Kể từ khi các phi hành gia bắt đầu lên vũ trụ trong thời gian dài, người ta đã biết rằng việc tiếp xúc lâu dài với không trọng lực hoặc vi trọng lực đi kèm với một phần ảnh hưởng sức khỏe. Chúng bao gồm teo cơ và mất mật độ xương, nhưng cũng mở rộng sang các khu vực khác của cơ thể dẫn đến suy giảm chức năng cơ quan, lưu thông và thậm chí thay đổi di truyền.
Vì lý do này, nhiều nghiên cứu đã được tiến hành trên Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) để xác định mức độ của các hiệu ứng này và những chiến lược nào có thể được sử dụng để giảm thiểu chúng. Theo một nghiên cứu mới xuất hiện gần đây trong Tạp chí khoa học phân tử quốc tế, một nhóm các nhà nghiên cứu do NASA và JAXA tài trợ đã chỉ ra rằng trọng lực nhân tạo nên là thành phần chính của bất kỳ kế hoạch dài hạn nào trong tương lai trong không gian.
Như đã lưu ý, một số lượng đáng kể các nghiên cứu đã được thực hiện để xác định và định lượng các tác động của trọng lực đối với cơ thể con người. Một ví dụ điển hình cho trường hợp này là Nghiên cứu sinh đôi do Chương trình nghiên cứu con người của NASA (HRP) thực hiện, nghiên cứu các tác động lên cơ thể của phi hành gia Scott Kelly sau khi anh ta dành một năm trên Trạm vũ trụ quốc tế - sử dụng anh trai sinh đôi của mình, Mark Kelly, làm người điều khiển .
Những nghiên cứu này và các nghiên cứu khác đã xác nhận rằng việc tiếp xúc với vi trọng lực không chỉ ảnh hưởng đến mật độ xương và khối lượng cơ, mà còn cả chức năng miễn dịch, oxy máu, sức khỏe tim mạch và thậm chí có thể thay đổi về bộ gen và nhận thức. Ngoài ra, thị lực cũng là một thứ có thể bị ảnh hưởng bởi thời gian ở trong không gian, là kết quả của việc lưu thông ít hơn và oxy đưa nó đến mô mắt.
Trên thực tế, khoảng 30% phi hành gia trên các chuyến bay tàu con thoi ngắn hạn (khoảng hai tuần) và 60% trong các nhiệm vụ dài hạn tới ISS đã báo cáo một số khiếm khuyết đối với tầm nhìn của họ. Đáp lại, Giáo sư Michael Delp - Trưởng khoa Khoa học Con người tại Đại học bang Florida (FSU) và là đồng tác giả của bài báo - và các đồng nghiệp của ông khuyến nghị rằng trọng lực nhân tạo sẽ được kết hợp vào các nhiệm vụ trong tương lai.
Trong nhiều năm và với sự hỗ trợ của NASA, Delps đã nghiên cứu ảnh hưởng của trọng lực vi mô đối với thị lực của phi hành gia. Như ông đã nói trong một bản phát hành gần đây của FSU News:
Vấn đề là các phi hành gia ở trong không gian càng lâu, họ càng có khả năng bị suy giảm thị lực. Một số phi hành gia sẽ phục hồi sau khi thay đổi tầm nhìn, nhưng một số don don. Vì vậy, đây là ưu tiên cao của NASA và các cơ quan không gian trên toàn thế giới. Với ứng dụng của trọng lực nhân tạo này, chúng tôi thấy rằng nó không hoàn toàn ngăn cản sự thay đổi của mắt, nhưng chúng tôi đã không thấy kết quả tồi tệ nhất.
Để xác định xem trọng lực nhân tạo có làm giảm các hiệu ứng này hay không, Delp đã hợp tác với các nhà nghiên cứu từ Cơ quan thám hiểm hàng không vũ trụ Nhật Bản (JAXA) trong lần hợp tác đầu tiên. Họ được tham gia bởi Giáo sư Xiao Wen Mao (tác giả chính của nghiên cứu) từ Đại học Linda Loma, cũng như các thành viên của Đại học Khoa học Y khoa Arkansas, Viện Nghiên cứu Trẻ em Arkansas và Đại học Tsukuba.
Sau đó, nhóm nghiên cứu đã kiểm tra những thay đổi trong các mô mắt của chuột sau khi chúng trải qua 35 ngày trên tàu ISS. Các đối tượng thử nghiệm bao gồm 12 con chuột đực 9 tuần tuổi được bay từ Trung tâm vũ trụ Kennedy và được đặt trong Đơn vị lồng sống của chuột (HCU) trong Phòng thí nghiệm JAXA trộm Kibo, trên ISS. Trong suốt thời gian ở lại, những con chuột được chia thành hai nhóm.
Trong khi một nhóm sống trong điều kiện vi trọng lực xung quanh, nhóm còn lại sống trong một đơn vị môi trường sống ly tâm tạo ra 1 g trọng lực nhân tạo (tương đương với trọng lực Trái đất). Từ đó, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng nhóm cũ bị tổn thương các mạch máu rất quan trọng đối với việc điều chỉnh áp lực chất lỏng trong mắt.
Khi chúng ta ở trên Trái đất, trọng lực kéo chất lỏng xuống chân chúng ta, Phelps nói. Khi bạn mất trọng lực, chất lỏng sẽ dịch chuyển về phía đầu. Sự thay đổi chất lỏng này ảnh hưởng đến hệ thống mạch máu trên khắp cơ thể, và bây giờ chúng ta biết nó cũng ảnh hưởng đến các mạch máu trong mắt.
Ngoài ra, nhóm nghiên cứu lưu ý rằng cấu hình biểu hiện protein cũng đã thay đổi ở chuột chuột do mắt do vi trọng lực. Để so sánh, những con chuột dành thời gian của chúng trong máy ly tâm không gặp phải thiệt hại gần như nhiều đối với các mô mắt của chúng. Những kết quả này chỉ ra rằng trọng lực nhân tạo, có khả năng ở dạng quay hoặc ly tâm, sẽ là một thành phần cần thiết cho các nhiệm vụ không gian trong thời gian dài.
Theo khái niệm, việc sử dụng trọng lực nhân tạo trong không gian không phải là điều gì mới. Ngoài việc là một khái niệm được khai thác tốt trong khoa học viễn tưởng, các cơ quan không gian đã xem xét nó như một cách có thể để thiết lập sự hiện diện vĩnh viễn của con người trong không gian. Một ví dụ điển hình cho điều này là Khu định cư Không gian Stanford Torus, một thiết kế chính được xem xét bởi Nghiên cứu Mùa hè năm 1975 của NASA.
Là một nỗ lực hợp tác giữa Trung tâm nghiên cứu NASA Ames và Đại học Stanford, chương trình kéo dài mười tuần này bao gồm các giáo sư, giám đốc kỹ thuật và sinh viên cùng nhau xây dựng tầm nhìn về cách mọi người có thể sống trong một thuộc địa không gian rộng lớn. Kết quả của việc này là một khái niệm cho một trạm không gian giống như bánh xe sẽ quay để cung cấp cảm giác về trọng lực của Trái đất hoặc một phần.
Ngoài ra, hình xuyến xoay tròn đã được xem xét cho tàu vũ trụ để đảm bảo rằng các phi hành gia trong các nhiệm vụ trong thời gian dài có thể hạn chế thời gian của họ trong vi trọng lực. Một ví dụ điển hình cho điều này là Phương tiện vận tải phổ quát phi khí quyển dành cho Thám hiểm Hoa Kỳ kéo dài (Nautilus-X), một khái niệm tàu vũ trụ đa nhiệm vụ được phát triển vào năm 2011 bởi các kỹ sư Mark Holderman và Edward Henderson của Nhóm đánh giá ứng dụng công nghệ NASA.
Cũng như nghiên cứu trước đây, nghiên cứu này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc duy trì sức khỏe phi hành gia trong các nhiệm vụ dài hạn trong không gian, cũng như các chuyến đi dài ngày. Tuy nhiên, nghiên cứu này nổi bật ở chỗ đây là nghiên cứu đầu tiên trong loạt bài được thiết kế để hiểu rõ hơn về tình trạng suy giảm thị lực của các phi hành gia.
Dai Chúng tôi hy vọng sự hợp tác khoa học mạnh mẽ sẽ giúp chúng tôi tích lũy các kết quả thử nghiệm cần thiết để chuẩn bị cho việc thám hiểm không gian sâu có người lái trong tương lai, ông Dai Shiba, nhà nghiên cứu cao cấp của JAXA và là đồng tác giả của bài báo cho biết. Mao, tác giả chính của nghiên cứu, cũng chỉ ra rằng cô hy vọng rằng nghiên cứu này sẽ vượt ra ngoài khám phá vũ trụ và có các ứng dụng ở đây trên Trái đất:
Chúng tôi hy vọng những phát hiện của chúng tôi không chỉ đặc trưng cho tác động của môi trường không gian lên mắt mà còn góp phần chữa trị hoặc điều trị mới cho các vấn đề về thị lực do ánh sáng không gian cũng như các rối loạn về Trái đất, như thoái hóa điểm vàng do tuổi tác và bệnh võng mạc.
Không có nghi ngờ rằng khi nói đến tương lai của thám hiểm không gian, có rất nhiều thách thức nằm ở phía trước chúng ta. Chúng ta không chỉ cần phát triển tàu vũ trụ có thể kết hợp hiệu quả nhiên liệu và sức mạnh, chúng ta cần giảm chi phí cho các lần phóng riêng lẻ và đưa ra các cách để giảm thiểu rủi ro sức khỏe của các nhiệm vụ dài hạn. Ngoài tác động của vi trọng lực, còn có vấn đề tiếp xúc kéo dài với bức xạ mặt trời và vũ trụ.
Và đừng quên rằng các nhiệm vụ đến bề mặt mặt trăng và sao Hỏa sẽ phải đối mặt với việc tiếp xúc lâu dài với trọng lực thấp hơn, đặc biệt là khi các tiền đồn có liên quan. Như vậy, sẽ không quá xa vời khi tưởng tượng rằng tori và máy ly tâm có thể trở thành một phần thường xuyên của thám hiểm không gian trong tương lai gần!
