Hjælp er langt væk:Udfordringerne ved at sende mennesker til Mars

Den 20. juli 1969, Apollo 11-astronaut Buzz Aldrin steg ud af en månelander på månens overflade. Landskabet foran ham, som bestod af skarpe sorte og grå, lignede, hvad han senere kaldte "storslået øde."

Når det kommer til øde, imidlertid, månen har måske intet på Mars.

Den røde planet kredser om solen i en gennemsnitlig afstand på omkring 140 millioner miles fra Jorden. Når folk til sidst besøger denne verden – hvad enten det er om 20 år eller 50 – kan de stå over for en rejse, der varer 1, 000 dage eller længere. Hele Apollo 11-missionen, i modsætning, varede kun lidt over otte dage. Hvis fremtidige Mars-astronauter bliver ensomme, eller hvis noget mere alvorligt går galt, hjælpen er langt væk.

For forskere, der studerer, hvordan menneskelige kroppe og sind reagerer på rumfartens belastninger, scenariet udgør en masse ubekendte.

"Vi har aldrig sat nogen i rummet så længe, " sagde Allie Anderson, en adjunkt i Ann og H.J. Smead Department of Aerospace Engineering Sciences. "Der vil være en masse udfordringer, vi ikke kan forudsige, fordi den menneskelige krop ikke altid opfører sig, som vi forudsiger, når vi lever i rummet."

Disse udfordringer er i søgelyset igen, efter at NASA med succes landede sin seneste ikke-menneskelige astronaut, en rover ved navn Perseverance, på overfladen af ​​Mars 18. februar. De er også brød og smør for forskere, der studerer bioastronautik, eller studiet og støtten af ​​liv i rummet, på CU Boulder.

Andersen, for eksempel, udforsker højteknologisk tøj, der kan overvåge astronauters helbred, mens de bor og arbejder på Mars. Hendes forskning, tilføjede hun, har udviklet sig meget, efterhånden som mennesker over hele kloden føler sig mere og mere isolerede i deres eget liv. Et andet hold ledet af ingeniør David Klaus studerer, hvordan rumhabitater, der anvender "smarte systemer, "såsom intelligente robotter, måske en dag hjælpe mennesker til at overleve på overfladen af ​​en fremmed verden.

Det er et forskningsfokus, der kommer med nul plads til fejl, sagde Klaus, en professor i rumfartsingeniørvidenskab ved CU Boulder.

"I dag, hvis noget går i stykker på den internationale rumstation, astronauter kan altid komme ind i en kapsel og komme hjem, " sagde han. "Når du begynder at komme ud mod Mars, du er meget langt væk. Du kan ikke stole på jordkontrol."

Rummets stilhed

Anderson bemærkede, at rummet kan være et farligt miljø, men også et, der bringer en følelse af ro. Det er noget hun selv skal opleve, om ikke andet for et par sekunder i 2015. Ingeniøren, som dengang var en postdoc-forsker, der studerede, hvordan miljøer med lav tyngdekraft kan påvirke menneskets syn, haft muligheden for at køre på en af ​​NASAs berømte parabolflyvninger – store fly, der flyver højt op i luften og styrter hurtigt for at få passagererne til at føle, at de er vægtløse.

I en nylig video, Anderson beskrev et øjeblik, hun havde for sig selv i slutningen af ​​flyveturen:"Jeg skubber forsigtigt afsted, og i det 20 sekunders vindue, Jeg kommer til at bare svæve og opleve roen og stilheden i rummet."

For ingeniøren, der refererer til sig selv som en "lille af en Marsmand" på grund af hendes passion for den planet, følelsen var kortvarig. For Mars-astronauter, at stilheden vil være en hverdagsrealitet. Selv at kommunikere med venner og familie derhjemme vil være en prøvelse. Hvis du taler i en mikrofon på Mars, det kan tage alt fra omkring fem til 20 minutter for nogen på jorden at høre dit opkald. Mental sundhed interventioner som psykoterapi vil være næsten umulige.

"Astronauter vil ikke være i stand til at holde ferie fra det miljø, " sagde Anderson.

Så hun og hendes kolleger, blandt andre forskningsprojekter, forsøger at arbejde inden for denne usikkerhed. De designer værktøjer og strategier, der en dag kan give sundhedspersonale på Jorden mulighed for at overvåge og endda behandle Mars-opdagere, når de føler sig stressede.

Katya Arquilla, en kandidatstuderende, der arbejder med Anderson, ser mange paralleller til udfordringerne ved at levere mentale sundhedsressourcer på Jorden.

"Et stort problem er at komme over stigmatiseringen af ​​mental sundhed, " sagde hun. "Det er et problem, vi ser her på Jorden hele tiden - at få folk til at indse, at de kan have en psykisk sygdom og til at søge hjælp."

I et projekt, Arquilla og Anderson har udtænkt nye måder at indsamle elektrokardiogram (EKG) data på menneskelige patienter. Disse hjertesignaler, som ofte bruges til at diagnosticere hjerteanfald og lignende helbredsproblemer, kan give medicinsk personale et indblik i, hvordan mennesker håndterer stress. Normalt, læger er afhængige af påtrængende og ubehagelige klæbende elektroder til at tage EKG-data. Arquilla, i modsætning, udviklet og testet nye slags vævede elektroder, der kan inkorporeres i stoffet af en normal, tætsiddende T-shirt.

Arquilla sagde, at hendes tanker om projektet har ændret sig under COVID-19-pandemien. I dag, millioner af amerikanere – ikke kun højtuddannede astronauter – gennemgår den form for ensomhed og isolation, som kan vente fremtidige Mars-opdagere. Hun håber, at hendes forskning kan gøre deres liv bedre, også.

"Jeg tror, ​​at samtalen om mental sundhed her i USA endelig skifter i en sund retning, sagde hun. Forhåbentlig, disse typer teknologier kan integreres i pleje på Jorden, såvel."

Habitater som økosystemer

Når mennesker fra Jorden endelig når til Mars, de får brug for et sted at sove - og disse fremtidige opholdsrum skal være meget mere end blot hjem, sagde Patrick Pischulti, en kandidatstuderende, der arbejder på Klaus' hold.

"For astronauter, rummets habitat er deres økosystem, " sagde han. "Det giver ilt. Det giver vand. Det beskytter dem mod farerne ved rummiljøet."

Klaus, Pischulti og deres kolleger fokuserer på, hvordan NASA og andre rumorganisationer kan holde disse sarte økosystemer "i live", selv når mennesker ikke er ombord. Med andre ord, hvordan kan et rumhabitat fortsætte med at fungere, når der ikke er nogen astronauter i nærheden til at udføre rutinemæssig vedligeholdelse? Forskningen er en del af et NASA-finansieret initiativ kaldet Habitats Optimized for Missions of Exploration (HOME) Space Technology Research Institute, som ledes af University of California, Davis.

Det er vigtigt for Mars-udforskningen, hvor levesteder kan stå tomme i flere måneder mellem bemandede missioner, sagde Klaus.

"Med undtagelse af nogle få korte varigheder mellem Skylab-missioner i 1970'erne og under den tidlige byggefase af internationale rumstationer, der har aldrig været en mulighed eller et behov i NASAs missioner for at have et menneskeligt rumfartøj uden mennesker ombord, " han sagde.

Nøglen til at udvikle den slags selvforsynende hjem kan ligge i "smarte systemer". Det er en samlebetegnelse for intelligente maskiner, fra støvsugerrobotter til flydende netværk af branddetektorer, der kan arbejde sammen med menneskelige brugere. NASA, for eksempel, har allerede sendt tre robotter tilsammen kendt som Astrobee til den internationale rumstation. Rumagenturet tester, om disse flyver, kubeformede maskiner vil være i stand til at hjælpe astronauter med at fuldføre deres daglige gøremål, såsom at flytte genstande rundt på stationen.

På jorden, der er ingen mangel på den slags værktøjer, sagde Annika Rollock, en kandidatstuderende, der arbejder på HOME-projektet. Hun og hendes kolleger, imidlertid, søger at forstå bedre, hvilke der kan være afgørende for at holde astronauter sunde og sikre - og hvilke der måske kun er i vejen, eller, værre endnu, sætte menneskeliv i fare.

"Vi må sige, "Denne AC-enhed eller branddetektor fungerer godt i en lejlighedsbygning, men det virker ikke i rummet, ellers vil det ikke være værd at sende det ud i rummet, " sagde Rollock.

For nu, at arbejde inden for bioastronautik kan kræve meget tålmodighed - det kan tage årtier, hvis ikke længere, før vi ser en jordbeboer sætte foden på Mars. Men Anderson er håbefuld, i det mindste, at hun vil se sit hårde arbejde komme til den røde planet en dag.

"Jeg håber at se nogen stå på overfladen af ​​Mars, før jeg dør, sagde hun. Selvom jeg tror, ​​jeg bliver en gammel kone, når det sker.