Na początku kwietnia z Centrum Kosmicznego im. Kennedy'ego (USA) wystartowała Artemis II, załogowa misja NASA na orbitę Księżyca. Misja zakończyła się w sobotę 11 kwietnia o 2.07 czasu polskiego wodowaniem na Pacyfiku u wybrzeży Kalifornii statku Orion z czwórką astronautów.

Astronauci w przestrzeni kosmicznej muszą się zmierzyć z wieloma zagrożeniami - zwróciła uwagę w rozmowie z PAP ppłk Magdalena Kozak, kierownik Centrum Medycyny Lotniczej i Pracowni Medycyny Kosmicznej w Wojskowym Instytucie Medycyny Lotniczej (WIML), komentując realia Artemis II i wyzwania przyszłych misji.

- Do najważniejszych należy promieniowanie kosmiczne. Normalnie chroni przed nim magnetosfera Ziemi - obszar przestrzeni kosmicznej, będący strefą oddziaływania ziemskiego pola magnetycznego. Znajdując się poza tą strefą astronauci są bombardowani promieniami kosmicznymi, cząstkami słonecznymi i promieniowaniem jonizującym. Zwiększa to ryzyko nowotworów, uszkodzeń DNA, zaćmy i problemów neurologicznych - powiedziała ekspertka.

Problemem jest też mikrograwitacja, która powoduje utratę masy kostnej i mięśniowej. Spadek może sięgać nawet od 1 do 2 proc. miesięcznie. Dlatego konieczne są intensywne ćwiczenia.

- Cierpi też układ krążenia - w kosmosie serce „rozleniwia się”, bo nie musi pompować krwi przeciwko grawitacji. Serce ulega atrofii, spada ciśnienie krwi i następuje „fuid shift” - przemieszczanie się płynów w kierunku głowy. Dochodzi też do deregulacji układu odpornościowego - spada odporność ogólna i wzrastają parametry stanu zapalnego. Mogą się reaktywować wirusy, dotychczas uśpione w organizmie, np. opryszczka czy ospa wietrzna. Istnieje coś takiego, jak zespół SANS (Spaceflight-Associated Neuro-ocular Syndrome), który objawia się m.in. pogorszoną ostrością widzenia. Zamknięcie w małej przestrzeni, odcięcie od bliskich, monotonia, brak prywatności i ogromna odpowiedzialność mogą wywoływać przewlekły stres, zaburzenia snu i konflikty interpersonalne. Ponadto w pierwszych dniach misji astronauci cierpią na tzw. chorobę kosmiczną (SMS, Space Motion Sickness) z nudnościami i wymiotami - mózg musi na nowo „nauczyć się" interpretować sprzeczne sygnały z błędnika i wzroku - opowiada badaczka.

Dużym wyzwaniem okazuje się ponowny kontakt z Ziemią. - Po powrocie potrzebna jest readaptacja. Ale powrót do grawitacji po długim locie może być wyzwaniem - astronauci muszą na nowo uczyć się chodzić, a organizm przez miesiące wraca do normy - wyjaśniła.

Magdalena Kozak podkreśliła, że choć lot Artemis II trwał krótko, to i tak kapsuła oddaliła się mocno od Ziemi, przeszła też przez pasy van Allena - rejon przestrzeni wokół Ziemi o szczególnie silnym promieniowaniu.

Podróż ta - podsumowała - naraziła załogę na trzy rodzaje promieniowania: galaktyczne promienie kosmiczne (GCR), przenikające całą przestrzeń kosmiczną; protony i elektrony uwięzione magnetycznie w dwóch pasach Van Allena - otaczających Ziemię, a także na słoneczne cząstki energetyczne.

- W pasach Van Allena promieniowanie jest intensywne, ale załoga przechodziła przez nie szybko. Jak twierdzi NASA, samo ustawienie kapsuły podczas manewru zmniejszyło zmierzony poziom promieniowania prawie o połowę. Ochrona radiacyjna może więc wynikać zarówno z doboru materiałów, jak i sposobu nawigacji - zauważyła specjalistka WIML.

Dodała, że w odróżnieniu od łatwo przewidywalnego promieniowania z pasów Van Allena czy stałego tła galaktycznego, dawka pochodząca od aktywności słonecznej bywa zmienna. - Niestety, misja przypadła na jeden z najbardziej aktywnych okresów słonecznych od lat: szczyt 11-letniego cyklu Słońca, gdy rozbłyski i koronalne wyrzuty masy są częstsze. Galaktyczne promienie kosmiczne to stałe tło bardzo wysokoenergetycznych cząstek z przestrzeni pozasłonecznej, przeważnie protonów i jąder cięższych pierwiastków, poruszających się z prędkością bliską świetlnej. Stanowi ono główne źródło ryzyka zapadnięcia na jakąś chorobę, np. nowotwór, podczas długotrwałych misji poza orbitą Ziemi - wyjaśniła.

W sumie jednak dawka promieniowania zaabsorbowana przez załogę kapsuły nie była szczególnie wysoka - podsumowała Magdalena Kozak. - Łączną dawkę promieniowania z pasów Van Allena i galaktycznych promieni kosmicznych szacowano jako porównywalną do miesięcznego pobytu na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, co wynosi ok. 5 proc. dopuszczalnego limitu kariery astronauty. Krótki czas misji (10 dni) zdecydowanie ograniczył całkowite narażenie – wytłumaczyła.

Misja Artemis II trwała 9 dni. - Załoga była narażona przede wszystkim na ostre dolegliwości związane z przebywaniem w przestrzeni kosmicznej. Chodzi np. o „fluid shift”, czy chorobę kosmiczną SMS - powiedziała ppłk Kozak.

Przyszli kolonizatorzy Księżyca będą musieli radzić sobie z wyzwaniami w innej skali. - Księżyc to środowisko radiacyjnie bardzo nieprzyjazne dla człowieka. Brak atmosfery i pola magnetycznego sprawia, że będą oni narażeni na wspomniane dwa główne typy promieniowania kosmicznego: galaktyczne promieniowanie kosmiczne (GCR) i słoneczne cząstki energetyczne. Słoneczne zdarzenia cząsteczkowe (Solar Particle Events, SPE), czyli burze protonowe, mogą dostarczyć śmiertelnej dawki promieniowania w ciągu zaledwie kilku godzin. Ich obecność wymaga natychmiastowego i solidnego schronienia - podkreśliła.

Przyszli astronauci będą więc potrzebowali odpowiednio silnych metod ochrony. Według ekspertki z WIML jedną z poważnych ról w ochronie habitatu przed promieniowaniem może odegrać regolit księżycowy, czyli warstwa gruntu pokrywająca powierzchnię Księżyca. „Zakopanie” w nim habitatu zdecydowanie zmniejszy ekspozycję na promieniowanie. Sam regolit jest jednak niebezpieczny - wyjątkowo ostry i przyczepny, i jeśli dostanie się do wnętrza stacji, może uszkadzać układ oddechowy i urządzenia. Efektywnym materiałem osłonowym jest również woda, dlatego możliwe jest jeszcze stosowanie ekranów wodnych.

Dodała, że promieniowanie może wywoływać różne fatalne skutki. Nie chodzi tylko o wzrost ryzyka nowotworów. NASA zidentyfikowała bowiem dziesiątki innych potencjalnych problemów zdrowotnych, m.in. zaburzenia snu, choroby sercowo-naczyniowe i zwyrodnieniowe, bezpłodność, zaćmę oraz osłabienie koordynacji wzrokowo-ruchowej.

Ekspertka wspomniała też o planowanej przez międzynarodową społeczność stacji kosmicznej Gateway, która ma być umieszczona w przestrzeni w pobliżu Księżyca. Podobnie jak obecnie w stacji ISS, tam też będą mieszkali ludzie.

- Stacja ta miałaby się znajdować na bardzo wymagającej orbicie NRHO (Near-Rectilinear Halo Orbit), co przynosi zupełnie inne zagrożenia, niż na ISS na orbicie Ziemi. Jak wspomniałam, brak ochronnego działania magnetosfery ziemskiej oznacza ekspozycję na promieniowanie i jego skutki. Sporą rolę odgrywać będą odległość i izolacja. Z Gateway na Ziemię nie doleci się w kilka godzin, a opóźnienie komunikacyjne wynosi do 1,3 sekundy. W razie nagłej choroby lub awarii, systemy podtrzymywania życia muszą działać przez wiele dni bez wsparcia z zewnątrz. Sama świadomość tych warunków będzie obciążać psychikę załogi znacznie bardziej niż na ISS – wyjaśniła specjalistka.

Od dłuższego czasu mówi się też o lotach na Marsa. Przy obecnych technologiach taka misja trwałaby 2-3 lata. Według Magdaleny Kozak „to jeszcze wyższa liga wyzwań”.

- Lot na Marsa jest technicznie wykonalny, ale wiąże się z poważnymi zagrożeniami zdrowotnymi, których w pełni nie potrafimy na razie wyeliminować - zwróciła uwagę. - Jednym z najpoważniejszych jest oczywiście ekspozycja na promieniowanie kosmiczne. Zakładając, że dopuszczalny limit na czas całej kariery astronautów NASA ustaliła na poziomie 600 mSv (0,6 Sv), sam sześciomiesięczny lot na Czerwoną Planetę naraziłby astronautę na co najmniej 60 proc. całkowitego dopuszczalnego limitu dawki na całą karierę. I to się zdarzy, zanim astronauta postawi stopę na Marsie! - podkreśliła specjalistka.

Dodała, że długotrwała mikrograwitacja (działająca przez 6–9 miesięcy w każdą stronę lotu) prowadzi do utraty masy kostnej i mięśniowej i innych wspomnianych wcześniej efektów. Marsjańska grawitacja wynosząca 0,38 g jest zbyt słaba, aby cofnąć zmiany, jakie zaszły w czasie lotu.

- W grę wchodzą też ponownie czynniki psychologiczne. Opóźnienie sygnału radiowego między Ziemią a Marsem wynosi od 3 do 22 minut w jedną stronę, więc załoga byłaby całkowicie zdana na siebie, bez żadnej szansy na pomoc w czasie rzeczywistym. Każda awaria systemu tlenowego, wodnego czy cieplnego z dala od Ziemi może być śmiertelna. Nie ma możliwości szybkiego zaopatrzenia ani ratunku. Izolacja, stres i konflikty interpersonalne w zamkniętej przestrzeni przy nieustannym zagrożeniu to realne wyzwanie – podkreśliła.

Bardzo nieprzychylne człowiekowi jest samo środowisko marsjańskie. Jego cienka atmosfera składa się głównie z dwutlenku węgla, wahania temperatury wynoszą od -80 st. C do +20 st. C, są też burze pyłowe, które mogą trwać miesiącami, a pył marsjański jest potencjalnie toksyczny dla płuc. Astronauci wylądują tam osłabieni po sześciu - dziewięciu miesiącach nieważkości, musząc natychmiast funkcjonować w środowisku wymagającym fizycznego wysiłku - w skafandrach, przy upośledzonym aparacie ruchu, z zaburzeniami krążenia, ze zdezorientowanym błędnikiem. A po powrocie na Ziemię po pełnej misji, trwającej od dwóch do trzech lat, astronauci byliby w gorszym stanie fizjologicznym, niż po jakimkolwiek dotychczasowym pobycie na ISS. I to mimo owego okresu „regeneracji" na Marsie - zauważa specjalistka z WIML.

Magdalena Kozak dodała, że przy obecnych technologiach lot na Marsa byłby misją wysokiego ryzyka, podobnie jak pierwsze loty w kosmos czy wyprawy polarne w XIX w. NASA szacuje, że ryzyko zgonu podczas misji marsjańskiej wynosi obecnie około 1 na 6, co uznaje się za zbyt wysokie. Wciąż trwają intensywne prace, by zejść poniżej progu akceptowalnego ryzyka przed faktyczną misją załogową. Większość ekspertów szacuje, że możliwy horyzont bezpiecznej misji załogowej na Marsa to lata 2035–2040.

Ale zastrzegła, że w przewidywalnej przyszłości ludzie mogą zacząć podróżować dalej niż na Srebrny Glob.

- To nie mrzonka. Załoga misji Artemis-2 poleciała dalej, niż Księżyc - choć bez lądowania. Lądowanie na Księżycu wraca w perspektywie 2028 roku, a Mars ma konkretny - choć ambitny - horyzont lat 30. Główne przeszkody to pieniądze i polityka, ale wyścig między kluczowymi państwami starającymi się o dominację w kosmosie - USA i Chinami - sprawia, że zainteresowane strony mają realną motywację, żeby realizować swoje plany - podsumowała ppłk Kozak.

Nauka w Polsce, Marek Matacz (PAP)

mat/ zan/