Hvordan mennesker vil erobre Mars og videre

How humans will conquer Mars and beyond

 

Drevet af Guardian.co.ukDenne artikel med titlen “Hvordan mennesker vil erobre Mars og videre” blev skrevet af Kevin Fong, til The Observer søndag 13 dec 2015 08.30 UTC

I år Royal Institutionens Jul Forelæsninger se på udfordringen med bemandet rumfart og hvad det kræver at slynge mennesker ind i den endelige grænse på opdagelsesrejser.

Som læge jeg har brugt mere end et årti at rejse frem og tilbage mellem Storbritannien og NASAs Johnson Space Center i Houston, arbejder som gæsteforsker på projekter, der spænder fra at studere virkningerne af den plads miljø på aldring fysiologi til kunstige tyngdekraft systemer. Samtidig blev jeg færdiggøre min junior medicinsk uddannelse i anæstesi og intensiv pleje. Det var mærkeligt at forsøge at splejse de to liv sammen. Arbejder på en intensivafdeling natten, overskriften til lufthavnen i slutningen af ​​skiftet, fanger nogle søvn på flyet, og derefter ankommer den næste dag i et mødelokale i Houston, hvor folk sad omkring taler om, hvordan man sender folk sikkert til Mars.

Men de ting, der forbandt to var den udfordring, livet i de yderste. På hospitalet blev jeg kigger på de yderste områder af livet, når udfordret af sygdom og skade. På Nasa blev jeg kigger på den trussel mod menneskers fysiologi ved ekstremerne i den fysiske verden og univers.

Når vi taler om ekstreme miljøer kan vi få en idé om deres nøjsomhed ved at dømme, hvor længe de vil støtte menneskeliv ubeskyttet og ikke-understøttet. Ved denne foranstaltning rum er den ultimative ekstrem: entydigt fjendtlige over for human fysiologi, det giver ingen støtte til menneskeliv overhovedet. Den ubeskyttede rumrejsende ville overleve i dette miljø blot et par sekunder.

Du har måske forestille sig, at der ville være masser for en læge at gøre - at når det kommer til menneskelig udforskning af rummet, mennesker, der forstår og kan manipulere menneskets fysiologi ville være på forkant med denne indsats. Men læger spiller en dårlig andenviolin i forhold til, hvad der er overvældende en kultur af teknik - og med god grund.

Space flyvning er i fysisk princip afvæbnende enkel. Så simpelt faktisk, at Newton var begyndt at forstå den dynamik, der ligger til grund for det næsten 400 år siden. For at forlade Jorden og indtaste et kredsløb omkring det, du først nødt til at smide et objekt over hele kloden så hårdt, at dens bane strækker sig ud over Jordens horisont - så hårdt, at det kan gøres for at falde på en sådan måde, at det aldrig igen finder jorden.

Og så for at sætte et objekt i kredsløb omkring Jorden, du er nødt til at give det en enorm mængde energi. I store træk den hurtigere du går jo bredere radius af kredsløb du opnå; at få et køretøj for at opnå en bane bred nok til at få det til at gå glip af både Jorden og de øverste lag af atmosfæren, at placere dig på samme højde som den Internationale Rumstation nogle 250 miles over os, du skal rejse på omkring 17500 mph.

Det kræver et køretøj, der drives af motorer og brændstoftanke med den eksplosive kapacitet af en lille atomvåben. Denne rejse, fra jordens overflade i lavt kredsløb om Jorden - om bord på Soyuz rumfartøj - tager lidt over otte minutter. Og så grunden til, at kulturen på Nasa, og rumagenturer i hele verden, er så fast forankret i de krav, teknik snarere end af den menneskelige biologi er, fordi i denne korte, men voldelig periode er der næsten intet moderne medicin kan tilbyde i vejen for beskyttelse. Under lanceringen, enten ingeniørarbejde og alle bor, eller det ikke, og alle forgår.

Bevarelsen af ​​menneskeliv i hele lancering afhænger ikke af medicinske procedurer, men på koncentriske lag af kunstig beskyttelse, ingeniører designe og bygge og swaddle de astronaut besætninger i.

De raketmotorer skal affyre perfekt, levere den helt rigtige fremstød på det helt rigtige tidspunkt, instrueret i netop den rigtige måde. Den enorme kraft af, at fremdrift må ikke få lov til at ryste bilen, dets systemer eller dens skrøbelige last af passagerer fra hinanden. Det er en opgave for tekniske team for at sikre, at løfteraket og køretøjet er konstrueret til at udføre i ansigtet af kræfter, der forsøger at ødelægge dem.

Og oppe på toppen at tårnet af petroleum og ilt er en lille kapsel, med mængden af ​​en håndfuld telefonbokse, og et par tons forsyninger og tre passagerer stuvet sammen i blandt dem. Det kapsel er en lille boble af liv støtte, afklemmes fra jorden og holdt kunstigt. Inside, stadig flere maskiner giver en åndbar atmosfære med nok pres og varme til at opretholde liv i tomrummet af rummet. Hvis du overlever lanceringen, dine problemer er virkelig kun lige begyndt.

Chris Hadfield på ISS
høj bord: Chris Hadfield spise i nul tyngdekraft ombord på den internationale rumstation. Foto: på

Internationale Rumstation

Det er fristende at tænke på Den Internationale Rumstation som en hi-tech Storebror hus, svævende højt over jorden. I nogle sanser, der er sandt: levevilkår er barske ved enhver normal standard. Der er få Creature Comforts og meget lidt privatliv. Det er en levende arrangement spækket med potentiale for store sociale konflikter. Men bemærkelsesværdigt, at der i vid udstrækning undgås, og i 15 års drift har der ikke været udsættelser.

Men ISS er meget mere end en bolig blok. Når besætninger går at bo der, de bosætter sig inde i en maskine, hvorpå deres liv afhænger hvert sekund af dagen. De elektrolysere vand til frembringelse af oxygen, ansætte molekylsigter at skrubbe røggasser ud af den luft, de indånder, køre varmeanlæg fra store solpaneler, der kan pumpe ud 80kW af magt. At solenergi driver også fire store gyroskoper, som støt og styre stationen, forhindrer den i tumbling ud af kontrol.

Den Internationale Rumstation er langt fra rolig: det summer og whines magtbegær; fans kører hele tiden. Uden tyngdekraft varm luft ikke stiger og kold luft ikke synke. Der er, som en konsekvens, ingen konvektion og uden at det er svært at få luft til at bevæge sig eller blande. Som igen giver problemer, forlader astronauter tilbøjelige til hovedpine i dårligt ventilerede områder, hvor udåndede carbondioxid kan opbygge. Dermed konstant tromle motorer kærning luft. De udkast på ISS, ligesom næsten alt andet, at besætningerne afhænger for at leve sundt, er kunstige. Alt dette forsøg bare at fastholde, at boble af liv støtte i en forpost bare 250 miles over vores hoveder. De udfordringer, der er legio, og vi har ikke engang begyndt at tale om at forlade kredsløb lav Jorden endnu.

Tilbage til månen

Der er uafsluttede på månen. Det er næsten et halvt århundrede siden Apollo-programmet landede en halv snes mænd på overfladen. Og mens det repræsenterer en guldgrube af videnskabelig opdagelse, ingen har været tilbage siden. Kredsløb om Jorden Low er 250 miles væk og kan nås på få minutter. Månen er om 250,000 mil væk, tager dage at komme til og, i tillæg til isolation og den ekstra kompleksitet i raketvidenskab krævede, efterlader besætninger ekstremt sårbare over for stråling. På Jorden er vi beskyttet mod nogle former for stråling ved den tykke tæppe af atmosfæren over, som absorberer gammastråler, x-stråler og ultraviolet stråling, som ellers ville være skadeligt. Men der er endnu et lag af beskyttelse, der også holder os sikkert: Jordens magnetfelt.

Den magnetosfære filtrerer et særligt skadelige arter af stråling, der kommer i form af ladet, højenergi-partikler - atomkerner spyttede ud som et biprodukt af termonukleare reaktioner i stjerner herunder vores egen. Denne type stråling er særlig skadeligt og, under soludbrud, kan øge i intensitet ved mange tusinde gange. I øjeblikket har vi lidt i vejen for en effektiv beskyttelse mod stråling, der kommer med de værste soludbrud.

Mars og videre

I de senere år idéen om at sætte de menneskelige besætninger på overfladen af ​​noget andet end månen eller Mars har fundet vej ind i strategidokumenterne for de internationale rumagenturer. Denne mission er mindre science fiction end du måske tror. Den europæiske rumfartsorganisation Agenecy s Rosetta mission, som så spektakulært landede Philae lander på overfladen af ​​en komet sidste år, viste os, at vi kunne finde og opsnappe en lille mål jagende gennem rummet hundreder af milliarder af miles væk. Dette har givet bureauer tillid til, at deres idé om landing en menneskelig besætning på en asteroide kan være realiserbare.

Men for nu er det Mars, der ligger i udkanten af ​​muligheden, og overleve den rejse er en udfordring på en anden skala. med Mars, problemet er afstand og tid. For at komme til den røde planet, du er nødt til at krydse hundreder af millioner af interplanetariske miles; mere end 1,000 gange afstanden Apollo besætninger rejste til månen. Med den eksisterende teknologi ville det tage mellem seks og ni måneder til at rejse fra Jorden til Mars og det samme igen på tilbagebefordringen.

Det er en masse af tid brugt uden tyngdekraft belastning på din krop. Vægtløshed kan ligne sjov, men som alt andet, for meget af det kan være en dårlig ting. Når fysiologer først overvejet, hvilken effekt den plads, miljø kan have på den menneskelige krop, før nogen havde endda været i rummet, de korrekt forudsagt, at muskler og knogler ville spilde. Disse systemer er modelleret af tyngdekraften og som enhver, der nogensinde så meget som har set på en gym kender, hvis du ikke bruger det du mister det. På grund af dette, besætninger ombord på den internationale rumstation skal underkaste sig et dagligt program af resistiv motion for at forsøge at forhindre nogle af denne knogle og muskel tab.

overfladen af ​​Mars
Var der liv på Mars? Mørke striber på planetens overflade, som synes at indikere tilstedeværelsen af ​​strømmende vand. Foto: I / Reuters

Vægtløshed skaber ravage med andre systemer. Det forstyrrer dine sanser af balance og koordination, hvilket gør det vanskeligere for besætningsmedlemmer at spore bevægelige mål, skabe illusioner om bevægelse og, for de første par dage af flyvning, generelt at gøre dem til at føle temmelig kvalm. Med undtagelse af den kvalme, alle disse problemer har tendens til at blive værre jo længere du tilbringer vægtløs.

For nylig, nye - og potentielt mere bekymrende - problemer er dukket op. Af grunde, der endnu ikke er helt klart, at trykket i nogle astronauternes hjerner ser ud til at stige som følge af rumfart, og det har været forbundet med ændringer i deres syn, der til tider varer ved i mange år efter deres tilbagevenden til Jorden. Dette fænomen er kun blevet bemærket efter lange varighed missioner, der fremhæver budskabet: bruge en masse tid i rummet er ikke godt for dit helbred.

Men tiden skaber også problemer for livsbevarende systemer. Hvis du forestiller dig mængden af ​​mad, vand, ilt og magt en enkelt person kan forbruge i en mission sæt til at vare op til tre år (hvis du medtager overfladen ophold), der kræver en ganske anselig spisekammer. Nu formere sig, at ved en besætning på fire eller seks, og det ser ud som du har brug for en umulig enorme rumfartøj bare for at holde dig fodres og vandes.

Og det betyder blevet umuligt, medmindre du er i stand til at genbruge og genanvende alt hvad du kan. Allerede ombord rumstationen astronauter genbruge det meste af deres spildevand, herunder deres urin. De krat carbondioxid ud af deres udåndingsluft og rebreathe den resterende ilt. Du kan være i stand til at gå videre endnu, ved dyrkning af afgrøder hydroponically, som en kilde til fødevarer og en mekanisme til fjernelse af carbondioxid og forny oxygentilførslen. Hvis du vælger de rigtige planter du kan endda genbruge det kvælstof i menneskets fast affald. Hvilket selvfølgelig er en videnskabelig måde at sige, at måske kunne du bruge din egen poo at gøde dine livreddende afgrøder.

Et system så avanceret som det er yderst vanskeligt at samle, administrere og vedligeholde, og det er sandsynligt, at være et stykke tid, før vi ser drivhuse, der flyver gennem det ydre rum. For nu livsbevarende ingeniører vil nøjes med at finde måder at genbruge mere og mere af de ressourcer, de kan, og dermed reducere mængden af ​​nyttelast, som besætninger er nødt til at afsætte for de ting, der holder dem i live.

Der er en simpel lektie fra alt dette: plads er svært. Alle grænsearbejdere bestræbelser er. Men der er masser at fejre her. Siden begyndelsen af ​​det 21. århundrede har der været en permanent menneskelig tilstedeværelse i rummet. Hvad der startede som et surrogat slagmark for atomkrig er blevet en multinational program for videnskab, udforskning og samarbejde. Dette er ikke stedet at komme ind i en diskussion om, hvorfor vi skal udforske rummet på alle. Der er mange fordele, der stammer fra menneskelig udforskning af rummet, men den ene er vigtigere end alle de andre. Menneskelig udforskning af rummet inspirerer børn til at studere og forfølge en karriere inden for videnskab, teknologi og teknik. Det gør den ved at vise dem, at inden for rammerne af den menneskelige fantasi noget kunne være muligt. Jeg ved det, fordi det inspirerede mig og i hele mit liv har fortsat med at holde min fascination.

Det er en enorm ære at give Royal institutionens Jul Forelæsninger. og ja, take-home budskab er, at rummet er svært. Men den virkelige lektie for dette års publikum er, at dette har været min oplevelse, og det kan blive din for.

Hvordan man overlever i rummet vil blive vist på BBC4 i tre dele på 28, 29 og 30 December kl 08:00. Find ud af mere om den Royal Institution hjemmeside og deltage i samtalen på Twitter og Instagram ved at følge @ri_science eller søger efter #xmaslectures

guardian.co.uk © Guardian News & Media Limited 2010

Udgivet via Guardian News Feed plugin for WordPress.

28611 0