شبیه‌سازی راهپیمایی فضایی در زیر آب: تمرینی برای ماه و مریخ

راهپیمایی فضایی، این بار در زیر دریا

وقتی یک فضانورد از دریچه ایستگاه فضایی بیرون می‌آید، تنها چند میلی‌متر پارچه و لایه‌های مصنوعی میان او و خلأ مطلق فاصله است. هیچ هوایی برای تنفس وجود ندارد و هیچ راه بازگشت فوری در دسترس نیست. اما همین تجربه را می‌توان در نقطه‌ای کاملاً متفاوت بازآفرینی کرد: کف اقیانوس.

در مأموریت شبیه‌سازی‌شده‌ای به نام «سی‌استار» (SEA STAR)، گروهی از پژوهشگران در یک ایستگاه زیرآبی در فلوریدا زندگی و کار کردند. «لباس فضایی» آنان در واقع تجهیزات غواصی اسکوبا بود و «راهپیمایی فضایی» یا فعالیت خارج از خودرو (EVA) به معنای شنا کردن در محیط اطراف ایستگاه در تاریکی آب بود. تفاوت بنیادین این شبیه‌سازی با نمونه‌های خشکی این بود که اگر سامانه پشتیبان حیات دچار اشکال می‌شد، هیچ راهی برای برداشتن کلاه و نفس کشیدن از هوای بیرون وجود نداشت؛ زیرا آن «هوا» در واقع آب بود.

چرا دانشمندان مأموریت آنالوگ می‌سازند

مأموریت آنالوگ (Analog Mission) به مأموریتی گفته می‌شود که شرایط سفر به ماه یا مریخ را روی زمین یا زیر آب بازسازی می‌کند. هدف، آزمودن دو چیز است: فناوری‌هایی که فضانوردان به آن نیاز خواهند داشت، و ظرفیت روانی انسان برای زندگی در انزوا و شرایط دشوار.

یکی از مهم‌ترین بخش‌های این آزمون، لباس فضایی است. لباس کامل فضایی همراه با سامانه پشتیبان حیات می‌تواند حدود ۱۴۱ کیلوگرم وزن داشته باشد، در حالی که لباس‌های شبیه‌ساز زمینی معمولاً بیش از ۱۴ کیلوگرم وزن ندارند. بزرگ‌ترین تفاوت میان این دو، همان امکان باز کردن کلاه و تنفس هوای آزاد در نمونه زمینی است؛ امتیازی که نه فضانورد در مدار دارد و نه غواص در اعماق آب.

فیزیک فشار: چرا کلاه را نمی‌توان برداشت

فشار آب با عمق افزایش می‌یابد؛ به ازای هر ده متر فرورفتن در آب دریا، حدود یک اتمسفر به فشار وارد بر بدن افزوده می‌شود. ایستگاه زیرآبی این مأموریت در عمق حدود هفت متری قرار داشت، یعنی فشاری نزدیک به ۱٫۷ برابر فشار سطح دریا. همین فشار است که نفوذ آب به درون کلاه یا ایستگاه را به یک تهدید جدی تبدیل می‌کند.

علاوه بر آن، در فشار بالاتر چگالی گاز تنفسی افزایش می‌یابد و تنفس سنگین‌تر می‌شود. همچنین گازهای بی‌اثر مانند نیتروژن با افزایش فشار، بیشتر در بافت‌های بدن حل می‌شوند. این پدیده را با قانون هنری (Henry's Law) توضیح می‌دهند: مقدار گازی که در یک مایع حل می‌شود، با فشار جزئی آن گاز روی سطح مایع نسبت مستقیم دارد. بدن انسان نیز در این زمینه مانند یک محلول عمل می‌کند.

حالت اشباع: بدن به‌عنوان یک مخزن گاز

غواصان این مأموریت در وضعیتی به نام اشباع (Saturation) قرار داشتند. اگر شخصی به‌قدر کافی در زیر آب نفس بکشد، بافت‌های بدنش برای آن عمق و فشار مشخص، بیشترین مقدار ممکن گاز بی‌اثر را جذب می‌کنند و پس از آن دیگر مقدار حل‌شده افزایش نمی‌یابد. از آن لحظه به بعد، غواص می‌تواند ساعت‌ها یا روزها در همان عمق بماند بدون آنکه زمان کاهش فشار مورد نیاز بیشتر شود.

همین ویژگی، امکان اقامت پنج‌روزه در ایستگاه زیرآبی را فراهم می‌کرد. اما بهای آن سنگین است: بازگشت به سطح، به فرایندی طولانی و مرحله‌ای به نام کاهش فشار (Decompression) نیاز دارد که می‌تواند ساعت‌ها یا حتی روزها به درازا بکشد. به همین دلیل، پروتکل ایمنی معمول غواصان که می‌گوید در صورت گم شدن به سطح بازگردید، در این مأموریت کنار گذاشته شده بود و تنها در وضعیت اضطراری کاربرد داشت.

بیماری کاهش فشار و اهمیت پروتکل‌ها

اگر گاز حل‌شده در بافت‌ها بسیار سریع آزاد شود، حباب‌های ریز در خون و بافت‌ها شکل می‌گیرند. این پدیده را بیماری کاهش فشار یا «خم‌شدگی» (Decompression Sickness) می‌نامند و می‌تواند به درد شدید مفاصل، آسیب عصبی و در موارد حاد به مرگ منجر شود. به بیان دیگر، خطری که غواص را تهدید می‌کند، از نظر شدت با خطرهای راهپیمایی فضایی قابل مقایسه است. به همین سبب، پیش از هر راهپیمایی زیرآبی، برنامه اصلی، برنامه‌های جانشین و رویه‌های اضطراری با دقت مرور می‌شد.

دستکش‌ها: همان محدودیتی که فضانوردان می‌شناسند

تجهیزات این مأموریت تقریباً همان تجهیزات غواصی معمول بود، با دو افزوده مهم: دستکش و چراغ‌قوه. دستکش‌ها از غواص در برابر خارهای موجودات دریایی و لبه‌های تیز محافظت می‌کردند، اما در عوض مهارت دست را به‌شدت کاهش می‌دادند. کار با دوربین یا پاک‌کننده‌های مکشی زیر آب با دستکش دشوار می‌شد و همین دشواری، تقریبی واقع‌گرایانه از محدودیت دست‌های فضانورد در داخل دستکش‌های پرفشار لباس فضایی بود.

تاریکی، ناوبری و کار گروهی

دید در محیط اطراف ایستگاه بسیار کم بود و چراغ‌قوه به بخشی اجباری از تجهیزات تبدیل شده بود. با وجود چراغ، شعاع دید تنها چند ده سانتی‌متر بود. در چنین شرایطی، حرکت دوشادوش و کنار هم ماندن گروه، هم ابزاری برای ناوبری و هم رویه‌ای ایمنی بود. ارتباط نیز با زبان اشاره استاندارد غواصی و چند نشانه اختصاصی انجام می‌شد؛ همان روشی که در مأموریت‌های شبیه‌سازی خشکی نیز هنگام از کار افتادن سامانه‌های ارتباطی به کار می‌آید.

روان‌شناسی: ترس از گم شدن

خطر گم شدن در تاریکی آب، فشار روانی ویژه‌ای بر گروه وارد می‌کند. فرمانده مأموریت، که مسئولیت جان هم‌گروهی‌های خود را بر دوش داشت، به‌طور طبیعی محتاط‌تر و مضطرب‌تر از غواصی‌های معمول خود بود. اما همین دشواری، فرصتی برای پرورش مهارت جهت‌یابی، ناوبری و رهبری در محیط‌های چالش‌برانگیز فراهم کرد. نکته آموزنده این است که بخش بزرگی از آموزش فضانوردی، در واقع آموزش مدیریت همین فشار روانی است.

از زیر آب تا ماه و مریخ

تجربه‌های مأموریت‌های آنالوگ نشان می‌دهد که آمادگی برای سفرهای طولانی‌مدت به ماه و مریخ، تنها به موشک و سامانه پیشران محدود نمی‌شود. لباس‌هایی با مهارت دست بیشتر، سامانه‌های ارتباطی مقاوم، رویه‌های روشن برای شرایط اضطراری و آموزش روانی خدمه، همه اجزای یک زنجیره‌اند. زیر آب، جایی که فشار، تاریکی و نبود راه فرار همگی واقعی‌اند، هنوز یکی از بهترین آزمایشگاه‌های روی زمین برای تمرین زندگی در فضا است.