Trạng thái an ẩn của phi hành gia cho các chuyến bay hành tinh dài: khoa học viễn tưởng hay y học tương lai?

Ý tưởng đưa phi hành gia vào trạng thái an ẩn nhân tạo (hoặc stasis) cho các chuyến bay hành tinh dài hàng tháng hoặc hàng năm đã từ lâu chuyển từ trang sách khoa học viễn tưởng sang các chương trình nghiên cứu nghiêm túc của NASA, Cơ quan Hàng không Vũ trụ châu Âu (ESA) và các công ty tư nhân (ví dụ: SpaceX). Ý tưởng này không còn là một cú đột phá mà được xem như một công nghệ tiềm năng để giải quyết các rào cản sinh lý, tâm lý và logistics quan trọng cho các sứ mệnh phi hành gia.

1. Các thách thức công nghệ và y tế của các chuyến bay dài hạn.

Chuyến bay đến Mặt Trăng theo kịch bản truyền thống với phi hành đoàn hoạt động mất 6-9 tháng một chặng đường. Điều này tạo ra nhiều vấn đề phức tạp:

Chi phí tài nguyên: Phi hành đoàn tiêu thụ oxy, nước, thực phẩm, tạo ra chất thải. Đối với một sứ mệnh dài hạn, điều này đòi hỏi một khối lượng hàng hóa hữu ích lớn, làm cho nó trở nên kinh tế và kỹ thuật không thể thực hiện.

Thiếu hụt cơ thể trong không gian: Dù có hệ thống tập thể dục, phi hành đoàn vẫn phát triển teo cơ, mất khoáng chất xương (từ 1-2% mỗi tháng), thay đổi tim mạch, rối loạn thị lực.

Stress tâm lý: Thời gian dài ở trong không gian kín, sự nhàm chán, cách ly khỏi Trái Đất, cô lập xã hội và tiềm năng xung đột cá nhân đại diện cho một rủi ro nghiêm trọng cho sức khỏe tâm thần.

Bức xạ ion hóa: Trong không gian sâu, ngoài sự bảo vệ của vũ trụ địa cầu, phi hành đoàn bị tiếp xúc với các tia vũ trụ và sự kiện proton mặt trời, tăng nguy cơ mắc bệnh ung thư và tổn thương hệ thần kinh trung ương.

Trạng thái stasis kiểm soát được理论上 có thể giải quyết tất cả các vấn đề này.

2. Mẫu mã tự nhiên: ngủ đông và torpor.

Người học không sáng tạo an ẩn từ đầu mà cố gắng tái tạo và cải tiến các cơ chế tồn tại trong tự nhiên:

Ngủ đông thực sự ở chuột bạch, thỏ và dơi: giảm mạnh chuyển hóa cơ bản từ 85-99%, nhiệt độ cơ thể xuống mức gần bằng không, tần số đập tim và thở. Nhược điểm chính là các cyles thức dậy tự phát, tốn năng lượng cho cơ thể.

Ngủ đông mùa đông của gấu: Một trạng thái nhẹ hơn nhưng dài (từ 6 tháng) với sự giảm nhẹ nhiệt độ cơ thể và chuyển hóa, không ăn uống và bài tiết chất thải, duy trì khối lượng cơ và xương nhờ các điều chỉnh sinh hóa đặc biệt (hoạt hóa urê).

Torpor (o cephen) ở chim colibri và các loài động vật nhỏ: giảm nhẹ nhiệt độ và chuyển hóa hàng ngày để tiết kiệm năng lượng.

Mẫu mã lý tưởng cho con người là trạng thái của gấu, như một trạng thái dễ quản lý và an toàn hơn cho động vật lớn.

3. Công nghệ gây stasis: các phương pháp chính.

Nghiên cứu hiện đại tập trung vào một số hướng:

Giảm chuyển hóa bằng thuốc: Tìm kiếm và tổng hợp các chất có thể «tắt chế độ chuyển hóa» của con người. Các chất có triển vọng là nghiên cứu khí hidro sulfua (H2S) và adenosine, mà ở động vật có thể gây ra trạng thái torpor. Năm 2005, các nhà khoa học Mỹ đã thành công trong việc đưa chuột vào trạng thái an ẩn chuyển hóa ngược lại bằng cách hít không khí với một lượng nhỏ khí hidro sulfua, giảm nhu cầu oxy trên 90%.

Hypothermia điều trị (điều chỉnh nhiệt độ mục tiêu): Đây là một thực hành y tế hiện có, được áp dụng sau khi tim ngừng đập hoặc chấn thương não và cột sống. Nhiệt độ cơ thể bệnh nhân giảm xuống 32-34°C trong một số ngày. Đối với stasis vũ trụ, sẽ cần phải làm lạnh sâu hơn và dài hơn (từ 32°C, và trong tương lai có thể thấp hơn) với việc sử dụng các hệ thống trao đổi nhiệt và giám sát phức tạp.

Stimulate centers của stasis trong não: Năm 2020, các nhà khoa học Nhật Bản từ Đại học Tsukuba, bằng cách kích thích các tế bào nhất định (tế bào Q) trong thùy dưới đồi, đã đưa chuột vào trạng thái tương tự như ngủ đông trong vài ngày với sự giảm nhẹ nhiệt độ và chuyển hóa, có thể ngược lại. Đây là một phát hiện đột phá chỉ ra khả năng quản lý trực tiếp trạng thái này.

Thực tế thú vị: Năm 2014, công ty SpaceWorks Enterprises đã nhận được khoản tài trợ từ NASA để phát triển khái niệm «torpor cho chuyến bay đến Mặt Trăng» (Torpor Inducing Transfer Habitat). Dự án của họ đề xuất đưa phi hành đoàn vào trạng thái hypothermia (32-34°C) trong các chu kỳ 14 ngày với các khoảng thời gian thức dậy ngắn để ăn uống và kiểm tra hệ thống. Theo tính toán, điều này có thể giảm trọng lượng tàu vũ trụ từ 30-50% do giảm khối lượng hệ thống cung cấp.

4. Lợi ích và các vấn đề chưa giải quyết.

Lợi ích của stasis:

Giảm nhu cầu của phi hành đoàn: Giảm mạnh tiêu thụ tài nguyên, tối thiểu hóa chất thải.

Bảo vệ khỏi không gian: Trong trạng thái hypothermia và chuyển hóa giảm, quá trình teo cơ và mất khoáng chất xương nên giảm đáng kể.

Giảm rủi ro bức xạ: Các tế bào không hoạt động代谢 ít nhạy cảm hơn với tổn thương từ bức xạ.

Giải quyết các vấn đề tâm lý: Thời gian cảm giác của phi hành đoàn «trôi qua nhanh chóng», tối thiểu hóa stress từ cô lập.

Các vấn đề chưa giải quyết quan trọng:

Teo cơ và loãng xương dài hạn: Mặc dù trong trạng thái stasis, quá trình này, mặc dù chậm lại, vẫn sẽ tiến triển. Cần công nghệ kích thích cơ điện tử trong trạng thái vô thức.

Thực phẩm và hydratation: Làm thế nào để cung cấp chất dinh dưỡng và duy trì cân bằng nước và điện giải? Các lựa chọn được xem xét bao gồm toàn bộ dinh dưỡng parenteral (tiêm tĩnh mạch) hoặc các khoảng thời gian thức dậy định kỳ.

Rủi ro hình thành cục máu đông và nhiễm trùng: Trong điều kiện hypothermia và không hoạt động, nguy cơ hình thành cục máu đông và suy giảm miễn dịch tăng lên rõ ràng.

Ảnh hưởng dài hạn đến não: Có thể xảy ra rối loạn nhận thức không thể ngược lại sau nhiều tháng trong trạng thái chuyển hóa giảm. Hiệu ứng bảo vệ của hypothermia cho não đã được biết đến, nhưng trong quy mô này chưa được nghiên cứu.

Độ tin cậy của hệ thống: Việc hỏng hóc hệ thống cung cấp năng lượng của stasis capsule sẽ là điều致命. Cần các hệ thống hoàn toàn tin cậy, được dубли hóa với trí tuệ nhân tạo để giám sát.

Kết luận.

Trạng thái an ẩn cho phi hành gia không còn là khoa học viễn tưởng mà là một nhiệm vụ khoa học công nghệ đa ngành với mức độ phức tạp cao. Giải quyết nó nằm ở giao điểm của sinh lý học thần kinh, cryobiology, hệ thống cung cấp và kỹ thuật vũ trụ. Mặc dù vẫn còn nhiều năm nghiên cứu và thử nghiệm, các bước đầu tiên đã được thực hiện. Thành công trong lĩnh vực này không chỉ là một bước tiến trong hàng không vũ trụ mà còn là một thành tựu vĩ đại của y học, có thể cứu sống nhiều mạng sống trên Trái Đất bằng cách quản lý chuyển hóa trong các tình trạng khẩn cấp. Những người tiên phong không chỉ là các kỹ sư và phi hành gia mà còn là các sinh học gia đã nghiên cứu suốt nhiều năm về gấu ngủ trong hang và thỏ ngủ trong hang đóng băng.

Permanent link to this publication: