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“冬眠”技術或顛覆未來太空旅行

2019-11-25 09:30| 評論: 0|原作者: 胡定坤|來自: 科技日報

摘要:   在科幻電影《流浪地球》中,領航員空間站中的宇航員們可以在危機時刻休眠。其實,這并非只是一個幻想,而是全球宇航員的真實愿望,從登上飛船就倒頭大睡,一覺醒來已到達目的地,太空旅行就像乘坐高鐵軟臥那樣“ ...

  在科幻電影《流浪地球》中,領航員空間站中的宇航員們可以在危機時刻休眠。其實,這并非只是一個幻想,而是全球宇航員的真實愿望,從登上飛船就倒頭大睡,一覺醒來已到達目的地,太空旅行就像乘坐高鐵軟臥那樣“夕發朝至”,豈不美哉!

  但是,怎樣才能使宇航員在健康狀態下長期熟睡?如果人類能像熊一樣冬眠幾個月,這一問題就迎刃而解了。事實上,美國國家航空航天局(NASA)、歐洲航天局(ESA)都在研究控制宇航員“冬眠”的載人深空探測技術。

  日前,ESA就提出了一個從地球一路“睡到”火星的載人探測概念。那么,宇航員冬眠究竟有什么好處?又面臨哪些困難呢?

  冬眠技術有助于破解深空探測難題

  眾所周知,深空探測飛行距離遠,時間動輒數月甚至以年計,宇航員面臨長期宇宙輻射、肌肉流失、旅途寂寞等身心健康問題,而飛行中的食品、飲水、氧氣等大量的物資消耗也將顯著增加任務成本。這些都是限制人類將足跡邁向深空的未解難題。

  近年來,科學家們發現,與其研究更先進的火箭和飛船,不如通過讓宇航員冬眠,使上述難題“消于無形”。

  首先需要澄清的是,冬眠不是冷凍,只是通過適當降低體溫,使宇航員的新陳代謝變得“遲鈍”,這帶來的第一個好處就是物資消耗減少。同時,冬眠的宇航員不需要太大的活動空間,整個航天器的體積和質量可以大幅度減小,輻射防護的技術難度顯著降低,節約整個任務的能源消耗、成本投入。更重要的是,冬眠能夠消除宇航員執行任務中的緊張感和孤獨感,而且冬眠的宇航員幾乎不會出現肌肉流失。

  將冬眠技術用于載人探測火星任務

  歐洲航天局(ESA)認為“可控的冬眠是載人太空飛行中一種改變游戲規則的技術”,并且成立了專門從事相關研究的“專題小組”,希望使其成為現實。日前,專題小組研究了將冬眠技術用于載人探測火星任務的可行方案,設計了初步的航天器冬眠居住模塊草圖。研究發現,通過宇航員冬眠,航天器的質量可以減少三分之一。

  根據ESA提出的方案,和有冬眠習性的動物類似,宇航員在進入冬眠前要先“增脂”以儲存能量。之后通過服用一種特殊藥物進入“麻木”的冬眠狀態,隨之艙室的亮度變暗、溫度大幅度降低以將宇航員身體“冷卻”。一般情況下,從地球到火星需要飛行180天左右,宇航員需要提前蘇醒,度過至少21天的休養期。

  根據ESA公布的草圖,整個冬眠居住模塊為圓柱形,直徑僅有5.9米,高度僅為5.33米,擁有生命保障、居住、儲藏、工作等9個系統隔間,能夠滿足6名宇航員需求。如果不使用冬眠技術,整個居住模塊的直徑和高度要達到8—9米,體積達到前者的3倍。

  宇航員冬眠面臨多重技術難題

  ESA希望能在未來20年實現載人冬眠火星探測。愿景雖好,但攔在路上的重重技術障礙卻不可小覷。

  宇航員冬眠一個月、半年甚至一年后在太空中的某個地方醒來,肯定會感到陌生、震驚和恐懼,心理影響需要消除。

  更關鍵的是,怎樣保證冬眠技術的安全性?既要絕對保證宇航員準時醒來,又要防止冬眠對宇航員身體造成嚴重損傷。熊在冬眠時能夠回收尿液和蛋白質,有的動物具備恒溫喚醒功能,可以根據周圍環境溫度和心率周期來中斷他們的冬眠狀態。人類并沒有自然冬眠習性,如何解決這些問題還不得而知。

  同時,假如所有宇航員都將在很長一段時間內喪失行動能力,整個任務只能依靠航天器自主運行。在宇航員蘇醒前,航天器要保障自身絕對安全,這需要人工智能等新興技術的深度嵌入,解決航天器自主故障檢測、隔離、恢復等難題。

(責任編輯: 王皇珍)

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