باشگاه خبرنگاران جوان - ایستگاه فضایی بین‌المللی، تنها آزمایشگاه دائمی بشر در مدار زمین، محیطی است که قوانین روزمره فیزیک و بیولوژی در آن به چالش کشیده می‌شوند.

در ارتفاع ۴۰۰ کیلومتری از سطح زمین، جایی که انسان شرایط میکروگرانش را تجربه می‌کند، بدن انسان و سیستم‌های مهندسی با چالش‌های بی‌سابقه‌ای رو‌به‌رو می‌شوند.

در ادامه به بررسی فنی ۵ حقیقت شگفت‌انگیز از زندگی فضانوردان می‌پردازیم:

۱: پدیدارشناسی تغییرات اسکلتی-عضلانی، اثر جابجایی مایعات و تغییر قامت

اولین و مشهودترین تغییری که فضانوردان پس از ورود به مدار تجربه می‌کنند، تغییرات در ساختار فیزیکی بدن است. این پدیده که در اصطلاح پزشکی فضایی به شیفت مایعات شهرت دارد، پاسخی مستقیم به فقدان بردار جاذبه است.

روی زمین، نیروی گرانش به طور مداوم خون و سایر مایعات بدن را به سمت اندام‌های تحتانی (پاها) می‌کشد. 

قلب انسان طی میلیون‌ها سال تکامل یافته تا بر این نیرو غلبه کرده و خون را به مغز پمپاژ کند، اما در لحظه‌ای که گرانش حذف می‌شود، این مکانیسم پمپاژ همچنان با قدرت کار می‌کند، در حالی که نیروی مقاوم (جاذبه) وجود ندارد.

نتیجه این امر، هجوم حدود ۲ لیتر مایع از پا‌ها به سمت قفسه سینه و سر است. این فرآیند منجر به دو عارضه ظاهری می‌شود:

سندرم صورت پف‌کرده

صورت فضانوردان به دلیل تجمع مایعات متورم می‌شود.

پا‌های حالت پرنده‌ای

پا‌های فضانوردان به دلیل تخلیه مایعات و کاهش حجم عضلانی، بسیار لاغر می‌شوند.

علاوه بر این، در نبود فشار عمودی بر ستون فقرات، دیسک‌های بین مهره‌ای منبسط می‌شوند.

این انبساط باعث می‌شود قد فضانوردان بین ۳ تا ۵ سانتی‌متر افزایش یابد. این افزایش قد اگرچه موقتی است، اما می‌تواند منجر به کمردرد‌های شدید در روز‌های اول مأموریت شود، زیرا عضلات و اعصاب ستون فقرات کشیده می‌شوند.

۲. مهندسی بقا، سیستم‌های بازیابی آب و چرخه بسته مصرف

در مهندسی هوافضا، انتقال هر کیلوگرم بار به مدار زمین هزینه‌ای گزاف (هزاران دلار) دارد. بنابراین، تأمین مداوم آب تازه از زمین برای خدمه ایستگاه فضایی غیرممکن و غیرمنطقی است. راهکار مهندسی برای این چالش، استقرار سیستم کنترل محیطی و پشتیبانی حیات است.

این سیستم یک شاهکار مهندسی شیمی است که رطوبت محیط (ناشی از تنفس و تعریق فضانوردان) و حتی ادرار خدمه را جمع‌آوری کرده و وارد یک چرخه تصفیه چندمرحله‌ای می‌کند. 

فرآیند شامل تقطیر در خلأ و فیلتراسیون شیمیایی پیچیده است تا آب را به سطح خلوصی بالاتر از آب لوله کشی اکثر شهر‌های زمین برساند.

حقیقت تکان‌دهنده برای عموم مردم این است که حدود ۹۳ درصد از آبی که فضانوردان مصرف می‌کنند، بازیافتی است. دان پتیت، فضانورد ناسا، این پدیده را با جمله‌ای مشهور و فنی توصیف می‌کند:

در ایستگاه فضایی، قهوه دیروز تبدیل به قهوه فردا می‌شود.

این سیستم نشان‌دهنده اوج بهره‌وری در مدیریت منابع است و الگویی حیاتی برای مأموریت‌های طولانی‌مدت به مقصدی مانند مریخ محسوب می‌شود.

۳. اختلال در حواس شیمیایی، چرا فضا بی‌مزه است؟

گزارش‌های متعدد از خدمه ایستگاه حاکی از آن است که حس چشایی و بویایی در فضا به شدت افت می‌کند. این پدیده ریشه در همان تغییرات بدنی دارد که در بخش اول ذکر شد.

تجمع مایعات در ناحیه سر باعث احتقان (گرفتگی) دائمی سینوس‌ها می‌شود، حالتی شبیه به سرماخوردگی مزمن روی زمین. از آنجا که بخش بزرگی از درک طعم غذا وابسته به حس بویایی است، گرفتگی بینی باعث می‌شود غذا‌ها بی‌مزه به نظر برسند.

به همین دلیل، منوی غذایی فضانوردان سرشار از سس‌های تند، واسابی، و ادویه‌های قوی است. مهندسان تغذیه ناسا متوجه شده‌اند که تحریک گیرنده‌های درد در زبان (تندی) می‌تواند جایگزین کاهش حس بویایی شود و اشتهای فضانوردان را حفظ کند.

علاوه بر این، پدیده‌ای به نام بوی فضا نیز گزارش شده است. فضانوردانی که پس از پیاده‌روی فضایی به داخل ایستگاه بازمی‌گردند، بویی شبیه به فلز داغ، استیک سوخته یا باروت را روی لباس‌های خود استشمام می‌کنند. 

دانشمندان معتقدند این بو ناشی از واکنش‌های شیمیایی اکسیژن اتمی در مدار با بدنه لباس فضانوردی است.

۴. چالش‌های دینامیک سیالات و بهداشت فردی

رفتار آب در شرایط بی‌وزنی تابع قوانین کشش سطحی است و نه گرانش. آب به جای جاری شدن، تمایل دارد به صورت کره‌های لرزان درآید و به سطوح (مانند پوست بدن) بچسبد. این ویژگی فیزیکی، استحمام و بهداشت را به یک چالش مهندسی تبدیل می‌کند.

در ایستگاه فضایی دوش آب وجود ندارد. اگر آبی در فضا رها شود، قطرات معلق آن می‌توانند وارد تجهیزات الکترونیکی شده و باعث اتصالی یا خرابی‌های فاجعه‌بار شوند.

بنابراین، بهداشت از طریق حوله‌های مرطوب و شامپو‌های بدون نیاز به آبکشی انجام می‌شود.

پوست‌اندازی پاها: 

یکی از عجیب‌ترین حقایق بهداشتی، مربوط به کف پای فضانوردان است. روی زمین، راه رفتن باعث ایجاد لایه ضخیم پوست (پینه) در کف پا می‌شود. 

در فضا، به دلیل عدم استفاده از پا برای راه رفتن، بدن این لایه‌های اضافی را غیرضروری تشخیص می‌دهد. در نتیجه، پس از حدود یک ماه، پوست کف پا شروع به جدا شدن می‌کند و پوستی نرم و حساس (مانند نوزاد) باقی می‌ماند.

فضانوردان مجبورند با دقت جوراب‌های خود را درآورند تا تکه‌های پوست مرده در کابین معلق نشود و وارد سیستم تهویه یا ریه سایرین نگردد.

۵. کرونوبیولوژی و خطر خفگی در خواب

ایستگاه فضایی با سرعتی حدود ۲۷،۶۰۰ کیلومتر بر ساعت به دور زمین می‌چرخد و هر ۹۰ دقیقه یک مدار کامل را طی می‌کند.

این بدان معناست که خدمه در هر ۲۴ ساعت، شاهد ۱۶ طلوع و ۱۶ غروب خورشید هستند. این چرخه سریع نوری، ساعت بیولوژیک بدن را کاملاً مختل می‌کند. برای مقابله با این موضوع، زمان‌بندی ایستگاه بر اساس ساعت هماهنگ جهانی (UTC) تنظیم شده و پنجره‌ها در ساعات «شب» پوشانده می‌شوند.

اما خطرناک‌ترین جنبه خواب در فضا، مربوط به تهویه هوا است. روی زمین، هوای گرم بازدم (حاوی دی‌اکسید کربن) سبک‌تر است و بالا می‌رود و هوای تازه جایگزین آن می‌شود (جریان همرفت طبیعی). در میکروگرانش، جریان همرفت وجود ندارد. 

اگر یک فضانورد بدون جریان هوای مصنوعی بخوابد، دی‌اکسید کربنی که از بازدم او خارج می‌شود، در اطراف صورتش باقی مانده و یک حباب نامرئی تشکیل می‌دهد. این پدیده می‌تواند منجر به هیپوکسی (کمبود اکسیژن) و نهایتاً مرگ در خواب شود.

به همین دلیل، خوابیدن در ایستگاه فضایی تنها در کابین‌های مخصوصی که دارای فن‌های تهویه قدرتمند هستند مجاز است. صدای مداوم این فن‌ها یکی از شکایات همیشگی فضانوردان است، اما صدای آنها، صدای بقاست.

در مجموع، زندگی در مدار زمین، ترکیبی پیچیده از سازگاری بیولوژیک و تدابیر مهندسی است. 

حقایق ذکر شده در این گزارش نشان می‌دهد که بدن انسان اگرچه برای زندگی روی زمین تکامل یافته، اما دارای پتانسیل شگفت‌انگیزی برای تطبیق با شرایط حدی است. 

از بازیافت مایعات بدن تا تغییر ساختار اسکلتی، فضانوردان پیشگامان درک ما از محدودیت‌ها و توانایی‌های گونه بشر هستند؛ دانشی که برای قدم‌های بعدی انسان به سوی مریخ، حیاتی خواهد بود.

منبع: فارس