我们即将迎来一个全新的太空探索时代,在接下来几年间,有许多令人兴奋的任务即将开展,其中也包括载人登月任务、以及在月面建立永久基地。除了月球之外,还有计划开展前往火星、甚至更远处的载人任务。

  这些对我们将是巨大的挑战,毕竟前往火星单程就要耗费6至9个月。就算使用核火箭等新型推进技术,也要三个多月才能抵达火星。

  除了漫长的旅程中、微引力和辐射给宇航员造成的身心压力之外,这类任务还要解决后勤方面的挑战(比如巨大的宇宙飞船、大量物资供应、以及巨额成本等等)。

  因此作为一种替代方案,人类正在研究休眠技术,让宇航员在航程中大部分时间都处于睡眠状态,抵达火星后再开展探索即可。

  研究指出,火星任务的主要挑战在于,既要实现飞船重量的最优化,又要维持宇航员的身心健康。单从物资来看,就要携带至少足够用两年的食物、水和药品等必需品。

  每位宇航员每天需要30千克物资,除此之外还要考虑太空辐射,以及各种精神和心理上的挑战。哪里有生命,哪里就有压力。我们采取的策略需要尽可能减少长时间待在飞船中导致的无聊感、孤独感和攻击性。

  这种策略需要使宇航员进入一种类似哺乳动物冬眠时的状态,包括降低新陈代谢水平,使生物体进入所谓的“假死”状态,从而更好地保存能量。

  在太空飞行的背景下,只要将宇航员的新陈代谢率降低25%,便足以大大减少所需的物资量、以及生活空间的大小。

  

人真的可以在太空休眠几百年吗? 太空 休眠 第1张


  图为宇航员卡拉·巴隆在国际空间站上参加完“睡衣派对”后,在哥伦布实验舱中休息

  休眠

  从上世纪80年代开始,休眠技术便已在医院中得到了采用。通过降低患者体温,医生可以降低患者的心率和新陈代谢水平,从而提高长时间复杂手术的成功率。

  不过,这种方法不属于主动节能法,也不像真正的生物休眠那样具有多种益处。

  在自然界中,动物会通过冬眠来度过缺少食物的漫漫长冬。在此期间,它们的心率、呼吸等基础功能都会显著降低,体温也会降至接近环境温度的水平。

  很多物种都会冬眠,比如缓步类生物、青蛙、以及各类爬行动物,不过其中最著名的当属熊。人类要想在太空中休眠,熊也许是最好的模仿对象,因为熊的体重与人类差不多,冬眠时体温仅会下降几度,并且在进入冬眠状态前会增加体内脂肪。

  不过医学研究显示,与熊相比,人类肌肉质量和骨密度更容易流失,发生心脏衰减的风险也更大。

  研究显示,熊在结束冬眠后依然很健康,只会损失少量肌肉,只需20天左右便可恢复正常状态。这说明休眠有助于避免因缺少使用导致的肌肉与骨骼萎缩症,还可以减少组织损伤。

  人类体内较低的睾酮水平似乎是一大关键因素,因为雌激素在能量新陈代谢的调节过程中发挥着关键作用。不同激素在女性和男性体内的平衡情况、以及它们在调节新陈代谢中的作用说明,女性似乎更适合开展这类任务。

  

人真的可以在太空休眠几百年吗? 太空 休眠 第2张


  休眠示意图

  休眠舱

  要想实现深空休眠技术,工程师需要打造具有微调功能的软壳休眠舱,为宇航员提供安静、低光照、高湿度、低温(10℃以下)的休眠环境。

  宇航员也需要穿着特殊的服装,避免身体过热;还要穿戴各种传感器,用于监测身体姿势、体温和心率。

  每个休眠舱都需要由水舱包裹,在宇航员休眠时提供防辐射保护。在此期间,人工智能会维持宇宙飞船的正常功能,并在出现异常或紧急情况时将宇航员唤醒。

  休眠将在深空飞行过程中保护宇航员不受辐射伤害。一旦离开了地球磁场,宇宙中的高能粒子便会对人体造成伤害,导致细胞死亡、辐射病或癌症。

  飞船上搭载的计算机除了要监控电力消耗情况、执行自动驾驶之外,还要使飞船性能维持在最佳状态,直到宇航员醒来。

  NASA也开展了一些类似的研究项目,与亚特兰大航天公司 SpaceWorks合作研究休眠技术的长期潜力。这些针对深空任务开展的休眠技术研究也许在医疗行业也有用武之地。

  如今已是21世纪,科幻片中描述的场景也许不日即可变成现实,比如宇航员从“冷冻舱”中醒来,解决各种与任务相关的问题。

  在地球上,人为诱导的休眠也可能变为治疗重病或重伤的常见医疗手段,为医生提供更多的治疗时间。

  这项技术也许不仅能用于行星际飞行,甚至有朝一日还能用于恒星际旅行!

  考虑到恒星际飞行的距离、以及推进技术存在的局限,载人星际任务可能要耗时数个世纪、乃至数千年,才能抵达距我们最近的恒星。

  假如未来的人类想尝试星际旅行,但推进技术又没有取得重大突破(或者成本太高难以承担),也许就只能借助于休眠技术了。

  

人真的可以在太空休眠几百年吗? 太空 休眠 第3张


  国际空间站上的睡眠方式