新測試評估宇航員登陸月球或行星表面時的任務準備情況

你是否曾在乘坐過山車或在船上暈船后感到不穩?當宇航員從太空返回地球時,他們會經歷一種類似的感覺,而且可能更加強烈。一旦他們着陸,他們的整個身體–包括肌肉、骨骼、內耳和器官–開始重新適應地球的重力。宇航員經常報告說,他們返回時感到頭暈、頭重腳輕、噁心和失去平衡。這些癥狀可能會持續數天。

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雖然很多工作都是為了確保宇航員在返回地球時的健康,但美國宇航局人類研究項目(或稱HRP)的一組科學家卻在關注一些稍微不同的事情。他們想知道宇航員在着陸后能多快地完成關鍵任務

“通過Artemis,NASA將很快把第一位女性、第一位有色人種和其他宇航員送上月球表面。而在那之後,我們的目光將投向火星。”在休斯頓的NASA約翰遜太空中心研究人類表現的科學家Jason Norcross解釋說。他指出,在火星和月球上,機組成員將需要準備好在沒有地球上操作人員的太多反饋的情況下採取行動,特別是在緊急情況下。“所以我們需要知道。當宇航員在行星表面着陸后,他們能做什麼?着陸后他們應該等待多長時間來執行某些任務?”

為了幫助回答這些問題,Norcross和一個來自NASA人類生理學、性能、保護和操作實驗室以及NASA神經科學實驗室的聯合團隊設計了一個障礙賽道,供來自美國宇航局SpaceX Crew-2和 Crew-3 任務的志願宇航員們瀏覽。在出發到國際空間站之前,這些宇航員經歷了兩組任務:從模擬着陸艙出來,穿着宇航服在行星表面進行模擬太空行走。然後,在返回地球后,同一機組人員將立即嘗試完成這些相同的任務–在着陸後幾小時內模擬出艙,並在大約一天後進行行星太空行走練習。

對於第一項任務,研究人員花了幾個月時間開發了一個由輕質金屬管製成的模型,當展開時,形成一個太空艙的輪廓。這個便攜式框架適合放在一個大背包里。在靠近 Crew Dragon 太空艙降落地點的一個機場,研究小組將設置模擬太空艙。每個宇航員將進入,躺下,然後開始測試。

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在測試過程中,宇航員站起來,從模擬艙的頂部展開一個梯子,牢記模擬艙的邊界。然後,他們將固定梯子,拿起一個生存包,爬上梯子,並通過膠囊頂部的艙門將生存包交給站在附近的研究人員。最後,宇航員將從梯子上下來,走大約25英尺,然後返回到起點。

“在飛行前的測試中,宇航員可以站起來,爬上梯子,並輕鬆行走。幾分鐘后,他們就完成了這整個任務,”Norcross指出。“但是飛行后,我們預計這將是完全不同的。宇航員可能不得不停下來,恢復他們的平衡,喘口氣休息一下,甚至可能需要片刻才會生病。這可能是一種掙扎。”

這項任務涉及幾個姿勢的變化,如轉頭和躺下後站起來。“這些姿勢的轉變是機組人員在着陸后立即做的最難的事情,”他補充說。“我們需要知道–這到底能不能做到?我們認為可以,但話說回來,我們從來沒有評估過宇航員在這個特定的時間做這個特定的任務。”

第二項任務–模擬行星行走–將在宇航員飛回位於休斯頓的NASA約翰遜太空中心後進行。一旦在那裡,他們將輪流完成一組不同的挑戰。首先,他們將嘗試在沒有幫助的情況下穿上宇航服。然後,研究人員將把宇航服連接到NASA的主動響應重力卸載系統,或稱ARGOS–一台提升宇航服並為其加壓的機器,讓裡面的宇航員體驗地球重力的一小部分。在這次測試中,ARGOS將被調整為火星上的重力,它大約是地球重力的八分之三。

接下來,在他們找到自己的方位並確定他們可以行走之後,宇航員將爬上一個梯子,讓自己穿過一個開口,並從同一個梯子上爬下來。在梯子的底部,他們將連接”供應線”–在這種情況下,大型柔性管–到一個模擬的生命支持模塊。“我們希望宇航員能夠模擬在地球以外的任務中可能發生的情況,”Norcross指出。“我們已經有了低處的連接,我們已經有了他們伸向頭頂的東西。”

最後,他們將看看他們是否能重複地將幾個30磅重的物體從巨石場的一端移到另一端。這些物體是適度笨重的–大約是一個五加侖的飲水機壺的大小。Norcross繼續說:“同樣,我們試圖讓他們做現實的任務,但給他們提供具有挑戰性的姿勢,看看在着陸后這麼快就能做到什麼。”

對於這兩項任務,宇航員將在他們的進展中向研究人員提供口頭反饋。在他們完成任務后,機組人員將對他們在每個步驟中的消耗進行調查。在模擬火星行走的過程中,宇航員將佩戴傳感器監測心率和能量消耗。此外,宇航員在完成這兩項任務時,將被記錄在視頻中。將發射前的視頻與着陸后的視頻進行比較,將有助於科學家們確定機組人員在哪裡以及也許為什麼會有困難。

未來的迭代將包括更多的參與者,更複雜和更長的任務,以及針對月球重力的模擬程序。獲得的信息將幫助NASA設計任務活動、應急協議、宇航服和太空艙,以盡量減少宇航員在登陸月球或火星後頭幾天的困難任務。

NASA的人類研究項目(或稱HRP)追求最佳的方法和技術,以支持安全、富有成效的人類太空旅行。通過在實驗室、地面模擬和國際空間站進行的科學研究,HRP仔細檢查了太空飛行如何影響人類的身體和行為。這些研究推動了HRP對創新方法的追求,使宇航員在太空旅行擴展到月球、火星和其他地方時保持健康並做好任務準備。