Come gli esseri umani conquistare Marte e oltre

How humans will conquer Mars and beyond

 

Realizzato da Guardian.co.ukQuesto articolo intitolato “Come gli esseri umani conquistare Marte e oltre” è stato scritto da Kevin Fong, Per l'osservatore di Domenica 13 dicembre 2015 08.30 UTC (tempo coordinato universale

Quest'anno il Lezioni di Natale del Royal Institution guardare la sfida di volo spaziale umano e quello che serve per scagliare gli esseri umani in l'ultima frontiera in viaggi di esplorazione.

Come medico ho trascorso più di un decennio viaggiando avanti e indietro tra il Regno Unito e la NASA di Johnson Space Center a Houston, lavora come ricercatore in visita su progetti che vanno dallo studio degli effetti dell'ambiente spaziale sulla fisiologia di invecchiamento per sistemi di gravità artificiale. Allo stesso tempo, stavo completando la mia formazione medica juniores in anestesia e terapia intensiva. Era strano cercando di unire queste due vite insieme. Lavorare su un reparto di terapia intensiva durante la notte, dirigersi verso l'aeroporto alla fine del turno, afferrando po 'di sonno in aereo, e poi arriva il giorno dopo in una sala riunioni a Houston, dove le persone erano seduti intorno a parlare di come inviare le persone in modo sicuro su Marte.

Ma la cosa che collegava i due era la sfida della vita agli estremi. In ospedale stavo guardando agli estremi della vita quando provocati da malattie e lesioni. Alla Nasa Stavo guardando la minaccia posta alla fisiologia umana dagli estremi del mondo fisico e l'universo.

Quando si parla di ambienti estremi possiamo avere un'idea approssimativa della loro austerità da giudicare per quanto tempo sosterranno la vita umana non protetti e non supportata. Con tale spazio di misura è l'estrema finale: univocamente ostili alla fisiologia umana, essa fornisce alcun supporto per la vita umana di sorta. Il viaggiatore spazio non protetto potrebbe sopravvivere in questo ambiente solo per pochi secondi.

Si potrebbe immaginare che ci sarebbe un sacco per un medico di fare - che quando si tratta di esplorazione spaziale umana, persone che capiscono e possono manipolare la fisiologia umana sarebbe in prima linea di quello sforzo. Ma i medici svolgono un povero secondo piano rispetto a quello che è schiacciante una cultura di ingegneria - e con buona ragione.

Il volo spaziale è in linea di principio fisico di una semplicità disarmante. Così semplice, infatti, che Newton aveva cominciato a comprendere le dinamiche che sono alla base quasi 400 anni fa. Per lasciare la Terra e immettere un orbita intorno ad esso, è necessario prima di lanciare un oggetto attraverso il globo così forte che la sua traiettoria estende oltre gli orizzonti della Terra - così duro che può essere fatto cadere in modo tale che trova mai più terreno.

E così di mettere un oggetto in orbita intorno alla Terra è necessario fornire con una enorme quantità di energia. In termini generali il più veloce si va più ampio il raggio dell'orbita a raggiungere; per ottenere un veicolo per ottenere un'orbita sufficientemente ampia per farlo perdere sia la Terra e gli strati superiori dell'atmosfera, di porre voi alla stessa altitudine, come il Stazione Spaziale Internazionale alcuni 250 miglia sopra di noi, avete bisogno di viaggiare a circa 17,5 mila miglia all'ora.

Ciò richiede un veicolo azionato da motori e serbatoi di carburante con la capacità esplosiva di un piccolo ordigno nucleare. Questo viaggio, dalla superficie della Terra in orbita terrestre bassa - a bordo della navicella Soyuz - prende poco più di otto minuti. E così il motivo per cui la cultura della NASA, e le agenzie spaziali di tutto il mondo, è così saldamente radicata nelle richieste di ingegneria piuttosto che quelli della biologia umana è perché in quel breve ma violenta periodo non vi è quasi nulla la medicina moderna può offrire in termini di protezione. durante il lancio, o funziona l'ingegneria e ognuno vive, o non lo fa e tutti perisce.

La conservazione della vita umana nel lancio dipende non su procedure mediche, ma su strati concentrici di protezione ingegneristica che gli ingegneri di progettazione e costruzione e fasciare gli equipaggi astronauta in.

I motori a razzo devono sparare perfettamente, offrendo solo la spinta giusta al momento giusto, diretto nel proprio modo giusto. L'enorme forza di propulsione che non deve essere consentito di scuotere il veicolo, i suoi sistemi o il suo carico di passeggeri fragile a parte. E 'il lavoro del team di ingegneri per assicurarsi che il programma di avvio e il veicolo sono progettati per eseguire di fronte alle forze che stanno cercando di distruggerli.

E appollaiato in cima quella torre di kerosene e ossigeno è una minuscola capsula, con il volume di una manciata di cabine telefoniche, e un paio di tonnellate di forniture e tre passeggeri stipati in mezzo a loro. Quella capsula è una piccola bolla di supporto vitale, pizzicato fuori dalla Terra e mantenuto artificialmente. Dentro, ancora più macchine offrono un'atmosfera respirabile con abbastanza pressione e calore per sostenere la vita nel vuoto dello spazio. Se sopravvivi il lancio, i vostri problemi sono in realtà solo all'inizio.

Chris Hadfield sulla ISS
tavolo alto: Chris Hadfield mangiare in assenza di gravità a bordo della Stazione Spaziale Internazionale. Fotografia: su

Stazione Spaziale Internazionale

Si sarebbe tentati di pensare alla Stazione Spaziale Internazionale come un hi-tech Grande Fratello casa, galleggiare al di sopra della Terra. In un certo senso questo è vero: le condizioni di vita sono dure da qualsiasi standard normale. Ci sono poche comodità e ben poco di privacy. E 'un accordo che vive irta di potenziale di enorme conflitto sociale. Ma incredibilmente che è in gran parte evitati e, in 15 anni di attività ci sono stati sgomberi.

Ma la ISS è molto più di un blocco di alloggio. Quando le squadre vanno a vivere lì si stanno prendendo la residenza all'interno di una macchina su cui le loro vite dipendono ogni secondo della giornata. Essi elettrolisi dell'acqua per la produzione di ossigeno, impiegare setacci molecolari per fregare i gas di scarico fuori l'aria che respirano, eseguire impianti di riscaldamento da vasti pannelli solari in grado di pompare fuori 80kW di potenza. Che l'energia solare spinge anche quattro enormi giroscopi, che costante e guidare la stazione, impedendole di precipitare fuori controllo.

La Stazione Spaziale Internazionale è tutt'altro che tranquillo: si canticchia e si lamenta continuamente; I fan sono in funzione per tutto il tempo. Senza gravità aria calda non sale e l'aria fredda non affonda. C'è, come conseguenza, nessuna convezione e senza che sia difficile ottenere all'aria di circolare o mescolare. Questo a sua volta provoca problemi, lasciando astronauti inclini a mal di testa in zone poco ventilate, dove l'anidride carbonica espirata può accumularsi. Da qui il costante tamburo di motori agitate dell'aria. Le bozze sulla ISS, come quasi tutto il resto che gli equipaggi dipendono per una vita sana, sono artificiale. Tutto questo sforzo solo per mantenere quella bolla di supporto vitale in un avamposto appena 250 miglia sopra le nostre teste. Le sfide in questione sono legione e non abbiamo nemmeno iniziato a parlare di lasciare l'orbita terrestre bassa ancora.

Torna alla luna

Vi è in sospeso sulla luna. Si tratta di quasi mezzo secolo da quando il programma Apollo è atterrato una dozzina di uomini sulla sua superficie. E mentre rappresenta un tesoro della scoperta scientifica, nessuno è tornato dal. Low Earth Orbit è 250 miglia di distanza ed è raggiungibile in pochi minuti. La luna è di circa 250,000 lontano miglia, vogliono giorni da raggiungere e, in aggiunta all'isolamento e la complessità della scienza missilistica necessaria, lascia equipaggi estremamente vulnerabili alle radiazioni. Sulla Terra siamo protetti da alcuni tipi di radiazioni dalla spessa coltre di atmosfera sopra, che assorbe i raggi gamma, radiografie e radiazione ultravioletta che altrimenti sarebbe dannoso. Ma c'è un altro livello di protezione che mantiene anche al sicuro: il campo magnetico terrestre.

La magnetosfera filtra una specie particolarmente nocivi delle radiazioni, che si presenta sotto forma di carica, particelle ad alta energia - nuclei atomici sputato fuori come un sottoprodotto di reazioni termonucleari in stelle inclusa la nostra. Questo tipo di radiazione è particolarmente dannosa e, durante le eruzioni solari, può aumentare in intensità da molte migliaia di volte. Attualmente abbiamo poco in termini di efficace protezione dalla radiazione che viene fornito con le peggiori eruzioni solari.

Marte e oltre

Negli ultimi anni l'idea di mettere equipaggi umani sulla superficie di qualcosa di diverso dalla Luna o Marte ha trovato la sua strada nei documenti strategici delle agenzie spaziali internazionali. Questa missione è meno fantascienza quanto si possa pensare. la missione Rosetta di The Space Agenecy europea, che in modo spettacolare atterrato il Philae lander sulla superficie di una cometa scorso anno, ci ha mostrato che siamo riusciti a trovare e intercettare un piccolo bersaglio sfreccia attraverso centinaia di spazio di miliardi di miglia di distanza. Questo ha dato agenzie di fiducia che la loro idea di portare un equipaggio umano su un asteroide potrebbe essere realizzabile.

Ma per ora è Marte che si trova ai margini di possibilità, e sopravvivere quel viaggio rappresenta una sfida su scala diversa. con Marte, il problema è la distanza e il tempo. Per raggiungere il pianeta rosso si deve attraversare centinaia di milioni di miglia interplanetarie; più di 1,000 volte la distanza Apollo equipaggi viaggiato sulla luna. Con la tecnologia attuale ci vorrebbero tra i sei ei nove mesi per viaggiare dalla Terra a Marte e lo stesso di nuovo sulla gamba di ritorno.

Questo è un sacco di tempo trascorso senza alcun carico gravitazionale sul tuo corpo. Assenza di peso può sembrare divertente, ma come tutto il resto, troppo di esso può essere una cosa negativa. Quando fisiologi considerati prima che effetto l'ambiente spaziale potrebbe avere sul corpo umano, prima che qualcuno era ancora stato nello spazio, hanno correttamente previsto che muscoli e ossa sarebbe sprecare. Questi sistemi sono scolpiti dalla forza di gravità e, come chiunque abbia mai così tanto come guardato una palestra sa, se non lo si usa si perde. A causa di ciò, equipaggi a bordo della Stazione Spaziale Internazionale si devono sottoporre ad un programma giornaliero di esercizio di resistenza per cercare di prevenire alcuni dei che la perdita ossea e muscolare.

la superficie di Marte
C'è stata vita su Marte? striature scure sulla superficie del pianeta che sembrano indicare la presenza di acqua che scorre. Fotografia: NASA / Reuters

Assenza di peso seminano il terrore con altri sistemi. E sconvolge i sensi di equilibrio e coordinazione, rendendo più difficile per i membri dell'equipaggio di tenere traccia bersagli mobili, che creano illusioni di movimento e, per i primi giorni di volo, generalmente facendoli sentire abbastanza nausea. Con l'eccezione della nausea, tutti questi problemi tendono a peggiorare il più a lungo si spende senza peso.

Più recentemente, nuovi - e potenzialmente più preoccupanti - problemi sono sorti. Per ragioni che non sono ancora del tutto chiaro la pressione nel cervello alcuni astronauti appare a salire come conseguenza del volo spaziale, e questo è stato collegato ad alterazioni nella loro vista che a volte persistere per molti anni dopo il loro ritorno sulla Terra. Questo fenomeno è stato notato solo dopo missioni di lunga durata, che mette in evidenza il messaggio: spendere un sacco di tempo nello spazio non è grande per la vostra salute.

Ma il tempo crea anche problemi per i sistemi di supporto vitale. Se si immagina la quantità di cibo, acqua, ossigeno e la potenza di una singola persona potrebbe consumare in un set di missione per durare fino a tre anni (se si include il soggiorno di superficie), che richiede un bel dispensa considerevole. Ora moltiplicare che da un equipaggio di quattro o sei e sembra che avete bisogno di un veicolo spaziale incredibilmente enorme solo per tenervi nutriti e abbeverati.

E che fa diventare impossibile se non si è in grado di riciclare e riutilizzare tutto il possibile. Già a bordo gli astronauti della stazione spaziale riciclare la maggior parte di loro acque reflue, compreso il loro urina. Si macchia di anidride carbonica dal loro aria espirata e prendere fiato l'ossigeno residuo. Potreste essere in grado di andare ancora oltre, da colture idroponica, come fonte di cibo e un meccanismo di rimozione dell'anidride carbonica e rinnovare la fornitura di ossigeno. Se si sceglie le piante giuste si potrebbe anche riciclare l'azoto in rifiuti solidi umani. Che naturalmente è un modo scientifico per dire che forse si potrebbe utilizzare il proprio poo per fertilizzare i raccolti di supporto alla vita.

Un sistema sofisticato come che è estremamente difficile da assemblare, gestire e mantenere, ed è probabile che sia un po 'prima di vedere serre volare attraverso lo spazio profondo. Per ora i tecnici di supporto vitale si potranno accontentarsi di trovare il modo di riciclare di più e più delle risorse che possono, e così facendo ridurre la quantità di carico che gli equipaggi devono mettere da parte per le cose che li tengono in vita.

Vi è una semplice lezione da tutto questo: spazio è difficile. Tutti i tentativi di frontiera sono. Ma c'è molto da festeggiare qui. Dall'inizio del 21 ° secolo vi è stata una presenza umana permanente nello spazio. Quello che era iniziato come un campo di battaglia surrogato per una guerra nucleare è diventato un programma multinazionale della scienza, l'esplorazione e la collaborazione. Questo non è il luogo per entrare in una discussione del perché dovremmo esplorare lo spazio a tutti. Ci sono molti vantaggi che derivano dalla esplorazione spaziale umana, ma uno è più importante di tutto il resto. esplorazione spaziale umana ispira i bambini a studiare e intraprendere una carriera nel campo della scienza, La tecnologia e l'ingegneria. Lo fa mostrando loro che entro i limiti di qualsiasi cosa l'immaginazione umana potrebbe essere possibile. Lo so perché mi ha ispirato e in tutta la mia vita ha continuato a tenere il mio fascino.

Si tratta di un enorme onore per dare del Royal Institution Lezioni di Natale. E sì, il messaggio da portare a casa è che lo spazio è difficile. Ma la vera lezione per il pubblico di quest'anno è che questa è stata la mia avventura e che può essere anche il vostro.

Come sopravvivere nello spazio sarà mostrato su BBC4 in tre parti su 28, 29 e 30 Dicembre alle 20:00. Per saperne di più sul il sito web di Royal Institution e partecipare alla conversazione su Twitter e Instagram seguendo @ri_science o alla ricerca di #xmaslectures

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