航天局冬眠术怎么实现的?
在太空中航天员怎么休息?
他们的睡眠时是什么感觉的?
由于微重力的影响,宇航员在太空中休息。虽然宇航员可以在没有重力束缚的情况下随意睡觉,但在太空中睡觉并不像我们想象的那么容易和舒适。为了防止在睡梦中漂浮和醒来,宇航员通常使用睡袋,并将睡袋固定在空间站的舱壁上。为了避免意外碰触开关,宇航员必须将手放在胸前或放在睡袋中,以免意外接触开关,以免在失重状态下自行摆动手臂。
当太空旅行人员处于冬眠时,消耗就会大副度减少。根据NASA资助的一项研究, 使宇航员们保持不省人事能砍掉任何给定旅途几乎一半的载重,当乘员被置于不活动状态,就可以移除太空船的许多子系统,人类所需的空间和设备能显著减少,长期太空旅行的消极心理社会影响也可以减轻。
科幻电影中的深度睡眠
我们在电影中也经常可以看到在太空旅行中进行深度睡眠,如《异形》系列,这是很多人第一次了解到太空深度睡眠,当然这不是第一部提出在长期太空探索中进行深度睡眠的电影。1968年《人猿星球》和《2001:太空奥德赛》两者中的乘员都在前往宇宙的途中沉睡。七十年代电视剧《太空堡垒卡拉狄加》里有一个沉睡的太空人;往后的年代里我们见到《黑洞表面》、《撕裂地平线》、《深空失忆》、《普罗米修斯》等更多科幻电影都采用这种低温睡眠的特效方式,沉眠数十年的乘客,在太空飞船中苏醒过来,飞船仍在抵达遥远终点的途中…
科幻巨制《太空旅客》也是如此,讲述遥远的未来人类乘坐 ” 阿瓦隆 ” 号太空飞船进行太空旅行,准备前往另一颗宜居星球,每位旅客都需要沉睡 120 年,电脑的一个小故障却让男女主角 ” 意外 ” 早醒了 90 年。孤独的太空旅行中,两位孤独的乘客开始相识相爱,但之后他们发现乘坐的飞船出现故障,而拯救 5000 名乘客的任务就落到他们二人肩上。其实我们完全可以把这把电影看作一部造价昂贵、细节讲究的科教纪录片,向我们呈现未来的科技成就和宇航生活。
不过人类目前完全没有做好准备像吉姆·普雷斯顿和奥萝拉·莱恩那样进行星际旅行,这还需要人类在深度睡眠领域进行进一步的研究探索。目前人类在休眠下的生存记录是14天,而仅仅为了抵达火星,宇航员们就需要沉睡十倍以上时间。以我们目前的火箭技术,在地球和火星间的五千五百万公里旅途需要六至九个月。
但是,怎样才能使宇航员在健康状态下长期熟睡?如果人类能像熊一样冬眠几个月,这一问题就迎刃而解了。事实上,美国国家航空航天局(NASA)、欧洲航天局(ESA)都在研究控制宇航员“冬眠”的载人深空探测技术。
科幻电影《流浪地球》中,领航员空间站中的宇航员们可以在危机时刻休眠。其实,这并非只是一个幻想,而是全球宇航员的真实愿望,从登上飞船就倒头大睡,一觉醒来已到达目的地,太空旅行就像乘坐高铁软卧那样“夕发朝至”,岂不美哉!
日前,ESA就提出了一个从地球一路“睡到”火星的载人探测概念。那么,宇航员冬眠究竟有什么好处?又面临哪些困难呢?
冬眠技术有助于破解深空探测难题
众所周知,深空探测飞行距离远,时间动辄数月甚至以年计,宇航员面临长期宇宙辐射、肌肉流失、旅途寂寞等身心健康问题,而飞行中的食品、饮水、氧气等大量的物资消耗也将显著增加任务成本。这些都是限制人类将足迹迈向深空的未解难题。
近年来,科学家们发现,与其研究更先进的火箭和飞船,不如通过让宇航员冬眠,使上述难题“消于无形”。
首先需要澄清的是,冬眠不是冷冻,只是通过适当降低体温,使宇航员的新陈代谢变得“迟钝”,这带来的第一个好处就是物资消耗减少。同时,冬眠的宇航员不需要太大的活动空间,整个航天器的体积和质量可以大幅度减小,辐射防护的技术难度显著降低,节约整个任务的能源消耗、成本投入。更重要的是,冬眠能够消除宇航员执行任务中的紧张感和孤独感,而且冬眠的宇航员几乎不会出现肌肉流失。
将冬眠技术用于载人探测火星任务
欧洲航天局(ESA)认为“可控的冬眠是载人太空飞行中一种改变游戏规则的技术”,并且成立了专门从事相关研究的“专题小组”,希望使其成为现实。日前,专题小组研究了将冬眠技术用于载人探测火星任务的可行方案,设计了初步的航天器冬眠居住模块草图。研究发现,通过宇航员冬眠,航天器的质量可以减少三分之一。
根据ESA提出的方案,和有冬眠习性的动物类似,宇航员在进入冬眠前要先“增脂”以储存能量。之后通过服用一种特殊药物进入“麻木”的冬眠状态,随之舱室的亮度变暗、温度大幅度降低以将宇航员身体“冷却”。一般情况下,从地球到火星需要飞行180天左右,宇航员需要提前苏醒,度过至少21天的休养期。
根据ESA公布的草图,整个冬眠居住模块为圆柱形,直径仅有5.9米,高度仅为5.33米,拥有生命保障、居住、储藏、工作等9个系统隔间,能够满足6名宇航员需求。如果不使用冬眠技术,整个居住模块的直径和高度要达到8—9米,体积达到前者的3倍。
宇航员冬眠面临多重技术难题
ESA希望能在未来20年实现载人冬眠火星探测。愿景虽好,但拦在路上的重重技术障碍却不可小觑。
宇航员冬眠一个月、半年甚至一年后在太空中的某个地方醒来,肯定会感到陌生、震惊和恐惧,心理影响需要消除。
更关键的是,怎样保证冬眠技术的安全性?既要绝对保证宇航员准时醒来,又要防止冬眠对宇航员身体造成严重损伤。熊在冬眠时能够回收尿液和蛋白质,有的动物具备恒温唤醒功能,可以根据周围环境温度和心率周期来中断他们的冬眠状态。人类并没有自然冬眠习性,如何解决这些问题还不得而知。
同时,假如所有宇航员都将在很长一段时间内丧失行动能力,整个任务只能依靠航天器自主运行。在宇航员苏醒前,航天器要保障自身绝对安全,这需要人工智能等新兴技术的深度嵌入,解决航天器自主故障检测、隔离、恢复等难题