Com els éssers humans conquistaran Mart i més enllà

How humans will conquer Mars and beyond

 

Desenvolupat per Guardian.co.ukAquest article titulat “Com els éssers humans conquistaran Mart i més enllà” va ser escrit per Kevin Fong, Per a l'observador d'diumenge 13 2015 08.30 UTC

Aquest any, la Conferències de Nadal de la Institució Reial mirar el repte dels vols espacials tripulats i el que es necessita per llançar als humans a la frontera final en els viatges d'exploració.

Com a metge he passat més d'una dècada viatjant anada i tornada entre el Regne Unit i la NASA Johnson Space Center a Houston, treballant com a investigador visitant en projectes que van des de l'estudi dels efectes de l'entorn espacial sobre l'envelliment fisiologia dels sistemes de gravetat artificial. Alhora estava completant la meva formació mèdica menor en anestèsia i cures intensives. Era estrany tractant d'empalmar els dos vides junts. Treballant en una unitat de cures intensives durant la nit, d'anar a l'aeroport al final de la jornada, agafant una mica de son a l'avió, i després d'arribar al dia següent en una sala de reunions a Houston, on les persones estaven asseguts al voltant de parlar sobre l'enviament de persones de manera segura a Mart.

Però el que unia els dos va ser el desafiament de la vida en els extrems. A l'hospital jo estava buscant en els extrems de la vida quan s'enfronten a malalties i lesions. A la NASA que estava veient l'amenaça que suposa per a la fisiologia humana pels extrems del món físic i l'univers.

Quan parlem d'ambients extrems podem obtenir una idea aproximada de la seva austeritat a jutjar per quant de temps van a sustentar la vida humana sense protecció i sense suport. Per que espai de mesura és l'extrem final: singularment hostil a la fisiologia humana, no proporciona suport per a la vida humana en absolut. El viatger de l'espai sense protecció podria sobreviure en aquest ambient simplement per un parell de segons.

És possible imaginar que no hi hauria prou per a un metge per fer - que quan es tracta de l'exploració espacial humana, persones que entenen i poden manipular la fisiologia humana estarien a l'avantguarda d'aquest esforç. Però els metges juguen un paper secundari als pobres el que és aclaparadorament una cultura de l'enginyeria - i amb bona raó.

Els vols espacials són en principi físic que desarma senzilla. Tan simple fet que Newton havia començat a entendre la dinàmica que la sustenten gairebé 400 fa anys que. Per sortir de la Terra i entrar en una òrbita al voltant d'ella, primer ha de llançar un objecte a tot el món amb tanta força que la seva trajectòria s'estén més enllà dels horitzons de la Terra - amb tanta força que es pot fer caure en una forma tal que mai més es troba la planta.

I així posar un objecte en òrbita al voltant de la Terra cal dotar-la d'una enorme quantitat d'energia. En termes generals, com més ràpid vagi més ample és el radi de l'òrbita a assolir; per obtenir un vehicle per arribar a una òrbita prou àmplia com per aconseguir que es perdi tant la Terra com les capes superiors de l'atmosfera, a vostè posar a la mateixa altitud que la Estació Espacial Internacional alguns 250 milles per sobre de nosaltres, que necessita per viatjar al voltant de 17.500 mph.

Això requereix un vehicle propulsat per motors i tancs de combustible amb capacitat explosiva d'una arma nuclear petita. aquest viatge, de la superfície de la Terra en una òrbita terrestre baixa - a bord de la nau espacial Soyuz - triga una mica més de vuit minuts. I així, la raó per la qual la cultura de la NASA, i les agències espacials de tot el món, està tan fermament arrelada a les exigències de l'enginyeria en lloc dels de la biologia humana es deu al fet que en aquest breu però violenta període no hi ha gairebé res la medicina moderna pot oferir en el camí de la protecció. durant el llançament, o bé les obres d'enginyeria i tothom viu, o no ho fa i tothom pereix.

La preservació de la vida humana al llarg de llançament no depèn dels procediments mèdics, però en capes concèntriques de protecció enginyera que els enginyers de disseny i construcció i embolicar a les tripulacions d'astronautes en.

Els motors de coets han de disparar perfectament, lliurant només l'empenta a la dreta en el moment just, dirigida precisament de la manera correcta. La tremenda força de propulsió que no s'ha de permetre a sacsejar el vehicle, seus sistemes o la seva fràgil càrrega de passatgers a part. És el treball dels equips d'enginyeria per assegurar-se que el llançador i el vehicle estan dissenyats per funcionar a la cara de les forces que tracten de destruir-los.

I a la part alta de la torre de querosè i oxigen és una petita càpsula, amb el volum d'un grapat de cabines telefòniques, i un parell de tones de subministraments i 3 passatgers amuntegats en lloc d'elles. Aquesta càpsula és una petita bombolla de suport vital, pessigat fora de la Terra i mantinguda artificialment. Dins, Encara més màquines proporcionen una atmosfera respirable amb suficient pressió i calor per mantenir la vida en el buit de l'espai. Si sobreviu el llançament, seus problemes són realment més que començar.

Hadfield Chris a la ISS
taula alta: Chris Hadfield menjar en gravetat zero a bord de l'Estació Espacial Internacional. Fotografia: a

Estació Espacial Internacional

És temptador pensar en l'Estació Espacial Internacional com una d'alta tecnologia Germà gran casa, flotant per sobre de la Terra. En alguns sentits que és veritat: les condicions de vida són dures des de qualsevol punt de la normalitat. Hi ha poques comoditats i poca privacitat preciosa. És un arranjament d'habitatge eriçada amb el potencial d'enorme conflicte social. Però sorprenentment que s'evita en gran part i en 15 anys d'operació no s'han produït desallotjaments.

Però la ISS és molt més que un bloc d'allotjament. Quan les tripulacions van a viure allà estan prenent la seva residència a l'interior d'una màquina en la qual les seves vides depenen cada segon del dia. Ells Electrolyse aigua per produir oxigen, emprar tamisos moleculars per fregar els gasos d'escapament de l'aire que respiren, executar els sistemes de calefacció de grans panells solars que es poden bombar 80kW del poder. Aquesta energia solar també impulsa quatre enormes giroscopis, el qual constant i dirigir l'estació, evitant que caigués fora de control.

L'Estació Espacial Internacional està lluny de ser tranquil: zumba i es queixa constantment; ventiladors estan funcionant tot el temps. Sense gravetat d'aire calent no puja i l'aire fred no s'enfonsa. Això és, com a conseqüència, sense convecció i sense que és difícil aconseguir l'aire es mogui o barrejar. Que al seu torn causa problemes, deixant astronautes propensos a mals de cap a zones mal ventilades, on el diòxid de carboni exhalat pot acumular. Per tant el tambor constant de motors de batut d'aire. Els corrents d'aire a la ISS, com gairebé tota la resta que les tripulacions depenen per a una vida sana, són artificial. Tot aquest esforç només per mantenir aquesta bombolla de suport de vida en un lloc avançat només 250 milles per sobre dels nostres caps. Els desafiaments implicats són legió i ni tan sols han començat a parlar sobre deixar l'òrbita baixa de la Terra encara.

Tornar a la lluna

No és un assumpte pendent a la lluna. És gairebé mig segle des que el programa Apol·lo va aterrar una dotzena d'homes en la seva superfície. And while it represents a treasure trove of scientific discovery, nobody has been back since. Low Earth orbit is 250 miles away and can be reached in minutes. The moon is about 250,000 molt lluny, takes days to get to and, in addition to isolation and the added complexity of the rocket science required, leaves crews extremely vulnerable to radiation. On Earth we’re protected from some types of radiation by the thick blanket of atmosphere above, which absorbs gamma rays, x-rays and ultraviolet radiation that would otherwise be harmful. But there’s another layer of protection that also keeps us safe: Earth’s magnetic field.

The magnetosphere filters out a particularly harmful species of radiation, which comes in the form of charged, high-energy particles – atomic nuclei spat out as a by-product of thermonuclear reactions in stars including our own. This type of radiation is particularly harmful and, during solar flares, can increase in intensity by many thousands of times. Presently we have little in the way of effective protection from the radiation that comes with the worst solar flares.

Mars and beyond

In recent years the idea of putting human crews on the surface of something other than the moon or Mars has found its way into the strategy documents of the international space agencies. This mission is less science fiction than you might think. The European Space Agenecy’s Rosetta mission, which so spectacularly landed the aterratge Philae on the surface of a comet last year, showed us that we could find and intercept a tiny target hurtling through space hundreds of billions of miles away. This has given agencies confidence that their idea of landing a human crew on an asteroid might be realisable.

But for now it is Mars that lies at the edge of possibility, and surviving that journey presents a challenge on a different scale. With Mars, the problem is distance and time. To get to the red planet you have to traverse hundreds of millions of interplanetary miles; més que 1,000 times the distance Apollo crews travelled to the moon. With existing technology it would take between six and nine months to travel from Earth to Mars and the same again on the return leg.

That’s a lot of time spent without any gravitational load on your body. Weightlessness may look like fun, but like everything else, too much of it can be a bad thing. When physiologists first considered what effect the space environment might have on the human body, before anybody had even been into space, they correctly predicted that muscle and bone would waste. Those systems are sculpted by gravity and as anyone who has ever so much as looked at a gym knows, if you don’t use it you lose it. Because of this, crews aboard the International Space Station must subject themselves to a daily programme of resistive exercise to try and prevent some of that bone and muscle loss.

the surface of mars
Was there life on Mars? Dark streaks on the planet’s surface which seem to indicate the presence of flowing water. Fotografia: Nasa/Reuters

Weightlessness wreaks havoc with other systems. It upsets your senses of balance and co-ordination, making it more difficult for crew members to track moving targets, creating illusions of motion and, for the first few days of flight, generally making them feel pretty queasy. With the exception of the nausea, all of these problems tend to get worse the longer you spend weightless.

Més recentment, new – and potentially more worrying – problems have cropped up. For reasons that are not yet entirely clear the pressure in some astronauts’ brains appears to rise as a consequence of space flight, and this has been linked to alterations in their eyesight that sometimes persist for many years after their return to Earth. This phenomenon has only been noticed after long duration missions, which highlights the message: spending a lot of time in space isn’t great for your health.

But time also creates problems for life support systems. If you imagine the amount of food, water, oxygen and power a single person might consume in a mission set to last up to three years (if you include the surface stay), that demands quite a sizable larder. Now multiply that by a crew of four or six and it looks like you need an impossibly huge spacecraft just to keep you fed and watered.

And that does become impossible unless you are able to recycle and reuse everything you can. Already aboard the space station astronauts recycle most of their waste water, including their urine. They scrub carbon dioxide out of their exhaled air and rebreathe the remaining oxygen. You might be able to go further still, by growing crops hydroponically, as a source of food and a mechanism of removing carbon dioxide and renewing the oxygen supply. If you choose the right plants you might even recycle the nitrogen in human solid waste. Which of course is a scientific way of saying that maybe you could use your own poo to fertilise your life-supporting crops.

A system as sophisticated as that is extremely difficult to assemble, manage and maintain, and it’s likely to be a while before we see greenhouses flying through deep space. For now life support engineers will content themselves with finding ways to recycle more and more of the resources they can, and in so doing reducing the amount of payload that crews have to set aside for the things that keep them alive.

There is a simple lesson from all of this: space is hard. All frontier endeavours are. But there is plenty to celebrate here. Since the start of the 21st century there has been a permanent human presence in space. What started as a surrogate battlefield for nuclear war has become a multinational programme of science, exploration and collaboration. This is not the place to get into a discussion of why we should explore space at all. There are many benefits that derive from human space exploration but one is more important than all the rest. Human space exploration inspires children to study and pursue careers in science, technology and engineering. It does so by showing them that within the limits of human imagination anything might be possible. I know this because it inspired me and throughout the whole of my life has continued to hold my fascination.

It is an enormous honour to give the Royal Institution’s Christmas Lectures. And yes, the take-home message is that space is hard. But the real lesson for this year’s audience is that this has been my adventure and it can be yours too.

How to Survive in Space will be shown on BBC4 in three parts on 28, 29 i 30 December at 8pm. Find out more on the Royal Institution’s website and join the conversation on Twitter and Instagram by following @ri_science or searching for #xmaslectures

guardian.co.uk © Guardian News & Mitjana Ltd 2010

Publicat a través de la Guardian News RSS Plugin per WordPress.

28646 0