Er is een verontrustend gebrek aan winterslaap in onze ruimtevarende plannen. Als we ooit een winterslaap hebben bedacht, kunnen we er dan van profiteren om met kleinere ruimtevaartuigen rond te komen?
De European Space Agency (ESA) werkt eraan om die vraag te beantwoorden.
De ESA heeft een zogenaamd 'themateam' dat werkt aan menselijke winterslaap. Het themateam werkt onder de paraplu van het Advanced Concepts Team, dat ideeën en technologieën bestudeert die op lange termijn van belang zijn voor de ruimtevaartinspanningen van ESA. Het is als een denktank die multidisciplinair onderzoek ondersteunt.
Als we een toekomst willen waarin bemande missies naar andere planeten - of mogelijk andere zonnestelsels - een realiteit zijn, dan zal de winterslaap daar deel van uitmaken. Ofwel, of een sterrenschip van meerdere generaties, met al zijn hulpbronnen-hongerige parameters.
De ESA zegt dat ze 'het gecontroleerde gebruik van verdoving en winterslaap hebben geïdentificeerd als een baanbrekende technologie voor bemande ruimtevaart'. Ze speculeren ook dat het verlagen van de stofwisseling van astronauten tijdens lange ruimtereizen niet alleen lucht, water en voedsel zou kunnen besparen, maar ook hun gevoeligheid voor stralingsschade zou kunnen verminderen.
De ESA gebruikt hun Concurrent Design Facility (CDF), een multimediale faciliteit waarmee hun verschillende teams kunnen samenwerken om de winterslaap te onderzoeken voor een reis naar een nabijgelegen planeet, waarschijnlijk Mars. De teamleden maakten de balans op van de huidige ruimtevaarttechnologie voor een vijfjarige Mars-missie die zes astronauten naar de rode planeet stuurt en terug. Dit is de eerste keer dat ze de impact van winterslaap op het ontwerp van missies hebben onderzocht.
"We hebben gewerkt aan het aanpassen van de architectuur van het ruimtevaartuig, de logistiek, de bescherming tegen straling, het energieverbruik en het algehele ontwerp van de missie", zegt Robin Biesbroek van de CDF.
Er is veel om over na te denken. Verschillende sci-fi-films en boeken hebben de winterslaap onderzocht, dus de meesten van ons kunnen veel van de problemen noemen. Welke psychologische effecten zullen er zijn? Het zou beslist schokkend zijn om een week, een maand, een jaar, zelfs langer te overwinteren en dan ergens in de ruimte wakker te worden. Hoe kan een mens zich daarop voorbereiden?
En hoe zit het met veiligheid? Sci-fi is bezaaid met mensen die te vroeg of te laat wakker werden uit de winterslaap. Zwak en kotsend, of misschien bedekt met koud zweet, menig hoofdrolspeler is op het verkeerde moment wakker geworden en merkte dat hun leven op zijn kop werd gezet door een slecht werkend wintersysteem.
Maar eerst de dingen.
Hoe zou de winterslaaptechnologie, als we die zouden kunnen ontwikkelen, het ontwerp van het ruimteschip beïnvloeden?
“We hebben gekeken hoe een astronautenteam het beste in winterslaap kan worden gebracht, wat te doen in noodsituaties, hoe om te gaan met menselijke veiligheid en zelfs welke invloed winterslaap zou hebben op de psychologie van het team. Ten slotte hebben we een eerste schets van de habitatarchitectuur gemaakt en een routekaart gemaakt om binnen 20 jaar een gevalideerde aanpak te bewerkstelligen voor de overwintering van mensen naar Mars, ”aldus Biesbroek.
Waarschijnlijk is het eerste dat opvalt de grootte van woonmodules. Een overwinterende bemanning zou een veel kleinere hab-module kunnen gebruiken dan een wakkere bemanning, zoals deze afbeelding illustreert.
Uit het vooronderzoek bleek dat de massa van het ruimtevaartuig met een derde kon worden verminderd. De bemanning overwinterde in kleine pods die als hutten voor de bemanning dienst deden als ze wakker waren. Het verwijderen van verbruiksartikelen zou helpen door enkele tonnen massa te elimineren.
De studie keek naar een cruise van 180 dagen naar Mars. De astronauten moesten voorafgaand aan de missie extra lichaamsvet opdoen en een medicijn zou hun winterslaap of verdoving veroorzaken. Ze overwinterden in hun donkere, gekoelde peulen en als ze wakker werden, was er een herstelperiode van 21 dagen.
Een van de bekendste gevaren waarmee astronauten bij lange ruimtevluchten worden geconfronteerd, is straling. Er zijn veel energetische deeltjes in de ruimte en het beschermen van de bemanning is een eerste zorg. Maar omdat bemanningsleden op één plek zouden overwinteren, wordt het makkelijker om bescherming te ontwerpen. Rond de pods kunnen afschermingen worden geplaatst, zoals watercontainers.
De basisaanname achter de winterslaap in de ruimte is gebaseerd op de winterslaap van dieren. Er zijn twee soorten overwinteraars in het dierenrijk: verplichte winterslapers die jaarlijks overwinteren, ongeacht de temperatuur of omstandigheden; en facultatieve overwinteraars die overwinteren als reactie op stressoren in de omgeving. Veel soorten dieren overwinteren, waaronder beren, buideldieren, vleermuizen, sommige knaagdieren en sommige eekhoorns.
"Al een tijdje wordt overwintering voorgesteld als een game-changing tool voor de ruimtevaart", legt SciSpacE-teamleider Jennifer Ngo-Anh uit. “Als we het basismetabolisme van een astronaut met 75% konden verlagen - vergelijkbaar met wat we in de natuur kunnen observeren met grote overwinterende dieren zoals bepaalde beren - zouden we aanzienlijke massa- en kostenbesparingen kunnen opleveren, waardoor langdurige verkenningsmissies kunnen worden gemaakt haalbaarder. '
Dat is echter nog steeds een groot probleem. De winterslaap is nog steeds enigszins mysterieus. Ze recyclen hun eiwitten en urine tijdens hun winterslaap. En ze kunnen tot 7 maanden overwinteren zonder botmassa te verliezen. Andere dieren in winterslaap onderbreken hun verlamming met periodes van meer typische temperatuur en hartslag, euthermische opwinding genoemd. Hoe dit allemaal zou worden beheerd bij mensen, een soort die van nature niet overwintert, is onbekend.
Er is echter een uitgangspunt voor menselijke winterslaap, en dat komt uit de moderne geneeskunde.
"En het basisidee om astronauten in een winterslaap te brengen is eigenlijk niet zo gek: een in grote lijnen vergelijkbare methode is getest en toegepast als therapie bij patiënten met trauma's in de intensive care en patiënten die al meer dan twee decennia grote operaties ondergaan," zei Ngo-Anh. "De meeste grote medische centra hebben protocollen voor het opwekken van onderkoeling bij patiënten om hun metabolisme te verminderen om in feite tijd te winnen, waardoor patiënten in een betere conditie blijven dan ze anders zouden zijn."
Dus onderzoekers beginnen niet helemaal opnieuw. Ze hebben in ieder geval een uitgangspunt, daar gaat het bij dit soort denktanks om.
"We willen in de toekomst hierop voortbouwen door onderzoek te doen naar de hersenpaden die worden geactiveerd of geblokkeerd tijdens het begin van de winterslaap, te beginnen met dieren en door te gaan naar mensen", concludeerde Ngo-Anh.
Meer:
- Persbericht: overwinterende astronauten hebben kleinere ruimtevaartuigen nodig
- ESA: Advanced Concepts Team; Bioengineering: winterslaap
- JSTOR Daily: The Mysteries of Hibernation
