زندگی پنج روزه در ایستگاه فضایی زیر آب: شبیه‌سازی مریخ در عمق دریا

آزمایشگاهی در عمق هفت متری دریا

تصور کنید پنج روز تمام،未经 از سطح زمین، در محفظه‌ای فلزی در عمق حدود هفت متری آب زندگی کنید. تنها صداهایی که می‌شنوید، صدای سامانه‌های پشتیبان حیات و هم‌تیمی‌هایتان است و هر بار که می‌خواهید از ایستگاه بیرون بروید، باید از حفره‌ای در کف آن به داخل آب شیرجه بزنید. این دقیقاً همان تجربه‌ای است که خدمه چهارنفره ماموریت شبیه‌سازی‌شده «سی‌استار» (SEA STAR) در آزمایشگاه زیردریایی ژول (Jules' Undersea Lab) در نزدیکی «کی لارگو» در ایالت فلوریدا از سر گذراندند. هدف از این تجربه، مطالعه چالش‌هایی است که فضانوردان در ماموریت‌های طولانی‌مدت فضایی با آن روبه‌رو خواهند شد.

چرا شرایط فضا را زیر آب شبیه‌سازی می‌کنند؟

انجام پژوهش در فضا هنوز بسیار نادر و بسیار گران است. فرستادن هر کیلوگرم تجهیزات و هر انسان به مدار زمین، هزینه‌ای سرسام‌آور دارد و امکان تکرار آزمایش‌ها نیز محدود است. به همین دلیل، در سراسر جهان مراکزی ساخته شده‌اند که می‌کوشند شرایطی مشابه فضا را روی زمین بازآفرینی کنند. به این مراکز «محیط‌های آنالوگ» (analog environments) می‌گویند. آزمایشگاه زیردریایی ژول یکی از شناخته‌شده‌ترین این محیط‌ها است، زیرا می‌تواند هم‌زمان سه ویژگی کلیدی فضا را فراهم کند: انزوای شدید، محدودیت فیزیکی فضا و محیطی که برای بدن انسان بیگانه و چالش‌برانگیز است.

از یک بارج متحرک تا ایستگاه پژوهشی

این مجموعه در دهه ۱۹۷۰ با نام «لا چالوپا» ساخته شد. طراحی آن هوشمندانه و متفاوت بود: یک بارج به عرض حدود شش متر و طول حدود هجده متر که می‌توانست بخش عمده فضای داخلی خود را با آب پر کند و از یک شناور به یک زیردریایی تبدیل شود. پژوهشگران می‌توانستند آن را به منطقه‌ای مناسب منتقل کنند، با آب‌گیری در بستر دریا مستقر کنند و پس از پایان کار، آب را تخلیه کرده و به جای دیگری ببرند.

با گذشت زمان، بودجه نگهداری این مجموعه کاهش یافت و سرانجام در مکان کنونی خود، یعنی نزدیک کی لارگو، مستقر شد. از آن زمان تاکنون ده‌ها ماموریت پژوهشی در آن انجام شده است؛ از جمله پروژه سی‌روزه ناسا و دو ماموریت که رکوردهای جهانی طولانی‌ترین اقامت زیر آب را با ۷۳ و ۱۰۰ روز به ثبت رساندند.

معماری کوچک اما کارآمد

درون ایستگاه، فضایی فشرده و در عین حال سازمان‌یافته وجود دارد. یک بخش آشپزخانه با میز غذاخوری و فضای کار را در خود جای داده است. در کنار آن، سرویس بهداشتی و دوش قرار دارد. مهم‌ترین بخش، «چاه ماه» (moon pool) است؛ حفره‌ای در کف ایستگاه که نقش درِ ورودی و خروجی را ایفا می‌کند و آب از آن به داخل راه می‌یابد. آخرین بخش، اتاق خواب با دو تخت دوطبقه است که می‌توان آن را با یک دیوار میانی به دو اتاق جداگانه تقسیم کرد تا حریم خصوصی بیشتری فراهم شود. سه پنجره در سراسر محفظه، به ساکنان دیدی رو به دنیایی به‌شدت سبز می‌بخشد.

سامانه‌هایی که حیات را ممکن می‌کنند

بقا در چنین محیطی بدون سامانه‌های پشتیبان حیات ناممکن است. کابل‌های ارتباطی و «کابل نافی» (umbilical) که هوا، آب شیرین و برق را تأمین می‌کنند، در ابتدا توسط ناسا تأمین شده بودند. تمام لوله‌کشی‌ها و اتصالات درون بارج غرق‌شده قرار دارند تا از تماس با ناحیه مرزی آب و هوا و از آسیب موجودات دریایی کف‌نشین محفوظ بمانند. همچنین خط ارتباطی مستقیمی با مرکز کنترل روی «زمین» برقرار است تا در شرایط اضطراری به کمک خدمه بیاید.

فیزیکِ فشار: چرا بدن زیر آب متفاوت رفتار می‌کند

در عمق حدود هفت متری، فشار وارد بر بدن تقریباً دو برابر فشار سطح دریا در تراز دریا است. این موضوع پیامدهای مهمی دارد. هنگام تنفس در چنین فشاری، تعداد مولکول‌های گاز در هر دم عملاً چند برابر می‌شود. بر پایه قانون هنری (Henry's law)، حلالیت گازها در مایعات با افزایش فشار زیاد می‌شود؛ بنابراین نیتروژن بیشتری در خون و بافت‌های بدن حل می‌شود.

اگر فرد به‌سرعت به سطح بازگردد، این گاز محلول به‌شکل حباب‌هایی در خون آزاد می‌شود که می‌تواند به بافت‌ها آسیب بزند. به همین دلیل، زندگی در این ایستگاه در وضعیت «اشباع» (saturation) انجام می‌شود؛ یعنی بدن فرصت می‌کند با فشار محیط به تعادل برسد و بازگشت به سطح تنها با یک برنامه صعود تدریجی و کنترل‌شده ممکن است. جالب است که به گفته فرمانده این ماموریت، همین فشار دوبرابر سبب می‌شد بدن خدمه فشار مضاعفی را تجربه کند و به همین علت نیازی به برنامه ورزشی اضافی، برخلاف رویه معمول در ایستگاه فضایی بین‌المللی، وجود نداشت.

یک روز کاری شبیه به مدار زمین

برنامه روزانه خدمه به‌گونه‌ای طراحی شده بود که تجربه فضانوردان در ایستگاه فضایی بین‌المللی را بازسازی کند. هر چهار عضو تیم مسئول پروژه‌های پژوهشی مشخصی بودند و در کنار آن وظایف روزانه‌ای مانند آشپزی، معاینه پزشکی، آزمون‌های شناختی، تعمیرات و رسیدگی به مشکلات پیش‌بینی‌نشده بر عهده‌شان بود. فرمانده خدمه نیز بر پیشرفت کارها نظارت می‌کرد.

میان این فعالیت‌ها، «پیاده‌روی‌های فضایی» انجام می‌شد؛ البته نه در خلأ فضا، بلکه شیرجه‌های اکتشافی با تجهیزات اسکوبا در آب‌های پیرامون ایستگاه. این پیاده‌روی‌ها به‌شدت خسته‌کننده بودند و بخش بزرگی از توان جسمی خدمه را می‌گرفتند.

انزوا، آرامش و طعم مریخ

یکی از یافته‌های مهم این ماموریت، جنبه روانی آن بود. با آنکه برنامه کاری سنگینی بر دوش خدمه بود، هیچ‌یک از آنان احساس استرس شدید نداشت. محیط زیر آب به‌شکلی شگفت‌آور آرام بود؛ تنها صدای قابل شنیدن، صدای سامانه‌های حیاتی و صدای خودشان بود. غذا نیز بهتر از انتظار از آب درآمد: وجود یک قابلمه کوچک برقی امکان پخت سوپ، خوراک و جو دوسر شب‌مانده را فراهم می‌کرد و همین لذت‌های کوچک، روحیه خدمه را به‌طور محسوسی بالا می‌برد.

ایستگاه از یک جهت دیگر نیز تجربه‌ای مریخ‌گونه می‌ساخت: احساس انزوا از زندگی روی زمین بسیار واقعی بود. خدمه دیدی از کره زمین، مانند آنچه فضانوردان ایستگاه فضایی دارند، نداشتند؛ در عوض از پشت پنجره‌ها دنیایی سرسبز و کاملاً بیگانه را می‌دیدند که گویی به سیاره‌ای دیگر تعلق دارد.

چرا این آزمایش‌ها اهمیت دارند؟

نخست، این محیط‌های آنالوگ امکان می‌دهند پروتکل‌های عملیاتی، ابزارهای پزشکی از راه دور، روش‌های نگهداری تجهیزات و شیوه‌های حفظ روحیه خدمه پیش از پروازهای واقعی آزموده شوند. دوم، پژوهش‌های فیزیولوژیک درباره اثر فشار، تنفس گازهای متراکم و تغییرات شناختی در انزوای طولانی، دانشی تولید می‌کنند که مستقیماً به سلامت فضانوردان مربوط می‌شود. سوم، طراحی زیستگاه‌های کوچک و خودکفا زیر آب درس‌های ارزشمندی برای طراحی پایگاه‌های آینده روی ماه و مریخ به همراه دارد.

نگاه به آینده

شرایطی که خدمه سی‌استار تجربه کردند، ترکیبی از تنگنای فیزیکی، فشار محیطی، انزوای اجتماعی و برنامه کاری فشرده است؛ دقیقاً همان عواملی که سفر چندساله به مریخ را دشوار می‌کند. هر روز اقامت در چنین ایستگاهی، یک گام کوچک در راه آماده‌سازی برای گامی بسیار بزرگ‌تر است. اگر روزی انسان بر سطح مریخ قدم بگذارد، بخشی از این موفقیت مدیون آزمایش‌هایی خواهد بود که در سکوت و تاریکی چند متر زیر سطح دریا انجام شده‌اند.