Under det kommande decenniet, till 2033, avser NASA och Kina att skicka astronauter till Mars för första gången i historien. Detta innebär en mängd utmaningar, från logistiska och tekniska frågor till att se till att astronauter kan hantera avfall och har tillräckligt med mat och vatten för en flermånaders flygning till Mars och tillbaka.
Men, naturligtvis, hälsan och säkerheten för astronauter som kommer att tillbringa månader i rymden kommer att utsättas för kosmisk strålning och mikrogravitation. Det finns till och med farhågor för att astronauter efter flera månader i mikrogravitationsförhållanden kommer att ha problem med att anpassa sig till Mars gravitation.
För att avgöra om dessa farhågor är berättigade, utvecklade ett team av rymdmedicinexperter från Australian National University (ANU) en matematisk modell för att förutsäga om astronauter säkert skulle kunna resa till Mars och utföra sina uppgifter vid ankomsten till den röda planeten.
Forskargruppen leddes av Dr Lex Van Loon, en forskare vid ANU College of Health and Medicine (CHM). Som han och hans kollegor noterar i sin studie är de potentiella farorna för uppdrag till Mars många, men det största hotet kan vara den tid astronauter kommer att spendera i mikrogravitation. I kombination med den destruktiva strålningen från solen och kosmiska källor kommer denna upplevelse att orsaka grundläggande förändringar i deras kroppar.
Baserat på omfattande forskning utförd ombord på den internationella rymdstationen (ISS), är mikrogravitation känd för att orsaka förlust av muskel- och bentäthet och påverka organfunktion, syn och hjärt- och lungsystemet – hjärtat och dess förmåga att pumpa blod genom artärsystemet och vener kroppen
Som Wang Loong beskrev är deras forskning viktig inte bara på grund av de föreslagna uppdragen till Mars, utan också för den växande kommersiella rymdsektorn: "Vi vet att en resa till Mars kommer att ta sex till sju månader, och det kan förändra strukturen för dina blodkärl eller ditt hjärtas styrka på grund av den viktlöshet som uppstår till följd av rymdresor. Med tillkomsten av kommersiella rymdfartsbyråer som Space X och Blue Origin har rika men inte nödvändigtvis friska människor fler möjligheter att flyga ut i rymden, så vi vill använda matematiska modeller för att förutsäga om en person är lämplig att flyga till Mars”.
Medförfattaren Dr. Emma Tucker, en astrofysiker och akutmedicinsk registrator, tillade att långvarig tyngdlöshet kan göra att hjärtat blir trögt eftersom det inte behöver arbeta lika hårt för att övervinna tyngdkraften och pumpa blod genom hela kroppen: "När du när du är på jorden, tyngdkraften drar vätska mot den nedre halvan av din kropp, så vissa människors fötter börjar svälla i slutet av dagen. Men när du går ut i rymden är den gravitationskraften borta, vilket innebär att vätska flyttas till den övre halvan av din kropp, och det utlöser ett svar som lurar kroppen att tro att det finns för mycket vätska.
Som ett resultat börjar du gå på toaletten mycket, bli av med överflödig vätska, känner dig inte törstig och dricker mindre, och därför blir du uttorkad i rymden."
Det är därför, sa Tucker, astronauter som återvänder från ISS svimmar när de kommer in på jorden igen eller behöver transporteras i rullstol. Ju längre de stannar i rymden, desto mer sannolikt är det att de kollapsar när de återvänder till jorden, och desto svårare blir processen att anpassa sig till jordens gravitation.
När det kommer till Mars-bundna uppdrag, tillkommer komplikationen av kommunikationsförseningar mellan Jorden och Mars. Beroende på positionerna för solen, jorden och Mars kan dessa förseningar vara upp till 20 minuter, vilket innebär att astronauter måste kunna utföra sina uppgifter utan omedelbar hjälp från uppdragsledare eller stödbesättningar (inklusive akutsjukvård).
Som Wang Loon förklarade: "Om en astronaut förlorar medvetandet första gången de lämnar rymdfarkosten, kommer det inte att finnas någon på Mars som kan hjälpa dem. Det är därför vi måste vara helt säkra på att astronauten är redo för flygning och kan anpassa sig till gravitationsfältet på Mars. De måste kunna arbeta effektivt och effektivt med minimalt stöd under de avgörande första minuterna.”
Deras modell är baserad på en maskininlärningsalgoritm, som i sin tur är baserad på astronautdata som samlats in under tidigare expeditioner ombord på ISS och Apollo-uppdragen, för att modellera riskerna i samband med en resa till Mars.
Tester har visat att det kan efterlikna viktiga hemodynamiska förändringar i det kardiovaskulära systemet efter långvarig rymdfärd och under förhållanden med olika gravitations- och vätskebelastningar. Och resultaten är uppmuntrande, eftersom de visar att astronauter kan fungera efter att ha tillbringat månader i mikrogravitation.
Även om den nuvarande modellen är baserad på data från vältränade medelålders astronauter, hoppas forskarna kunna utöka sin kapacitet till att inkludera data från kommersiella rymdfärder.
I slutändan är deras mål att skapa en modell som kan simulera effekterna av långvariga rymdresor på relativt sjuka människor med redan existerande hjärtsjukdomar eller helt enkelt otränade civila. De hoppas att den här modellen ska ge en helhetsbild av vad som skulle hända om en "vanlig" person gick ut i rymden.
Och vem vet? Det kan vara möjligt att modellera effekterna av långtidseffekter av mikrogravitation på utvecklingen av barn och foster. Denna forskning är avgörande om vi någonsin vill skicka människor till månen, Mars och andra platser för att en dag bo där.
Du kan hjälpa Ukraina att kämpa mot de ryska inkräktarna, det bästa sättet att göra detta är att donera pengar till Ukrainas väpnade styrkor genom Rädda liv eller via den officiella sidan NBU.
Också intressant: