زندگی زیر آب؛ تمرینی برای سفر انسان به فضا

اقیانوس به‌عنوان جایگزین فضا

فضا محیطی بی‌رحم است: خلأ، تشعشع، دمای حدی و نبود امکان بازگشت سریع به زمین. به همین دلیل، آژانس‌های فضایی پیش از اعزام انسان به ماه یا مریخ، مأموریت‌های شبیه‌سازی‌شده‌ای برگزار می‌کنند که به آن‌ها مأموریت آنالوگ (analog mission) می‌گویند. در این مأموریت‌ها، پژوهشگران در محیطی با محدودیت‌های نزدیک به فضا زندگی و کار می‌کنند و کسانی که در آن‌ها شرکت می‌کنند، فضانورد آنالوگ (analog astronaut) نامیده می‌شوند.

یکی از جذاب‌ترین این محیط‌ها، بستر دریا است. امسال یک گروه پژوهشی مأموریتی پنج‌روزه را در آزمایشگاه زیرآبی ژول (Jules' Undersea Lab) در نزدیکی کیست لارگو در فلوریدا انجام داد. این ایستگاه پژوهشی در عمق ۶٫۷ متری آب قرار دارد و ورود و خروج از آن تنها با غواصی ممکن است. مأموریت نمادین SEA STAR با هدف شبیه‌سازی همان شرایطی طراحی شد که فضانوردان ایستگاه فضایی بین‌المللی تجربه می‌کنند؛ با این تفاوت که محیط کشنده پیرامون خدمه، فضا نبود، بلکه آب بود.

اشباع گازی؛ کلید بقا در اعماق

برای اینکه یک غواص در ایستگاه زیرآبی ساکن شود، باید به حالت اشباع (saturation) برسد؛ یعنی دست‌کم ۲۴ ساعت پیوسته در فشار محیط بماند. مفهوم اشباع بر پایه قانون هنری (Henry's law) استوار است: مقدار گازی که در مایع حل می‌شود، با فشار جزئی همان گاز متناسب است. در عمق، فشار آب بر قفسه سینه غواص وارد می‌شود و گازهایی مانند نیتروژن در بافت‌های بدن او حل می‌شوند.

اگر غواص به‌سرعت به سطح آب بازگردد، این گازها به‌صورت حباب از محلول خارج می‌شوند؛ همان فرایندی که به بیماری کاهش فشار (decompression sickness) یا «خمیدگی» می‌انجامد و می‌تواند کشنده باشد. اما در حالت اشباع، بافت‌ها با گاز به تعادل می‌رسند و غواص می‌تواند روزها در عمق کار کند، به شرط آنکه در پایان مأموریت یک مرحله کاهش فشار طولانی و تدریجی را تحمل کند. همین منطق، مأموریت زیرآبی را به یک تجربه واقعی و پرریسک تبدیل می‌کند.

شناوری خنثی؛ شبیه‌سازی راهپیمایی فضایی

یکی از مهم‌ترین کاربردهای آموزش زیر آب، تمرین راهپیمایی فضایی (EVA) است. در فضا، فضانورد در حالت سقوط آزاد دائمی به‌سر می‌برد و بی‌وزنی را حس می‌کند. آب نمی‌تواند بی‌وزنی واقعی بسازد، اما اگر جسم و غواص طوری متعادل شوند که نیروی شناوری آن‌ها دقیقاً وزنشان را جبران کند، به حالت شناوری خنثی (neutral buoyancy) می‌رسند.

در این وضعیت، حرکت‌های غواص بسیار کند و بدون اصطکاک به نظر می‌رسد؛ دقیقاً همان حسی که فضانورد هنگام کار با ابزار در بیرون ایستگاه فضایی تجربه می‌کند. خدمه SEA STAR از همین ویژگی برای آزمایش‌های شناوری خنثی در جریان «راهپیمایی فضایی» زیرآبی استفاده کردند.

فشار، فیزیولوژی و پزشکی فضایی

زندگی در ایستگاه زیرآبی، بدن انسان را زیر فشار جوّی بالاتر از سطح دریا قرار می‌دهد. این وضعیت فرصتی کمیاب برای مطالعه اثر فشار زیاد بر دستگاه تنفس، گردش خون و عملکرد شناختی انسان فراهم می‌کند؛ موضوعی که در پزشکی فضایی و پزشکی غواصی اهمیت مستقیم دارد.

پژوهش‌های جانبی خدمه نیز بسیار متنوع بود: از بررسی رشد گیاهان خوراکی کوچک یا میکروگرین‌ها (microgreens) برای تولید غذای تازه در محیط بسته، تا آزمون حس‌گرهای محیطی ساخته‌شده توسط دانش‌آموزان و پژوهش‌های شناختی زیر فشار. در سفرهای طولانی به مریخ، خدمه نمی‌توانند به‌سرعت غذا و قطعات یدکی دریافت کنند؛ پس هر آزمایشی که نشان دهد گیاهان در محیط بسته چگونه رشد می‌کنند، ارزش راهبردی دارد.

روان انسان در محیط بسته

در یک ایستگاه زیرآبی، خدمه برای روزها در فضایی کوچک، مرطوب و بدون راه فرار فوری زندگی می‌کنند. آن‌ها به بیرون دسترسی ندارند مگر با غواصی، ارتباطشان با بیرون محدود است و هر خطای کوچک می‌تواند پیامدهای جدی داشته باشد. این شرایط، بازتابی دقیق از زندگی در ایستگاه فضایی است.

یکی از پروژه‌های این مأموریت، تدوین یک دسته‌بندی یا تاکسونومی برای تحلیل عوامل محیطی و تعامل‌های میان خدمه در محیط‌های آنالوگ فضایی بود. هدف این است که پژوهشگران بتوانند رفتار گروهی، سلسله‌مراتب تصمیم‌گیری، حل اختلاف و افت عملکرد در شرایط پرفشار را به‌صورت نظام‌مند بسنجند. تجربه نشان داده است که در مأموریت‌های بلندمدت، عامل انسانی می‌تواند به‌اندازه خرابی سخت‌افزار خطرناک باشد.

چرا مأموریت زیرآبی خطرناک‌تر است

خطرهای یک مأموریت زیرآبی به‌مراتب بیشتر از مأموریت‌های آنالوگ روی خشکی است. خرابی تجهیزات تنفسی، گرفتگی در مسیر خروج، تغییر ناگهانی وضعیت جوی و طوفان‌هایی که می‌توانند خدمه را به تخلیه اضطراری در نیمه‌شب وادار کنند، تنها بخشی از این خطرهاست.

به همین دلیل، رویه‌های ایمنی در این مأموریت‌ها سخت‌گیرانه‌تر از مأموریت‌های زمینی است. این سخت‌گیری، به‌نوبه خود تجربه را به یک مأموریت واقعی فضایی نزدیک‌تر می‌کند؛ زیرا فضانوردان نیز در فضا باید بر پایه فهرست‌های کنترلی دقیق، تمرین‌های مکرر و تصمیم‌گیری جمعی عمل کنند.

از کیست لارگو تا ماه و مریخ

مأموریت‌هایی مانند SEA STAR بخشی از یک برنامه پژوهشی گسترده‌تر هستند که در آن، خشکی، بیابان، قطب جنوب، دهانه‌های آتشفشانی و اکنون بستر دریا به آزمایشگاه تبدیل می‌شوند. هر محیط، بخشی از چالش‌های سفر فضایی را بازسازی می‌کند: یکی انزوا و تاریکی، دیگری محدودیت منابع، و سومی فشار و بی‌وزنی.

اهمیت این پژوهش‌ها با برنامه‌های آینده سفر به ماه و مریخ افزایش می‌یابد. در چنین سفرهایی، خدمه ماه‌ها یا سال‌ها در محیطی بسته و پرخطر زندگی می‌کنند، تأخیر ارتباطی طولانی دارند و نمی‌توانند به کمک فوری از زمین امیدوار باشند. بنابراین، شناخت دقیق رفتار انسان، فیزیولوژی بدن در فشارهای غیرمتعارف و شیوه‌های مدیریت منابع، پیش‌نیاز هر مأموریت سرنشین‌دار بلندمدت است.

آزمایشگاه ژول و ایستگاه‌های مشابه نشان می‌دهند که اقیانوس، برخلاف تصور، نه نقطه‌ای دور از فضا بلکه یکی از نزدیک‌ترین دروازه‌ها به آن است. هر روزی که یک پژوهشگر در عمق آب کار می‌کند، داده‌ای تازه به دانش ما درباره توان انسان برای زندگی در جایی می‌افزاید که هیچ‌کس به‌طور طبیعی برای آن ساخته نشده است.