Introducere în Fiziologia spatiului cosmic

  

               După cum putem observa, datorită performanțelor tehnologice pe care omenirea a reușit să le atingă și a numărului ridicat de investitori în domeniul aerospațial, în ziua de astăzi zborurile în spațiul cosmic au devenit o “rutină”. Lansarea de rover-uri pe alte planete nu mai reprezintă o necunoscută, dar provocarea interesantă de care au dat toți experții este adaptarea organismului uman la condițiile fizice particulare ale spațiului extraterestru. Știința care se ocupă cu tot ceea ce înseamnă funcționalitate în organismul uman este fiziologia, astfel adaptările cosmonauților în timpul misiunilor, precauțiile pe care trebuie să le aibă și pericolele iminente pentru corpul lor au fost explicate de o ramură a fiziologiei umane numită fiziologie spațială.  Bineînțeles, pentru înțelegerea la un nivel al avansat al acestui subiect sunt necesare cunoștințe în fizică, matematică și inginerie aerospațială.

               Navetele spațiale navighează în spațiul cosmic la viteze foarte mari. Pentru atingerea lor organismul este supus unor forțe de accelerație. La decolare acționează accelerația liniară simplă, iar la aterizare decelerarea. Dacă naveta își schimbă traiectoria de zbor (prin viraj) acționează forța de accelerație centrifugă.

               În timpul unei călătorii în spațiu o navetă nu poate efectua întoarceri rapide din cauza vitezelor foarte mari. Astfel accelerația centrifugă nu are deseori ocazia să se manifeste (doar în cazul unor rotații anormale, necontrolate ale navetei), deci efectele ei nu merită o discuție amplă în acest caz. În schimb accelerația la decolare și decelerarea la aterizare sunt extrem de mari, ambele fiind considerate în fizică forțe de accelerație liniare. În timpul decolării unitățile de propulsie ale unei navete produc o forță de accelerație cu valoarea 9G. (1G = valoarea accelerației gravitaționale resimțite în mod normal pe Terra) Valoarea de 9G la decolare este imposibil de suportat de organismul uman în poziție de ortostatism (vertical în picioare) așa că scaunul astronauților este înclinat pe spate, aceștia fiind situați perpendicular pe axa de accelerare. În această poziție cosmonauții rezistă cu ușurintă în timpul decolării (care durează câteva minute și care le aplică corpului lor o accelerație de 9 ori mai mare decât cea de pe Pământ!). Fără o accelerație foarte puternică la decolare naveta nu poate părăsi câmpul gravitațional al planetei noastre (nu s-ar putea “desprinde”) și are la dispoziție minimum 3 unități de propulsie pentru a reuși acest lucru. Prin argumentele mai sus menționate organismul uman poate fi “propulsat” în spațiu la accelerații uriașe fără probleme.

               Un alt impediment ce apare este decelerarea. Trebuie redusă viteza navetei pentru o aterizare/aselenizare sigură și evitarea unui impact. Principalul factor este distanța. La fel ca în traficul rutier, cu cât avem o distanță mai mare între autoturisme vom avea mai mult loc pentru o frânare sigură și o dată cu creșterea vitezei va trebui să creștem distanța, aceste lucruri se aplică și în spațiul cosmic. Cu cât naveta are viteze mai mari distanța ce va trebui asigurată pentru decelerare va fi mai mare și timpul de decelerare va crește (pentru ca astronauții să reziste fizic frânării!). Dacă naveta călătorește cu viteza Match 1 (echivalent al vitezei sunetului) vor fi necesari 0,20 km pentru decelerare sigură și suportabilă. În schimb, dacă discutăm despre călătorii interplanetare, navetele de acest gen au viteze de Match 100 și decelerarea necesită aproximativ 16.000 km. Fascinant este că la asemenea viteze, timpi și distanțe corpul uman prin adaptări, calcule și tehnologie poate rezista.

               Până acum “am rezolvat” în linii mari ce înseamnă doar începutul și finalul unei călătorii în spațiu. Provocări de adaptare ale organismului uman există și când naveta este nepropulsată (“plutește în derivă” în spațiu) sau astronautul se află într-un satelit de pe orbita Pământului. În aceste momente omul se află în stare de imponderabilitate, gravitație aproape nulă. Se folosește și termenul de microgravitație: astronautul plutește în nava spațială, starea de nemișcat în somn se asigură prin imobilizare, alimentația se face ceva mai dificil, lichidele nu trebuiesc scăpate în incintă, totul plutește în cabină dacă nu există metode de fixare.

               Pe lângă toate acestea trebuie asigurat în interiorul navetei climatul corespunzător, numit climat artificial. În navetele moderne amestecul gazos din incinta navei imită cât se poate de mult compoziția aerului de pe Terra: o pătrime oxigen, trei pătrimi azot. Azotul de concentrație ușor ridicată față de aerul “de acasă” reduce cu mult riscul de explozii/incendii ce le-ar putea provoca oxigenul. Presiunea amestecului gazos din navetă este de 760 mmHg – presiunea cea mai confortabilă (în condiții de vreme frumoasă) pe Pământ. Astronauții consumă oxigenul respectiv deci trebuiesc asigurate rezerve suficiente pe durata călătoriei. S-a constatat că transportul de rezervoare cu oxigen în navetă nu este rentabil așa că se mizează pe reciclarea oxigenului consumat de echipaj. Sunt propuse metode fizice (electroliza apei cu eliberare de oxigen) sau biologice (transportul de alge cu randament de fotosinteză foarte ridicat: clorofila lor la lumina din cabină convertește dioxidul de carbon expirat de astronauți în oxigen). În prezent nu s-a reușit proiectarea unei metode satisfăcătoare de reciclare a oxigenului într-o navetă spațială. 

               Tulburările fiziologice ce pot apărea într-o călătorie se manifestă doar la o expunere de durată prea mare la imponderabilitate. Aproximativ jumătate din cosmonauți în primele 2-5 zile de călătorie manifestă rău de mișcare, greață, vărsături. Toate acestea sunt cauzate de semnalele atipice recepționate și conduse la creier referitoare la echilibru, lipsesc semnalele gravitaționale. La călătorii îndelungate se produc următoarele efecte: scădere a volumului sangvin, scădere a numărului de eritrocite (globulele roșii), diminuare a forței musculare și a debitului cardiac, demineralizare osoasă (pierdere de calciu). În urma călătoriilor foarte lungi (4-6 luni) se poate atrofia considerabil musculatura cardiacă și scheletică (în ciuda exercițiilor fizice de întreținere pe care astronauții le fac zilnic), se pierde din masa osoasă, scade capacitatea de muncă. Se poate ajunge în unele cazuri până la “intoleranță” la ortostatism: unii astronauți întorși după mult timp pe Pământ pot avea mari dificultăți la statul drept în picioare. Se discută și despre posibile afectări neurologice. După revenirea pe planeta noastră echipajul are nevoie de câteva săptămâni de revenire la condiția cardiovasculară, musculară și osoasă anterioară călătoriei. Nu se pot face predicții despre impactul pe termen lung asupra sănătății oamenilor cauzat de călătoriile spațiale îndelungate! Prelungirea duratei călătoriilor are ca scop atingerea unor ținte mai îndepărtate, explorarea altor planete și se caută mijloace de menținere a sănătății omului în spațiu, cât mai mult timp. O soluție propusă la acest moment este producerea unei gravitații artificiale intermitente în navetă (o oră pe zi).

               Se pare că acest domeniu are un viitor promițător, investitori există. Tehnologiile necesare misiunilor spațiale se perfecționează, navetele sunt din ce în ce mai performante. Impedimentul principal rămâne rezistența organismului uman la călătorii lungi în spațiul cosmic. Toate constantele corpului nostru suferă modificări, anumite limite periculoase ale organismului pot fi atinse, așa că fiziologia spațială colaborează cu ramuri ale tehnicii în vederea atingerii unor scopuri fascinante: explorarea galaxiilor îndepărtate, colonizarea altor planete.

 

 

Bibliografie: Tratat de fiziologie a omului, Guyton & Hall, ed. Callisto

Imagini: ©️Cristian-Tiberiu Moisuc

                www.businessmagazin.ro

                    www.descopera.ro

Articol realizat de: @ Cristian Tiberiu-Moisuc

 

Ți-a plăcut articolul? Dă-i share 😄

Articolul anterior Subiecte Biologie Bac 2021
Articolul urmator Studygram.tgm- Admiterea la UMF Târgu Mureș
Back
x
Acest website utilizează cookie-uri pentru a creea o experiență cât mai plăcută. Învață mai multe Acceptă