу на своих орбитах (то есть когда Марс находится в противостоянии), Марс все равно может находиться на расстоянии до 55 миллионов км (34 миллиона миль) от Земли. При использовании обычных силовых установок (химических ракет) транзит в одну сторону может длиться от шести до девяти месяцев, что дает общее время миссии (включая наземные операции) около трех лет.
Это очень долгое время для людей, находящихся в условиях микрогравитации, не говоря уже о воздействии солнечной и космической радиации. Чтобы решить эту проблему, НАСА исследует передовые методы движения, которые сократят время в пути, и технологии спящего режима, которые позволят экипажам спать большую часть своего путешествия. В этом году программа НАСА «Инновационные передовые концепции» (NIAC) выбрала эксперимент «Изучение оцепенения у животных для космического здоровья людей» (STASH) — новый метод индукции оцепенения, разработанный Райаном Спренгером и его коллегами из калифорнийской биотехнологической фирмы Fauna Bio. Инк.
Сегодня существует развивающаяся область биотехнологии, в которой уникальные черты млекопитающих исследуются и используются для разработки новых терапевтических средств. Сюда входит фенотип впадающих в спячку млекопитающих, который в настоящее время исследуется на предмет применения в здравоохранении человека здесь, на Земле. Но, как указывают Райан Спренгер и его команда в своем предложении, эти преимущества также могут быть применены в освоении космоса, что включает в себя снижение связанных с этим рисков для физического и психического здоровья. А для длительных миссий на Марс и за его пределы таких рисков масса!
Продолжающиеся исследования на борту Международная космическая станция (МКС), такие как знаменитое исследование близнецов НАСА, показали, как продолжительные периоды микрогравитации могут нанести значительный ущерб здоровью человека. Это включает атрофию мышц, потерю плотности костей и влияние на функцию органов, зрение, здоровье сердечно-сосудистой системы и нервной системы. Еще одной серьезной проблемой является необходимость пополнения запасов, которое на МКС может быть выполнено за считанные часы, но займет от шести до девяти месяцев, если речь идет о полетах на Марс с экипажем.
Существует также перспектива провести месяцы в тесном космическом корабле, что неизбежно отразится на работе экипажа, а также проблемы с утилизацией отходов на этом пути. В этих обстоятельствах НАСА и другие космические агентства рассматривают возможность перевода экипажей в состояние гибернации на время путешествия. Это гарантирует, что экипаж прибудет на Марс в здоровом состоянии и будет готов к последующим месяцам наземных операций. Существенной особенностью, как пишут Спенгер и его команда, является «состояние сохранения энергии, называемое оцепенением», которое включает в себя глубокое снижение метаболизма.
С этой целью они предложили эксперимент под названием «Изучение оцепенения животных для космического здоровья людей» (STASH), лабораторию гибернации для использования на борту МКС. Это устройство разрабатывается в сотрудничестве с Колледжем инженерных и прикладных наук BioServe Space Technologies Университета Колорадо в Боулдере для интеграции в Космическую автоматизированную биологическую лабораторию (SABL). Эксперимент состоит из двух камер, в которых будут содержаться подопытные грызуны, в которых поддерживается температура до 4°C (39°F), чтобы вызвать оцепенение.
Система будет иметь инструменты, которые будут измерять метаболизм животных в режиме реального времени, отслеживая потребление ими кислорода, температуру тела и частоту сердечных сокращений. Краткосрочные цели STASH включают исследование науки о гибернации в условиях микрогравитации, что включает в себя определение того, обеспечивает ли гибернация ожидаемую защиту от потери костей и мышц. Среднесрочные цели включают тестирование биоактивных молекул, имитирующих экспрессию генов гибернации, и оценку методов индукции синтетического оцепенения.
Они пишут, что долгосрочной целью является разработка приложений для полетов в дальний космос:
«[D]Во время пилотируемой миссии на Марс синтетическое оцепенение человека могло бы действовать в качестве соответствующей контрмеры, которая изменила бы все в освоении космоса, смягчая или устраняя все опасности, включенные в аббревиатуру НАСА RIDGE, обозначающую опасности космических путешествий: космическое излучение, изоляция и ограничение, расстояние от Земля, гравитационные поля и враждебная/закрытая среда».
Как отметили Шпренгер и его коллеги, существует серьезный пробел в нашем понимании гибернации и ее потенциального применения для пилотируемых космических полетов. В настоящее время инфраструктуры, необходимой для изучения оцепенения в космосе, не существует, а спячка в условиях микрогравитации еще не изучена. В этом отношении STASH послужит первооткрывателем, заложив основу для будущих исследований, которые могут привести к созданию систем гибернации для миссий в дальний космос. Благодаря финансированию фазы I разработки, полученному в рамках программы NIAC, команда с радостью предпримет первые шаги. Как они резюмировали в своем предложении:
«Исследования, проводимые с использованием STASH, станут важным первым шагом на пути к получению фундаментальных знаний о способности гибернации снижать риски для здоровья в космосе. Эти знания послужат основой для разработки как биомиметических мер противодействия наркотикам, так и будущей инфраструктуры, необходимой для поддержки людей-астронавтов, находящихся в состоянии торпора, участвующих в межпланетных миссиях. Мы считаем, что STASH является воплощением высокорискованных и высокодоходных проектов, для которых был создан NIAC».
Дополнительная литература: НАСА
