准备二:解决太空辐射

2018-08-09 02:02张唯诚
飞碟探索 2018年4期
关键词:美国航空航天局梅尔内尔

张唯诚

弗兰克·博尔曼是美国航空航天局“阿波罗8”号任务的指令长。“阿波罗8”号于1968年12月21日在佛罗里达州发射升空,在之后的6天里,“阿波罗8”号创造了历史——它是人类第一个离开近地轨道,并繞月飞行的太空船。但是,领导这项任务的博尔曼在任务开始不久就感到恶心。1999年,博尔曼在一次采访中回忆了当时的情况。他说:“我吐了好几次,没有人喜欢这样,但呕吐也并不是什么大不了的事。”

在太空中,重力非常弱,甚至根本感觉不到,所以区别上下毫无意义。宇航员经常失去方向感,他们也会因此感到恶心。

太空病并不是离开地球导致的唯一不适。2015年,美国航空航天局的一份报告列举了30个可能导致宇航员生病和无法工作的因素,并且指出,类似的因素可能还有。在访问火星之前,人们很难预测还会发生什么情况。

小心辐射

宇航员杰西卡·梅尔住在得克萨斯州的休斯敦,她为美国航空航天局设计培训太空旅行者应对太空伤害的方案。梅尔说:“我们的目的是确保宇航员安全健康地返回地球。”

一些已知的风险非常棘手。除了太空疾病,还有辐射,它们是高能的亚原子粒子,会穿透宇航员的皮肤,破坏细胞。宇航员的骨骼和肌肉也会变得脆弱,因为他们的身体不再需要对抗重力。血液和其他液体会积聚在身体的上部,包括大脑的周围,带来的一个副作用就是宇航员的听力有可能遭受损伤。

太空旅行还会带来精神问题,损害心理健康。例如,宇航员共用狭小的空间,这会引发很多问题。密歇根州立大学的心理学家史蒂夫·科兹洛夫斯基说:“如果你和周围人的关系不太好,你就会把自己隔离起来。”然而,在长期的太空飞行中,宇航员必须进行合作以完成各种任务。如果不能很好地协同工作,这些任务就难以正确完成或者按时完成。这位心理学家说,这可能使任务流产甚至危及宇航员的生命。

今天的宇航员可以访问国际空间站,它在离地球381千米的轨道上运行。乘飞船到那里只需要不到1天的时间,而且大多数宇航员都不会在那里待1年以上。去月球旅行需要3天至5天,未来针对小行星的航行可能需要数周时间,然而火星任务可能会持续3年。

随着宇航员在太空中待的时间越长,他们的健康风险就会增加,而最危险的就是众所周知的辐射。

地球上的生命之所以免受太空辐射的伤害,是因为受到了一个巨大而又很不对称的泡状物的保护。这个泡状物被称为磁层,它围绕着地球,像一个遮蔽物那样偏转了大部分从太阳流向地球的高能粒子。

太空中的宇宙射线有些还来自银河,这些强大的能量爆发产生于更远的深空,科学家仍在寻找这种辐射的源头。和太阳辐射一样,银河宇宙射线也会对人体内外造成伤害,它们也同样被地球的磁层所偏转。

然而,火星之旅会远远超出磁层保护的范围,从而使宇航员暴露在辐射之中。

磁层中有两个“范艾伦带”。美国航空航天局兰利研究中心的工程师丽莎·卡内尔说:“一旦你穿过了环绕地球的范艾伦带,你就没有更多的保护了。”

想出什么办法了吗?

卡内尔研究深空辐射,研究在太空中罹患辐射疾病的风险。她在实验室里模拟深空,包括向一些目标,例如普通物体和人体组织样本发射高能激光。与失重状态下的常规太空疾病不同,辐射可以导致恶心、呕吐和器官损伤;也可能损害心血管系统,包括心脏和肺;还可以破坏中枢神经系统,包括大脑和脊髓,从而削弱宇航员清晰的思考能力。

银河宇宙射线可以产生大小不同的粒子。卡内尔把它们比喻成隐形的子弹,发射它们的“枪”隐藏在深空中。她说:“枪有不同的类型,它们带来的伤害也不同。”

宇宙射线中的小粒子是原子的一部分,最简单的可能是孤立的质子或电子,较大的可能包括锂、碳或铁原子的核。卡内尔把这类粒子比作步枪子弹。

她说,实验室的研究显示,这种粒子束会使老鼠患上癌症。但目前,科学家还没有发现宇航员癌症发病率上升的证据。就目前的情况看,宇航员在太空停留的时间并不长。虽然有人在国际空间站待了几个月,但他们仍然受到磁层的保护。

火星远远超出了可以得到保护的范围。“好奇”号探测器收集到的数据显示,火星表面的空间辐射水平很高,这表明去火星的宇航员将面临很高的罹患癌症的风险。

太空任务必须避免宇航员受到辐射的侵害。工程师正在寻找多种方法来实现这一目标,每一种方法都有利有弊。例如,使用厚实的材料建造太空船和太空服可以有效保护宇航员,但这样一来,太空船就可能很沉,发射的费用很高,太空服也很笨重。

另一种解决方案是设计和使用能偏转更多辐射的新材料,但开发这种材料需要时间和金钱,而前往火星,人们似乎越来越迫不及待了。美国航空航天局计划在未来15年内把人送上火星,SpaceX则希望在2020年之前让人们前往火星(2018年年初,他们发射了世界上最重的火箭——“猎鹰重型”,其载荷是一辆跑车)。第三种解决方案是开发一种药物,可以在宇航员的身体内阻止辐射的伤害。但目前,这种药物还不存在。

而且,即使有了药物,也有其他理由来拒绝使用它。在太空中,宇航员的尿液需要循环成饮用水。科学家必须保证它们每次经过身体时,任何针对辐射的治疗都是安全的。卡内尔说:“我不认为我们会完全消除风险,我们的最终目标是尽可能地降低风险。”

除了辐射外,宇航员还面临着其他健康风险,包括骨质和肌肉的流失。梅尔说,国际空间站上有可以减少这种流失的设备,它叫“先进抗力锻炼设备”(Advanced Resistive Exercise Device),简称ARED。这是一种先进的产生抗力的运动装置,它用真空管提供抵抗力来用于健身。使用这种设备的宇航员会感觉到重力的存在,就像在地面的健身房中一样。

国际空间站上的宇航员每天要花2小时使用ARED,以起到减少肌肉或骨骼流失的作用。梅尔说:“这是我们已经解决的重要问题之一。”

国际空间站有足够的空间容纳ARED。但第一个前往火星的宇宙飞船不会有那么大的空间,所以工程师正在为这种飞行器开发更小的运动设备。梅尔说,对在太空中生活的人来说,锻炼始终是至关重要的。

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