Вплив космічного польоту на організм людини складний і значною мірою шкідливий як у короткостроковій, так і в довгостроковій перспективі.

Загальна характеристика Значні несприятливі наслідки тривалої невагомості включають атрофію м’язів і погіршення стану скелета (остеопенія космічного польоту). Інші вагомі наслідки включають уповільнення функцій серцево-судинної системи, зниження виробництва еритроцитів (космічна анемія), розлади рівноваги, розлади зору та зміни в імунній системі. Додаткові симптоми включають перерозподіл рідини (спричиняючи вигляд "moon face" (місячне обличчя), типовий на фотографіях космонавтів, які перебувають у невагомості), втрату маси тіла, закладеність носа, порушення сну та надмірне газоутворення. Загалом NASA називає різні шкідливі наслідки космічних польотів для людського організму абревіатурою RIDGE (тобто з англ. «космічне випромінювання, ізоляція і обмеження, відстань від Землі, гравітаційні поля та вороже і закрите середовище»).

Протягом століть інженерні проблеми, пов'язані з покиданням Землі та розробкою космічних силових установок, були предметом досліджень, а мільйони годин були витрачені на цю тему. Останні роки призначені збільшенню обсягів досліджень щодо того, як люди можуть існувати та працювати в космосі протягом тривалого та, можливо, необмеженого періоду часу. Це завдання вимагає участі фізичних і біологічних наук і тепер є найбільшою проблемою, за винятком фінансових аспектів, що виникає у сфері досліджень космосу людиною. Основним кроком для подолання цієї проблеми є спроба зрозуміти наслідки та вплив тривалого космічного подорожування на організм людини.

У жовтні 2015 року Офіс генерального інспектора НАСА опублікував звіт про небезпеку для здоров’я, пов’язану з дослідженням космосу, включаючи місію людини на Марс.

12 квітня 2019 року NASA повідомило про медичні результати дослідження близнюків-астронавтів, де один близнюк- астронавт провів рік у космосі на Міжнародній космічній станції, а інший — на Землі, що продемонструвало кілька тривалих змін, зокрема ті, що пов'язані зі змінами в ДНК і когнітивних функціях, коли один близнюк порівнювався з іншим.

У листопаді 2019 року дослідники повідомили, що на борту Міжнародної космічної станції у астронавтів виникли серйозні проблеми з кровотоком і згортанням тромбів, виходячи з шестимісячного дослідження 11 здорових астронавтів. За словами дослідників, результати можуть вплинути на довгострокові космічні польоти, включаючи місію на планету Марс.

Фізіологічні ефекти Багато умов навколишнього середовища, з якими стикаються люди під час космічного польоту, дуже відрізняються від тих, у яких люди еволюціонували; однак технологія, така як космічний корабель або скафандр, спрожна захистити людей від найсуворіших умов. Нагальні потреби в придатному для дихання повітрі та питній воді задовольняються системою життєзабезпечення, групою пристроїв, які дозволяють людям виживати у відкритому космосі. Система життєзабезпечення надає повітря, воду та їжу. Вона також повинна підтримувати температуру та тиск у прийнятних межах і боротися з відходами організму. Також необхідний захист від шкідливих зовнішніх впливів, таких як радіація та мікрометеорити.

Деякі небезпеки важко пом’якшити, наприклад невагомість, яку також визначають як середовище мікрогравітації. Життя в такому середовищі впливає на організм трьома важливими способами: втратою пропріоцепції, зміною розподілу рідини та погіршенням опорно-рухового апарату.

2 листопада 2017 року вчені повідомили, що на підставі досліджень МРТ у астронавтів, які здійснили подорожі в космос, були виявлені значні зміни в положенні та структурі мозку. Астронавти, які здійснювали тривалі космічні подорожі, асоціювалися з більшими змінами мозку.

У жовтні 2018 року дослідники, які фінансуються NASA, виявили, що тривалі подорожі у відкритий космос, включаючи подорож на планету Марс, можуть суттєво пошкодити шлунково-кишкові тканини астронавтів. Дослідження підтверджують попередні роботи, які показали, що такі подорожі можуть значно пошкодити мозок астронавтів і передчасно їх зістарити.

У березні 2019 року NASA повідомило, що латентні віруси в організмі людини можуть активуватися під час космічних місій, що, можливо, збільшить ризик для астронавтів у майбутніх місіях у глибокому космосі.

Дослідження

Космічна медицина - це медична практика, яка розвивається та вивчає здоров'я космонавтів, які живуть у відкритому космосі. Основна мета цього наукового дослідження — з’ясувати, наскільки добре та як довго люди можуть виживати в екстремальних умовах у космосі та як швидко вони можуть повторно адаптуватися до земного середовища після повернення з космосу. Космічна медицина також прагне розробити профілактичні та паліативні заходи для полегшення страждань, спричинених життям у середовищі, до якого люди погано пристосовані.

Підйом і повернення Під час зльоту та входження в космос, космічні пілоти можуть відчувати силу тяжіння, що кілька разів перевищує звичайні значення. Зазвичай непідготовлена людина може витримати приблизно 3g, але при значеннях 4-6g може втратити свідомість. Вертикальну G-силу важче переносити, ніж силу, яка перпендикулярна до хребта, оскільки кров відтікає від мозку та очей. Спочатку спостерігається тимчасова втрата зору, а при великих перевантаженнях може наступити втрата свідомості. Тренування за допомогою G-force і використання G-костюма, який стискає тіло для утримання більшої кількості крові в голові, можуть полегшити ці ефекти. Більшість космічних апаратів спроектовані так, щоб підтримувати перевантаження в комфортних межах.

Космічні середовища Космічне середовище є смертельним без відповідного захисту: найбільша загроза у космічному вакуумі походить від тиску та нестачі кисню, хоча температура та радіація також становлять ризик. Наслідки перебування в космосі можуть призвести до ебулізму, гіпоксії, гіпокапнії та декомпресійної хвороби. Крім цього, існує також клітинна мутація та руйнування фотонами високої енергії та субатомними частинками, які присутні в оточенні. Декомпресія є серйозною проблемою під час позакорабельної діяльності (EVA) астронавтів. NASA TP-2001-210196. Retrieved 2012-09-23. Поточні конструкції підрозділів позатранспортної мобільності (EMU) враховують це та інші проблеми та з часом вдосконалюються. Ключовою проблемою були конкуруючі інтереси збільшення мобільності астронавтів (яка зменшується за допомогою ЕМВ високого тиску, аналогічно труднощам деформації надутої повітряної кулі відносно спущеної) та мінімізації ризику декомпресії. Дослідники Gorguinpour, Camron et al. (2001), LPI "Advanced Two-System Space Suit". University of California, Berkeley CB-1106. Retrieved 2012-09-23. 95 KB розглянули можливість підвищення тиску в окремому головному пристрої до стандартного тиску в кабіні 71 кПа (10,3 фунтів на квадратний дюйм) на відміну від поточного тиску в цілому EMU .for reference, the atmospheric pressure at sea level is 101.4 kPa, equal to 14.7 psi – Britannica У такій конструкції тиск на тулуб можна досягти механічно, уникаючи зменшення рухливості, пов’язаного з пневматичним тиском.

Вакуум

Фізіологія людини пристосована до життя в атмосфері Землі, тому в повітрі, яким ми дихаємо, потрібна певна кількість кисню. Якщо організм не отримує достатньо кисню, то космонавт ризикує втратити свідомість і померти від гіпоксії. У вакуумі космічного простору газообмін у легенях триває, але призводить до видалення всіх газів, включаючи кисень, з кровотоку. Через 9-12 секунд дезоксигенована кров досягає мозку, що призводить до втрати свідомості. Вплив вакууму до 30 секунд навряд чи спричинить постійне фізичне пошкодження. Експерименти на тваринах показують, що швидке і повне одужання є нормальним при впливі менше 90 секунд, тоді як більш тривалий вплив на все тіло є смертельним, а реанімація ніколи не була успішною. Існує лише обмежена кількість доступних даних про нещасні випадки з людьми, але вони узгоджуються з даними щодо тварин. Кінцівки можуть бути відкриті набагато довше, якщо дихання не порушене.

У грудні 1966 року аерокосмічний інженер і піддослідний Джим Леблан з NASA брав участь у випробуванні, щоб побачити, наскільки добре прототип скафандра під тиском працюватиме в умовах вакууму. Щоб імітувати вплив космосу, НАСА сконструювало масивну вакуумну камеру, з якої можна було викачати все повітря. У якийсь момент під час випробувань напірний шланг Леблана від’єднався від скафандра. Незважаючи на те, що це спричинило падіння тиску в його костюмі з до менш ніж за 10 секунд Леблан залишався у свідомості приблизно 14 секунд, перш ніж втратити свідомість через гіпоксію; значно нижчий зовнішній тиск викликає швидку деоксигенацію крові. «Коли я спотикався назад, я відчув, як слина на моєму язику починає пузиритися перед тим, як я втратив свідомість, і це останнє, що я пам’ятаю», — згадує Леблан. Колега увійшов до камери протягом 25 секунд і дав Леблану кисень. Тиск у камері було оновлено за 1 хвилину замість звичайних 30 хвилин. Леблан майже одразу одужав, відбувся лише болем у вусі й не отримав невиправних пошкоджень.

Іншим наслідком від вакууму є стан, відомий як ебулізм, що виникає внаслідок утворення бульбашок у рідинах організму через знижений тиск у навколишньому середовищі. Пара може розширити тіло вдвічі більше, ніж його звичайний розмір, сповільнюючи кровообіг, але тканини достатньо еластичні та пористі, щоб запобігти розриву. 942 pages. Технічно ебулізм вважається початковим на висоті приблизно 19 кілометрів або при тиску менше 6,3 кПа (47 мм рт. ст.), відомого як межа Армстронга.

Експерименти з іншими тваринами виявили ряд симптомів, які можуть також відноситися до людей. Найлегший з них - замерзання виділень тіла внаслідок охолодження через випаровування. Серйозні симптоми, такі як втрата кисню в тканинах, недостатність кровообігу та млявий параліч, можуть виникнути приблизно через 30 секунд. Легені також руйнуються під час цього процесу, але продовжують виділяти водяну пару, що спричиняє охолодження та утворення льоду в дихальних шляхах. За приблизними розрахунками, людині залишається близько 90 секунд для повторного стиснення, після чого смерть може бути неминучою.

Набряк, викликаний ебулізмом, можна зменшити шляхом тримання в льотному костюмі, який є обов'язковим для запобігання ебулізму на висоті понад 19 кілометрів. Під час програми «Спейс Шаттл» астронавти використовували приталений еластичний одяг, відомий як «Костюм захисту екіпажу від висоти» (CAPS), який запобігав ебулізму при тиску до 2 кПа (15 мм рт. ст.).

Єдині люди, які, як відомо, померли від впливу вакууму в космосі, це три члени екіпажу космічного корабля «Союз-11»; Владислав Волков, Георгій Добровольський та Віктор Пацаєв. Під час підготовок до виходу з орбіти 30 червня 1971 року несподівано відкрився клапан вирівнювання тиску в модулі спускання космічного корабля на висоті , що призвело до швидкої розгерметизації та подальшої загибелі всього екіпажу.

Температура У вакуумі немає середовища для відведення тепла від тіла шляхом провідності або конвекції. Втрата тепла відбувається через випромінювання від температури людини 310 К до космічного простору 3 К. Це повільний процес, особливо в одягненій людині, тому немає небезпеки негайного замерзання. Швидке випаровування вологи шкіри у вакуумі може спричинити іній, особливо в роті, але це не становить значної небезпеки.

Вплив інтенсивного випромінювання прямого, нефільтрованого сонячного світла призведе до локального нагрівання, хоча це, ймовірно, буде добре розподілено провідністю тіла та кровообігом. Однак інше сонячне випромінювання, особливо ультрафіолетове, може спричинити важкі сонячні опіки.

Радіація