为什么低温睡眠可以在火星旅行中发挥重要作用?

2022年05月12日 09:34 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

几十年来,低温睡眠在科幻电影和书籍中经常出现的一个情节设定。这是一个简单的方法来解释主人公如何能够在前往遥远星系的漫长太空飞行中保持生命。但NASA现在正在把曾经的虚构变成现实,因为他们准备返回月球并展望将宇航员送往火星。

火星之旅并不像公路旅行去看奶奶那么简单。它不像跳上一辆车开到一个静态的目的地,距离总是一样的。去火星旅行需要进行更多的计划,因为地球和火星之间的距离会因为它们围绕太阳的轨道而不断变化。它最近的距离是3480万英里,但当两者在太阳的两边时它可能远达2.5亿英里。平均而言,这两颗行星相距约1.4亿英里。根据NASA的数据,去火星的单程旅行大概需要9个月时间,而往返的旅程大概需要21个月。同样,这也不像跳上一辆汽车。一旦到达那里,宇航员将需要停留三个月以使轨道正确排列并开始返回旅程。

将近两年的时间可能看起来并不长,但对任何飞船乘员的后勤要求在规划太空任务时跟宇航员的整体健康一样重要。

深度空间的深冻睡眠

如果乘员在整个任务期间保持清醒,那么NASA将需要为飞船上的每个船员准备两年的食物和水。将他们在这段时间内的大部分时间置于一种悬浮的动画状态将大大减少他们的食物摄入量,另外还能允许飞船的体积缩小1/3从而减少储存所有食物的货物空间。缩小飞船的尺寸还意味着到达红色星球所需的燃料数量的减少,这反过来又大大降低了任务的总体成本。简单的后勤问题是将乘员放在冰上的主要原因。此外,长期暴露于辐射和被关在狭小空间里的宇航员的心理健康也是低温睡眠计划的因素。

低温技术的工作原理则是将身体保存在深度冷冻的状态下。据Inverse报道,一种用于身体的防冻剂取代了每个细胞内的水,然后被冷却到华氏零下220度。防冻剂浆液可以防止细胞变成冰和发生爆炸,无论需要多长时间都能使身体处于悬浮停滞状态。但这个过程存在一些障碍,其中最重要的是它还没有被完善。另外,这个过程也有来自道德和法律方面的制约。比如在宣布一个人在法律上死亡之前,不能对其进行低温冷冻。

冬眠的熊和狐猴可能掌握着太空探索的秘密

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NASA一直在研究熊和狐猴是如何冬眠的,并希望借此能让宇航员进入类似的低温冬眠状态且没有所有相关风险和法律问题。熊和人类有着相似的身体质量,前者可以通过降低核心体温来关闭身体,只需几度而不是低温冷冻所需的几百度。根据熊的研究人员Heiko Jansen的说法,他们的心率会大大降低,但他们不会遇到心血管问题。它们也不会失去任何骨密度或肌肉质量,而人类如果长期卧床则会失去大量的肌肉质量。此外,长期暴露在太空的失重状态下也会对骨密度和肌肉生长产生不利影响,因为没有重力让肌肉工作。

研究鼠狐猴的科学家发现microRNAs是特定身体功能的开关。一些保持开启状态以保护动物,而另一些则关闭以节省身体内的能量。如一些microRNAs抵御肌肉萎缩,而另一些能阻止细胞生长甚至死亡,还有一些则能自动切换身体使用的燃料类型。

如果这些基因特征可以被理解和复制,那么它们有朝一日将可以帮助宇航员进一步冒险进入太空。

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