В ближайшие пятнадцать лет NASA, Китайские космические агентства и SpaceX предпринимут новый шаг в исследовании космоса — отправку первых космических миссий на Марс с экипажем. Однако этот план сталкивается с множеством вызовов, в том числе с расстоянием, которое отделяет нас от «Красной планеты». Даже во время противостояния, когда Марс и Земля наиболее приближены друг к другу, расстояние составляет около 55 миллионов километров. В результате использования обычных тяговых систем, какими являются химические ракеты, путешествие на Марс может занять от шести до девяти месяцев, что приводит к тому, что время миссии, включая операции на поверхности планеты, составляет около трёх лет.
Астронавт в гибернации в изображении нейросети
Такое продолжительное время пребывания в условиях микрогравитации представляет ряд проблем для человеческого организма, включая воздействие солнечного и космического излучений. Для решения этого вопроса НАСА уже сейчас изучает возможности сокращения времени перехода и разработки технологий гибернации, позволяющих экипажу проспать большую часть путешествия. Программа NIAC НАСА представила проект Studying Torpor in Animals for Space-health in Humans (STASH), который является методом гибернации, разработанным специалистами из калифорнийской биотехнологической фирмы Fauna Bio Inc.
Существуют области биотехнологии, которые изучают особенности млекопитающих с целью разработки новых лекарств для человеческого здоровья. Одним из таких направлений является изучение фенотипов зимующих млекопитающих и их применение в области космического исследования, чтобы смягчить риски для здоровья экипажа. Продолжительное пребывание в космосе представляет особые проблемы и исследования на МКС, включая исследование близнецов NASA, позволяют оценить влияние микрогравитации на организм человека. Среди последствий: атрофия мышц, ослабление костной ткани, отрицательное воздействие на органы, зрение, сердечно-сосудистую систему и нервную систему. Кроме того, снабжение космических экспедиций займёт несколько месяцев.
Решением этих проблем может стать использование гибернации для экипажей во время космических путешествий. Такой подход сможет гарантировать, что к моменту прибытия на Марс экипаж будет находиться в здоровом состоянии и готов к проведению миссии на поверхности планеты. Проект STASH, разрабатываемый совместно с BioServe Space Technologies университета Колорадо Боулдер, представляет собой лабораторию по гибернации, которая будет использоваться на МКС. Эксперимент включает две камеры, где будут находиться грызуны, а температура окружающей среды будет снижена до 4 °C для индукции гибернации.
Система также будет оснащена приборами, которые в режиме реального времени измеряют обмен веществ у животных, контролируя их потребление кислорода, температуру тела и сердечный ритм. Одной из краткосрочных целей проекта STASH является изучение научных аспектов гибернации в условиях микрогравитации, включая оценку его способности защищать от потери мышечной и костной массы.
Среднесрочные задачи включают тестирование биоактивных молекул, которые могут помочь экипажу космических миссий сохранять здоровье в длительных путешествиях.
В перспективе система гибернации может стать ключевым инструментом для будущих космических миссий с экипажем. Система будет оснащена передовыми приборами, способными мониторить обмен веществ, потребление кислорода, температуру тела и сердечный ритм животных в режиме реального времени. Её разработчики, исследователи в области гибернации, ставят перед собой несколько целей.
Изначально, это исследование научных основ гибернации в условиях микрогравитации для того, чтобы определить, насколько эффективно оно защищает организм от потери костной и мышечной массы. Более длительной перспективой является проверка биоактивных молекул, способных имитировать генетические проявления гибернации, и оценка методов вызова искусственного гибернации. В конечном счёте, команда учёных планирует разработать технологию гибернации, которая может быть применена в глубоком космосе.
Как отмечают лидер проекта Харьков Спренгер и его коллеги, понимание гибернации и его потенциала для космических полётов является неполным. В настоящее время не существует инфраструктуры, способной провести исследования гибернации в космической среде, а гибернация в условиях микрогравитации пока что не была детально исследована. Проект STASH станет первым шагом на этом пути, который позволит заложить основу для будущих исследований и разработки систем гибернации для долгих космических миссий.
Получив финансирование для разработки первой фазы проекта, команда учёных готовится к преодолению первых препятствий. Как отмечают участники проекта, исследования, проводимые с помощью системы гибернации STASH, станут важным первым шагом к получению фундаментальных знаний о потенциале гибернации для защиты здоровья астронавтов в космосе. Эти знания будут полезны для разработки лекарственных препаратов и будущей инфраструктуры, способной обеспечивать поддержку астронавтов, способных к гибернации в долгосрочных межпланетных миссиях.