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本周,13人将开始在一个小型、偏远的站点内进行为期九个月的任务,该站点在很大程度上与世隔绝。在他们的栖息地外,空气稀薄,温度极低,没有阳光。船员必须只吃他们储备的食物,并回收他们宝贵的水资源以供重复使用。然而,尽管看起来如此,这些人并不是要去太空,而是要去下一个最好的地方:南极洲。
欧洲康科迪亚研究站即将在最南端的大陆开始其第10个冬季季节,在那里,从大约五月开始,太阳将有三个多月不会升起。除了进行天文、大气和冰川研究等项目外,船员还将作为模拟火星任务的受试者。毕竟,他们的经历是我们最接近了解宇航员在真正的长途太空旅行中表现如何的方式,而无需真正将他们送离地球。“我们永远无法为一切做好百分之百的准备,”欧洲航天局 (ESA) 康科迪亚项目经理奥利弗·安格勒说。“我们只能尽我们所能,从类似的情况中尽可能多地学习。”
科学家将密切监测康科迪亚船员在身体、精神和情感方面的状况。“你有一群人有限的空间,无法以正常方式与外界联系,没有阳光或正常的昼夜节律触发因素,”德国航空航天中心生命科学项目经理彼得·格拉夫说,他曾参与过许多火星模拟任务。“你有一群你必须相处的人,你没有其他选择,也没有逃脱的机会。”研究将跟踪他们的饮食和新陈代谢如何与情绪变化相关,他们的睡眠是否会因缺乏阳光和压力变化而受到干扰,以及隔离和压力情况如何影响船员的动力。所有这些数据最终将用于帮助规划首次正式的火星和其他深空目的地任务。
康科迪亚站由法国极地研究所和意大利南极研究计划联合运营,只是世界各国航天机构和科学组织进行的众多火星模拟任务之一。2010年,俄罗斯、欧空局和中国合作开展了火星500任务,该任务将六名志愿者送入一个密封的栖息地,进行了为期520天的模拟往返红色星球的任务。美国国家航空航天局 (NASA) 经常将宇航员送到沙漠以及水下深处的“水瓶座”研究站,以模拟太空任务。非营利组织火星学会计划在其位于加拿大北部的闪光线火星北极研究站 (FMARS) 进行为期一年的任务模拟,从夏季开始。“通过实践这些任务,你可以找出你需要哪些技术,以及你不需要哪些技术,”火星学会主席罗伯特·祖布林说。“你可以找出对船员心理的真正要求是什么。我认为这些事情还有另一个作用:它们将人们的注意力集中在太空计划应该做什么上。”他说,模拟火星任务可以激发公众的兴趣,并激发对真正前往火星的支持。
迄今为止,所有火星模拟任务都存在缺点。康科迪亚站例如,主要是一个科学研究前哨站,因此其运行并不总是与太空任务的程序相符。例如,没有模拟的“任务控制中心”从远处进行协调,并且任务的结构不是围绕往返火星的运输时间表构建的。然而,量身定制的模拟任务(如火星500)有其他缺点。该模拟的时间表和运行严格遵守了对真实太空任务的期望,但它缺乏一个核心要素:危险。试验发生在俄罗斯科学院生物医学问题研究所莫斯科分所的模拟航天器中,因此与康科迪亚站不同,参与者知道,如果出现严重问题,真实世界就在门外等着。“在任何一种环境中,你都有优点和缺点,它们是互补的,”安格勒说。在许多方面,国际空间站是往返火星的最佳模拟场所。然而,它不能作为在红色星球表面生存所需的所有策略和技术的试验台。
模拟任务已经教会了人们令人惊讶的教训。在今年夏季 FMARS 任务的短期先导任务中,火星学会测试了各种已提议用于运送宇航员穿越火星地形的车辆。一些专家赞成加压 SUV 式的越野车,而另一些专家则主张使用敞篷漫游车或单人滑板车。“很长一段时间以来,我一直支持 SUV 类型,”祖布林说,“但根据我们所做的实地工作,我现在转变为单人全地形车。”他们的测试发现,宇航员每次想下车时都进行加压和减压太费力了。穿着宇航服的宇航员乘坐较小的交通工具具有更大的灵活性。“在你花费数十亿美元开发可以在火星上工作的漫游车或全地形车之前,你需要决定你想要哪一种,”祖布林说。“在工程学中,正确地制造东西很重要,但更重要的是制造正确的东西。”
生理和心理研究表明,在火星任务中可能遇到的压力和隔离下工作绝非易事。例如,火星 500 的六名船员中有四名表现出明显的不良反应。一些人失眠或失去进食和锻炼的动力。另一些人变得抑郁和与世隔绝。“这四名船员对于长期任务来说并不理想,并且可能会成为可能造成严重后果的问题,”宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的心理学家大卫·丁格斯说,他曾参与火星 500 实验和其他模拟太空任务。能够提前判断哪些船员容易出现这些问题,以及哪些个人素质可以预防这些问题,是“圣杯问题”,他说。“在我们的实验室里,我们寻找这些差异反应的生物学基础,并试图找出如何利用这些知识来识别和减轻风险。”
远离地球日常生活的其中一个好处是可以重新欣赏简单的事物。康科迪亚站过去的船员曾谈到在漫长的南极冬季过后第一次看到太阳。“安格勒说:“他们描述太阳返回的那一刻,它产生的巨大影响,基本上将他们与一切美好的事物重新联系起来,这真是令人印象深刻。”