Wie Menschen Mars erobern werden und darüber hinaus

Fernverkehr Raumfahrt stellt besondere Herausforderungen an Wissenschaft und den menschlichen Körper – aber Kevin Fong, der das diesjährige Royal Institution Weihnachten Vorträge zu diesem Thema gibt, sagt, dass solche Hindernisse überwunden werden

In diesem Jahr der Royal Institution Weihnachten Vorlesungen betrachten die Herausforderung der bemannten Raumfahrt und was es braucht, um Menschen in die letzte Grenze auf Entdeckungsreisen zu schleudern.

Als Arzt arbeitete ich mehr als ein Jahrzehnt hin und her Reisen zwischen dem Vereinigten Königreich und der Nasa Johnson Space Center in Houston, als visiting Researcher auf Projekte von der Wirkung der Raum-Umwelt zur Frage des Alterns Physiologie, künstliche Schwerkraft Systeme. Zur gleichen Zeit war ich meinem junior medizinische Ausbildung in Anästhesie und Intensivmedizin Abschluss. Es war seltsam, versucht, diese zwei Leben miteinander verbinden. Arbeiten auf einer Intensivstation über Nacht, in Richtung zum Flughafen am Ende der Schicht, packte etwas Schlaf im Flugzeug und dann Ankunft am nächsten Tag in einem Konferenzraum in Houston, wo Menschen saßen herum reden, wie man Menschen sicher zum Mars zu schicken.

Aber was die beiden miteinander verbunden, war die Herausforderung des Lebens an den extremen. Im Krankenhaus suchte ich bei extremen Leben, in denen durch Krankheiten und Verletzungen in Frage gestellt. Bei der Nasa betrachtete ich die Gefahr für die menschliche Physiologie von den extremen der physischen Welt und Universum.

Wenn wir von extremen Umgebungen sprechen, bekommen wir eine ungefähre Vorstellung von ihrer strenge durch gemessen, wie lange sie Menschenleben unterstützen werden ungeschützt und nicht unterstützt. Von dieser Maßnahme ist die ultimative Extreme: eindeutig gegen menschliche Physiologie, es bietet keine Unterstützung für das menschliche Leben überhaupt. Die ungeschützte Raumfahrer würde nur für ein paar Sekunden in dieser Umgebung überleben.

Man könnte sich vorstellen, dass gäbe es viele für einen Arzt zu tun –, wenn es darum geht, menschliche Erforschung des Weltraums, Menschen, die verstehen und manipulieren können menschliche Physiologie an der Spitze dieser Bemühungen wären. Aber Ärzte spielen eine schlechte zweite Geige, was mit überwältigender Mehrheit eine Kultur der Technik – und mit gutem Grund.

Raumfahrt ist entwaffnend einfachen physikalischen Prinzip. So einfach in der Tat, dass Newton begonnen hatte, die Dynamik zu verstehen, die es vor fast 400 Jahren untermauern. Um die Erde verlassen und eine Umkreisung eingeben, müssen Sie zuerst ein Objekt auf der ganzen Welt so schwer zu werfen, dass seine Flugbahn der Erde Horizont hinausgeht – so hart, dass es sein kann, gemacht, so fallen, dass sie nie wieder den Boden findet.

Und so auf ein Objekt in eine Umlaufbahn um die Erde legen musst du es eine enorme Menge an Energie zur Verfügung zu stellen. In breiten Begriffe je schneller Sie fahren je größer den Radius der Umlaufbahn Sie erreichen; um ein Fahrzeug, breit genug, um es an die Erde und die oberen Schichten der Atmosphäre, um Sie platzieren auf der gleichen Höhe wie die internationale Raumstation ISS etwa 250 Meilen vor uns, vermissen eine Umlaufbahn zu erreichen müssen Sie mit rund 17 500 km/h fahren.

Das erfordert ein Fahrzeug angetrieben durch Motoren und Kraftstofftanks mit einer explosiven Kapazität von einer kleinen Atombombe. Diese Reise, von der Oberfläche der Erde in erdnahen Orbit – an Bord der Sojus-Raumschiff – dauert etwas mehr als acht Minuten. Und der Grund, dass die Kultur bei Nasa und Raumfahrt-Agenturen auf der ganzen Welt in den Anforderungen der Technik eher als diejenigen der menschlichen Biologie so tief verwurzelt ist deshalb, weil die moderne Medizin in dieser kurzen, aber heftigen Periode gibt es fast nichts in der Art von Schutz anbieten kann. Während des Starts umkommt entweder der Maschinenfabrik und alle, die Leben, oder es nicht und jeden.

Die Erhaltung des menschlichen Lebens in der gesamten Start richtet sich nicht auf medizinische Verfahren, sondern auf konzentrischen Schichten von künstlichen Schutz, die Ingenieure entwerfen und bauen und wickeln die Astronauten-Crews in.

Die Raketentriebwerke muss perfekt, Feuer liefert nur den richtige Schub gerade zum richtigen Zeitpunkt, in genau den richtigen Weg gelenkt. Die enorme Kraft dieser Antrieb darf nicht durfte, schütteln Sie das Fahrzeug, seine Systeme oder seine zerbrechliche Ladung der Passagiere auseinander. Es ist die Aufgabe des engineering-Teams um sicherzustellen, dass der Launcher und das Fahrzeug angesichts der Kräfte führen, die versuchen sollen, sie zu zerstören.

Und auf diesem Turm von Kerosin und Sauerstoff ist eine kleine Kapsel mit dem Volumen von einer Handvoll von Telefonzellen, und ein paar Tonnen Versorgungsmaterialien und drei Passagiere drängten sich darunter thront. Diese Kapsel ist eine kleine Blase von Leben zu unterstützen, von der Erde aus Kniff und künstlich aufrechterhalten. Innenseite, noch mehr Maschinen bieten eine atembare Atmosphäre mit genügend Druck und Wärme, Leben in der Leere des Raumes zu unterstützen. Wenn Sie den Start überleben, sind Ihre Probleme wirklich gerade erst begonnen.

Internationale Raumstation

Es ist verlockend zu glauben, von der internationalen Raumstation ISS wie ein Hi‑tech- Big Brother -Haus, hoch über der Erde schweben. In mancherlei Hinsicht, das ist wahr: die Lebensbedingungen sind hart mit jedem normalen Standard. Es gibt einige Bequemlichkeiten und kostbare wenig Privatsphäre. Es ist eine Lebensform, die gespickt mit großen sozialen Konfliktpotential. Aber bemerkenswert, ist weitgehend vermieden und in 15 Jahren gab es keine Räumungen.

Aber der ISS ist viel mehr als nur eine Unterkunft Block. Wenn Mannschaften gehen, um dort zu Leben nehmen sie Ihren Wohnsitz in einer Maschine ihr Leben jede Sekunde des Tages hängen. Sie Elektrolyse Wasser zu produzieren Sauerstoff, Molekularsiebe, Abgase aus der Luft zu schrubben, die sie atmen, laufen Heizsysteme von großen Solaranlagen, die 80kW macht deflate können zu beschäftigen. Diese Sonnenenergie treibt auch vier riesige Gyroskope, die stetige und steuern die Station Tumbling außer Kontrolle verhindert.

Die internationale Raumstation ISS ist weit ruhiger: es summt und jammert ständig; Lüfter laufen ständig. Ohne Schwerkraft nicht heiße Luft steigt und kalter Luft nicht sinken. Infolgedessen gibt es keine Konvektion und ohne, dass es ist schwer zu Luft, zu verschieben oder zu mischen. Das wiederum verursacht Probleme, so dass Astronauten anfällig für Kopfschmerzen in schlecht belüfteten Räumen, wo ausgeatmete Kohlendioxid aufbauen können. Daher die konstante Trommel Motoren Buttern Luft. Die Zugluft auf der ISS, wie fast alles andere, die die Besatzungen von, für ein gesundes Leben abhängen sind künstlich. Alle diese Bemühungen um diese Blase des Lebens zu halten unterstützen in einem Außenposten nur 250 Meilen über unseren Köpfen. Die damit verbundenen Herausforderungen sind Legion, und wir haben nicht einmal zu reden, so dass niedrigen Erdumlaufbahn noch gestartet.

Zurück zum Mond

Unerledigte Aufgaben gibt es auf dem Mond. Es ist fast ein halbes Jahrhundert, da das Apollo-Programm ein Dutzend Männer auf seiner Oberfläche gelandet. Und während es eine Fundgrube für wissenschaftliche Entdeckung darstellt, hat niemand wieder da gewesen. Low Earth Orbit ist 250 Meilen entfernt und kann in Minuten erreicht werden. Der Mond ist etwa 250.000 Meilen entfernt, dauert Tage, um zu erhalten und zusätzlich isoliert und die Komplexität der Raketenwissenschaft erforderlich, lässt Besatzungen extrem anfällig für Strahlung. Auf der Erde, die wir von einigen Arten von Strahlung durch die dicke Schneedecke Atmosphäre oben geschützt sind, nimmt die Gammastrahlen, Röntgenstrahlen und ultraviolette Strahlung, der sonst schädlich wäre. Aber es gibt eine weitere Schutzschicht, die auch uns sicher hält: das Erdmagnetfeld.

Die Magnetosphäre filtert eine besonders schädlichen Arten der Strahlung, die in Form von geladenen kommt, hochenergetische Teilchen – Atomkerne als Nebenprodukt der thermonuklearen Reaktionen in Sternen einschließlich unserer eigenen ausgespuckt. Diese Art von Strahlung ist besonders schädlich und während Sonneneruptionen, in ihrer Intensität durch mehrere tausend Mal erhöhen kann. Momentan haben wir wenig wirksamen Schutz vor der Strahlung, die mit den schlimmsten Sonneneruptionen kommt.

Mars und darüber hinaus

In den letzten Jahren fand die Idee, menschliche Besatzungen auf der Oberfläche von etwas anderes als den Mond oder Mars seinen Weg in die Strategiepapiere der internationalen Raumfahrtagenturen. Diese Mission ist weniger Science Fiction als Sie vielleicht denken. Der Europäische Raum Agenecy Rosetta-Mission, die so spektakulär den Lander Philae auf der Oberfläche eines Kometen letztes Jahr gelandet, zeigte uns, dass wir finden konnten, und abfangen ein kleines Ziel rast durch den Weltraum Hunderte von Milliarden von Meilen entfernt. Dies hat Agenturen Vertrauen gegeben, dass ihre Idee eine menschliche Besatzung auf einem Asteroiden zu landen realisierbar sein könnte.

Aber jetzt ist es Mars, die am Rande des möglichen liegt, und überleben die Reise eine in einem anderen Maßstab Herausforderung. Das Problem ist mit Mars Distanz und Zeit. Um auf dem roten Planeten haben Sie Hunderte von Millionen von interplanetaren Meilen durchqueren; mehr als 1.000 Mal die Entfernung Apollo Mannschaften reisten zum Mond. Mit der vorhandenen Technologie dauert es zwischen sechs und neun Monaten, von der Erde zum Mars zu reisen und das gleiche noch einmal auf das Rückspiel.

Das ist eine Menge Zeit ohne Schwerkraft Last auf Ihren Körper. Schwerelosigkeit kann aussehen wie Spaß, aber wie alles andere auch, zu viel davon kann eine schlechte Sache sein. Physiologen zuerst welche Wirkung betrachtet den Weltraum auf den menschlichen Körper haben könnte, bevor jemand in den Raum gewesen, vorhergesagt sie korrekt, dass Muskel- und Knochenmasse verlieren würde. Diese Systeme sind durch die Schwerkraft geformt und als wer jemals so hat viel wie sah ein Fitness-Studio kennt, wenn Sie ihn verlieren Sie es nicht verwenden. Aus diesem Grund müssen Besatzungen an Bord der internationalen Raumstation ISS unterziehen sich ein tägliches Programm mit resistiven Übung versuchen zu verhindern, dass einige dieser Verlust von Knochen und Muskeln.

Schwerelosigkeit verheerende Auswirkungen mit anderen Systemen. Es regt Ihre Sinne des Gleichgewichts und der Koordination, so dass es schwieriger für Crew-Mitglieder, bewegliche Ziele, Illusionen der Bewegung zu verfolgen und für die ersten Tage des Fluges, in der Regel machen sie ziemlich unwohl fühlen. Mit Ausnahme der Übelkeit tendenziell all diese Probleme noch schlimmer je länger verbringen Sie schwerelos.

Vor kurzem sind neue – und potenziell mehr beunruhigend – Probleme aufgetreten. Aus Gründen, die noch nicht ganz klar sind der Druck im Gehirn einige Astronauten erscheint als Folge der Raumfahrt zu steigen, und dies zu Veränderungen in ihren Augen, die manchmal viele Jahre nach ihrer Rückkehr auf die Erde bestehen verbunden worden. Dieses Phänomen wurde nur bemerkt nach langer Dauer Missionen, die highlights der Nachricht: verbringe eine Menge Zeit im Raum ist nicht so toll für Ihre Gesundheit.

Aber Zeit schafft auch Probleme für Lebenserhaltungssysteme. Wenn Sie sich vorstellen, die Menge an Nahrung, Wasser, Sauerstoff und Energie verbrauchen eine einzelne Person kann in einer Mission soll bis zu drei Jahren (wenn Sie die Oberfläche Aufenthalt enthalten), verlangt, dass eine beträchtliche Speisekammer. Nun multiplizieren Sie diese mit einer Besatzung von vier oder sechs und es sieht aus wie benötigen Sie ein unglaublich riesigen Raumschiff nur um Sie gefüttert und getränkt.

Und das unmöglich geworden, es sei denn, Sie in der Lage sind zu recyceln und wiederverwenden, alles, was Sie können. Bereits an Bord der Raumstation recyceln Astronauten die meisten ihre Abwässer, einschließlich ihren Urin. Sie schrubben Kohlendioxid aus der Atemluft und den restlichen Sauerstoff rebreathe. Sie sind möglicherweise noch, weiter durch den Anbau von Kulturpflanzen hydroponisch, als eine Quelle der Nahrung und einem Mechanismus Kohlendioxid zu beseitigen und die Sauerstoffzufuhr zu erneuern. Wählt man die richtigen Pflanzen können Sie auch den Stickstoff in menschlichen Abfall recyceln. Das ist natürlich eine wissenschaftliche Art zu sagen, dass vielleicht Sie können Ihre eigenen Poo, um Ihre lebenserhaltende Pflanzen zu befruchten.

Ein System so anspruchsvoll wie das ist extrem schwierig zu montieren, zu verwalten und zu pflegen, und es wird voraussichtlich eine Weile dauern, bis wir Gewächshäuser durch Weltraum fliegen sehen. Jetzt lebenslang Inhalt Supporttechniker sich mit der Suche nach Möglichkeiten, mehr und mehr zu recyceln, Ressourcen, die sie können, und damit Verringerung der Menge an Nutzlast, die Besatzungen müssen beiseite für die Dinge, die sie lebendig zu halten.

Gibt es eine einfache Lektion daraus: Raum ist schwer. Alle Bemühungen der Grenze sind. Aber es gibt viel zu feiern. Seit Beginn des 21. Jahrhunderts gab es eine ständige Präsenz des Menschen im Raum. Was als Surrogat Schlachtfeld für Atomkrieg ist eine multinationale Programm aus Wissenschaft, Erkundung und Zusammenarbeit geworden. Dies ist nicht der Ort, um in eine Diskussion, warum wir überhaupt Raum erkunden sollte. Es gibt viele Vorteile, die aus menschlichen Raumfahrt stammen aber eines ist wichtiger als alles andere. Menschliche Raumfahrt inspiriert Kinder zu studieren und Karriere in Wissenschaft, Technik und Ingenieurwesen. Es tut dies, indem er ihnen zeigt, dass innerhalb der Grenzen der menschlichen Phantasie alles möglich sein könnte. Ich weiß, dass dies weil es mich inspiriert und in der gesamten meines Lebens weiterhin hat meine Faszination ausüben.

Es ist eine enorme Ehre, der Royal Institution Weihnachten Vorträge zu halten. Und ja, die Quintessenz ist, dass Raum schwer. Aber die eigentliche Lehre für das diesjährige Publikum ist, dass dies mein Abenteuer und es kann dein zu sein.

Gewusst wie: im Weltraum überleben erscheint auf BBC4 in drei Teilen am 28, 29 und 30 Dezember um 20:00 auf informieren die Website der Royal Institution und nehmen Sie das Gespräch auf Twitter und Instagram durch folgende oder auf der Suche nach #xmaslectures