Welche Modifikationen wären erforderlich, damit Menschen mit begrenzter Schutzausrüstung im Weltraum überleben können?

Das Überleben im Weltraum (Vakuum) ist glücklicherweise nicht so schwer, die Gefahren werden in der Fiktion übertrieben.

Wie ich vorgehen würde, ist, walähnliche Modifikationen an Menschen vorzunehmen, die in vielerlei Hinsicht von einer Hochdruckumgebung zu einem Niederdruck gehen, ist nicht allzu anders, als von einem Niederdruck zu einem Vakuum zu gehen. Alle Tricks, die tiefseetauchende Säugetiere wie Wale anwenden, um minuten- oder stundenlang unter Wasser ihre Funktionsfähigkeit aufrechtzuerhalten, könnten angewendet werden, um die menschliche Funktionsfähigkeit unter extremem Druck und in sauerstofffreien Umgebungen zu verbessern. Dazu gehören: 1) Widerstand gegen die Biegungen. 2) Die Fähigkeit, Sauerstoff zu speichern (oder einzusparen). 3) Die Fähigkeit, die Lunge zu kollabieren. 4) Modifikationen, um die dauerhafte Funktion des Herz-Kreislauf-Systems auch unter extremen Bedingungen zu gewährleisten, ähnlich wie es die Wale tun.

Die nächste Schwachstelle sind vor allem die Augen, da die Feuchtigkeit schnell verkocht. Ein biologischer Mechanismus, der helfen könnte, ist ein zähes, durchsichtiges inneres Augenlid, wie es viele Reptilien und Fische haben. Indem es bündig am Augapfel anliegt, würde es zum Schutz vor dem Vakuum beitragen, während der Mensch die Sicht behalten könnte.

Für ein komfortableres Funktionieren im Vakuum wäre es wahrscheinlich notwendig, die Haut allgemein zu straffen und die Abdichtung zu verbessern. Wir möchten möglicherweise Merkmale wie Ohren und Nasenlöcher, die fest verschlossen werden können und so die empfindlichen Membranen im Inneren schützen. In einem Vakuum haben wir keine Verwendung für Ohren oder Nase.

Mit relativ einfachen Modifikationen wie dieser wäre es nicht gesund, in einem Vakuum zu sein, aber die Funktion kann erhalten bleiben.

Wenn Sie eine viel längere Funktion wünschen, wird Sauerstoff eines der Hauptprobleme sein. Sie müssen einfach mehr davon speichern. Wale können bis zu 2 Stunden aushalten. Es wäre wahrscheinlich möglich, es mit weiteren Modifikationen noch weiter voranzutreiben. Letztendlich gibt es jedoch keine Möglichkeit, Sauerstoff in einem Vakuum zu erhalten, sodass ein Mensch mit dem feststeckt, was er in seinem Körper speichern kann. Da der Mensch nicht atmet, muss auch CO2 im Körper gespeichert werden, bis die Lunge wieder arbeiten kann. Dieses CO2 sorgt für eine weitere Einschränkung.

Das andere Problem ist die Temperaturregulierung. Wenn es nicht direktem Sonnenlicht ausgesetzt ist, besteht das größere Problem darin, überschüssige Wärme loszuwerden, da Vakuum stark isolierend ist. Das Schwitzen würde weiterhin funktionieren, da Wasser im Vakuum gut verdunstet. Dies stellt dann eine weitere Einschränkung für die maximale Dauer dar – die Menge an Wasser, die wir in unserem Körper speichern und verlieren können, ohne ohnmächtig zu werden.

Mit einer ganzen Reihe von walähnlichen Modifikationen plus zusätzlichen Modifikationen für die Exposition gegenüber Vakuum könnte ein Mensch wahrscheinlich etwa eine Stunde lang im harten Vakuum funktionsfähig bleiben. Länger als das würde wahrscheinlich eine mechanische oder Nano-Augmentation erfordern, wie z. B. eine Einheit, die in der Lage ist, CO2 zu entfernen und Sauerstoff im Blutkreislauf wieder aufzufüllen. Beachten Sie, dass ein Mensch nicht unerhebliche Mengen an Sauerstoff verbraucht, etwa 20 l pro Stunde, selbst mit Effizienzverbesserungen wird die Speicherung von Sauerstoff zu einem Problem, und statt der Speicherung sehen Sie möglicherweise eine Art extern betriebene Einheit, die CO2 in Kohlenstoff umwandelt und Sauerstoff, wodurch ein verlängerter Betrieb ohne externen Sauerstoff ermöglicht wird. Biologisch wird dieser Prozess als Photosynthese bezeichnet, und Sonnenlicht ist im Weltraum verfügbar, aber vakuumtolerante Zweige auf den Rücken einer Person zu pfropfen und sie dann in die Sonne zu legen, würde eine Menge anderer Probleme einführen. Aber im Prinzip könnte ein gut konstruierter photosynthetischer Mensch längere Zeit im Vakuum arbeiten, nur hätte die Haut nicht genug Oberfläche - eine ganze ReifeBaum produziert nur etwa so viel Sauerstoff wie ein Mensch ihn verbrennt, also bräuchten Sie einen wesentlich effizienteren Prozess, und er müsste im Hochvakuum betrieben werden. Tatsächlich wären also sowohl die Sauerstoffspeicherung als auch das Sauerstoffrecycling problematisch, was zu einer Art Grenze dafür führen würde, wie lange ein Mensch im Vakuum funktionieren könnte, ohne ihm Hunderte von Kilogramm Masse hinzuzufügen.

Nach dem, was ich gelesen habe, ist das Siedeproblem eigentlich nicht so groß, wie es sich anhört. Beim Kochen kühlt die Oberfläche schnell ab. Sie erleiden schnell Erfrierungen, wenn die äußeren Schichten Ihrer Haut / Zunge / Augen gefrieren, aber Sie kochen nicht so schnell weg, weil dies durch die Thermodynamik begrenzt ist. Der Körper ist eigentlich eine ziemlich gute Wärmequelle.

Die derzeitige Einschränkung für menschliches "Weltraumspazieren" besteht darin, dass wir nicht dafür ausgerüstet sind, die Luft im Weltraum festzuhalten. Es ist wirklich schwer, 1 Atmosphäre Druck zu halten. Die Luft wird uns buchstäblich aus den Lungen gerissen. Diese Druckunterschiede ähneln denen, die wir bei Tauchunfällen sehen, bei denen ein Taucher ohne Ausatmen auftaucht. Das Aufsteigen aus 10 m unter Wasser (mit SCUBA) ohne Ausatmen auf dem Weg reicht aus, um ein hohes Risiko für ein Lungenbarotrauma zu verursachen. 10 m Wasser entsprechen ungefähr 1 Atmosphäre, was Ihr Raumfahrer erlebt. Eine Lösung wäre also, die Lungen zu stärken, um diese Art von Missbrauch zu ertragen. Es ist jedoch nicht einfach, ein so erstaunliches System wie die Lunge zu verbessern, daher würde ich eine andere Lösung vorschlagen.

Geben Sie dem Gehirn eine Möglichkeit, Blut bewusst um die Lunge herum zu leiten, anstatt durch sie hindurch. Derzeit können Menschen 14 Sekunden im reinen Vakuum überleben, wenn sie ausatmen, um ein Barotrauma zu vermeiden. Die Grenze ist tatsächlich ziemlich frustrierend: Bei 0 psia gibt Hämoglobin Sauerstoff ab, anstatt ihn einzufangen. Das gesamte Blut, das durch die Lungen strömt, gibt seinen Sauerstoff an den Weltraum ab. Es dauert ungefähr 14 Sekunden, bis dieses vollständig sauerstoffarme Blut das Gehirn erreicht und eine sofortige Synkope verursacht. Wenn Sie Blut von der Lunge wegleiten könnten, könnten Sie es zirkulieren und viel länger überleben. Sie müssten nur Ihre anaeroben Toleranzen in Ihren Muskeln aufbauen, damit sie keinen Sauerstoff verbrauchen, den Ihr Gehirn benötigt.

Wir haben sogar die Anfänge dieser Hardware. Die Fossa ovalis ist ein Loch zwischen dem rechten Vorhof und dem linken Vorhof des Herzens. Wenn wir uns noch entwickeln und unseren Sauerstoffbedarf aus der Plazenta beziehen, existiert dieses Loch, damit der größte Teil des Blutes die Lunge vollständig umgehen kann. Das Septum primum ist eine Art Ventil, das darüber geht, um zu verhindern, dass Blut in die falsche Richtung fließt. Während unseres ersten Atemzugs sinkt der Druck im pulmanären Teil unseres Kreislaufsystems, wodurch das Septum primum geschlossen wird, und wir schließen es in sehr kurzer Zeit (nachdem wir seinen Zweck erfüllt haben). Wir machen ähnliches wie Ductus arteriosus und Ductus venosus für den gleichen Zweck.

Wenn man nur wenige Minuten bis zur Rettung überleben muss, müssen nur wenige Modifikationen vorgenommen werden.

Das größte Problem ist der Gasverlust – die Luft in Ihren Lungen wird sofort evakuiert, da Menschen den Atem nicht so stark anhalten können. Meine Lösung wäre in erster Linie eine künstliche - eine kybernetische Lunge. Ersetzen Sie eine Lunge durch eine Backup-Sauerstoffversorgung und einen Kohlendioxidwäscher. Bei Druckverlust kollabiert die normale Lunge und dichtet ab (verhindert einen aktiven Sauerstoffverlust aus dem Blut), während die künstliche Lunge mit gespeicherten Notfallvorräten übernimmt, um das Individuum am Leben zu erhalten. Menschen, die in künstlicher Atmosphäre leben, sollten mit nur einer Lunge voll funktionsfähig sein, damit dies für das tägliche Leben nicht wesentlich schädlich ist (je nach Effizienz des Geräts und erwarteter Nutzungsdauer muss möglicherweise nur ein Lungenflügel entfernt werden). Ohne die künstliche Lunge

Auf die streng genommen nicht unbedingt kurzfristig überlebensnotwendig wäre aber schönListe: Alle Öffnungen müssen modifiziert werden, um das empfindliche Gewebe zu schützen. Die Augen könnten eine Art robuste Nickhaut verwenden, die immer noch Sicht bietet, aber die Augenhöhle verschließt. Dies sollte das Erscheinungsbild nicht wirklich beeinträchtigen, da es im Allgemeinen nicht im Weg ist, und wir haben immer noch die Überreste eines solchen, sodass es eine einfache Anpassung sein sollte. Das Schließen der Nase zum Schutz der Schleimhäute erfordert etwas mehr Muskulatur, aber das sollte geringfügig sein und nicht unbedingt das Aussehen verändern (möglicherweise eine etwas knolligere Nase, die manche Leute sowieso haben), obwohl etwas Schleim mit erhöhter Viskosität die Nasenlöcher verstopfen könnte . Die Lippen müssen etwas stärker sein, um sie geschlossen zu halten, um das feuchte Gewebe zu schützen - sicherlich nicht genug, um den Atem anzuhalten, aber Feuchtigkeitsverlust nur mit Partialdruck reduzieren (unsicher, wie viel Gutes das wirklich bewirken kann). Die Trommelfelle müssen erheblich gestärkt werden, damit sie bei der anfänglichen Dekompression nicht ausgeblasen werden (sehr geringfügige Änderung).

Weiter unten denke ich an modifizierte Harnröhren-/Bartholin-Drüsen, die eine Art speziellen Schutzschleim absondern, dessen Freisetzung durch sehr niedrigen Druck ausgelöst wird. Der Schleim soll das Gewebe schützen, indem er die Schleimhäute feucht hält. Einige Analoge könnten auch für den Anus verwendet werden. Dies wird die Person im Vakuum etwas vor dem Schlimmsten schützen, aber wenn eine Dekompression eintritt... trage eine Windel.

Die Haut ist wahrscheinlich ausreichend, aber ein feineres, stärkeres Proteinnetz, das sie verstärkt, könnte wünschenswert sein (eine unerwartete Dekompression ist möglicherweise kein sicheres Ereignis und ein Schnitt könnte zu einem ernsthafteren Bruch im Vakuum werden). Die Kapillaren sollten ebenfalls verstärkt werden, um schwere Blutergüsse zu reduzieren, aber dies muss mit dem Risiko einer Arteriosklerose in Einklang gebracht werden. Keine optischen Veränderungen hier, nur widerstandsfähiger gegen Prellungen und Schnittwunden.

Dies sollte eine Person für ein paar Minuten am Leben erhalten, falls sie aus einer Luftschleuse geschleudert wird, aber keine offensichtlichen äußeren Veränderungen hervorrufen.

Ich würde sagen, das erste wäre, die Haut zu modifizieren. Es müsste zumindest kurze Perioden extremer Kälte aushalten und auch in der Lage sein, den Körper vor dem Gefriertrocknen durch Feuchtigkeitsabgabe zu schützen, während der Körper versucht, sich an die Umgebung auszugleichen. Obwohl natürlich spezielle Körperanzüge dabei helfen könnten. Wenn der Körper keine Feuchtigkeit oder andere Stoffe verliert, wird der Gefrierprozess dramatisch verlangsamt.

Das nächste Stück wäre, die Augen zu schützen. Sowohl vor dem Einfrieren als auch vor jeder Lichtquelle, die Sie blenden könnte. Es gibt auch verschiedene Möglichkeiten, dies zu tun. Am einfachsten wäre es natürlich, die Augen durch kybernetische Implantate zu ersetzen, die es einem ermöglichen, das gesamte EM-Spektrum (oder viel mehr davon) zu sehen. Einen Schritt zurück wären kybernetische Brillen, die eine Schnittstelle zum Gehirn haben und über den Augen sitzen, aber wie eine Brille abgenommen werden könnten.

Das letzte ist das Schwierigste und Wichtigste. die Lunge und genügend Sauerstoff. Meine größte Empfehlung für den durchschnittlichen Weltraumforscher wäre so etwas , das ist zufällig ein Fahrradairbag, der in einen Schutzhelm bläst. Es wäre am nützlichsten und wahrscheinlichsten, so etwas zu haben, das sich ausdehnt, um den Kopf zu schützen und etwas Sauerstoff zuzuführen. Es müsste zumindest den Oberkörper mit dem Kopf umfassen, damit sich die Lungen ausdehnen UND zusammenziehen können, um das Atmen zu ermöglichen.

Es könnte jedoch erforderlich sein, Cyborg zu werden, einen CO2-Wäscher für Ihren Blutkreislauf und einen Reserve-Sauerstofftank zu haben, der anstelle der Lunge funktioniert. Natürlich wäre es äußerst hilfreich, Blut zu haben, das sehr große Mengen an Sauerstoff transportieren kann, vielleicht sogar Nanobots, die eine „Backup“-Versorgung im ganzen Körper und im Blut aufrechterhalten. Dann müssen Sie nur einen Reflex haben, nicht auszuatmen oder zu versuchen, einzuatmen, wenn Sie sich in einem Vakuum befinden.

Das größte Problem ist Sauerstoffmangel. Mit der Zeit werden auch Strahlung und Verdunstung aufgrund von Unterdruck tödlich. Ich denke nicht, dass die Temperatur als solche ein Problem wäre, da Vakuum ein ziemlich guter Isolator ist. Der Wärmeverlust würde nur durch Strahlung und Verdunstung erfolgen, es würde keine Leitung oder Konvektion stattfinden.

Für Sauerstoff wären die Lösungen die Speicherung (Wale tun dies), Regeneration durch Photosynthese, Umstellung auf anaeroben Stoffwechsel oder, mein Favorit, Menschen dazu zu bringen, Sauerstoffmasken zu tragen. Zweite Wahl wäre der anaerobe Stoffwechsel, das können unsere Muskelzellen bereits unter Belastung, also könnte er schrittweise auf bestehenden Systemen aufgebaut werden. Sie würden es im Grunde erweitern, um auf alle Zellen einzuwirken, und etwas hinzufügen, um mit der Milchsäure fertig zu werden.

Dies würde ausreichen, um mit Notfällen fertig zu werden, wenn man etwas trainiert. Das Problem ist, dass das Vakuum wahrscheinlich Ihre Sinne durcheinander bringen würde, da die Augen aufgrund der Verdunstung schmerzhaft austrocknen und die Ohren offensichtlich nutzlos sind und wahrscheinlich sehr weh tun. Ohne Training würde dies wahrscheinlich zu tödlicher Panik und Orientierungslosigkeit führen. Aber wenn Sie wissen, wohin Sie gehen und was zu tun ist, und Ihre Ruhe bewahren, sollten die fünf Minuten kein Problem sein. Es würde wahrscheinlich auch ausreichen, Blut mehr Sauerstoff zu speichern. Ich denke, einige Taucher können das tatsächlich schon. Einfaches Training könnte also ohne genetisches Zeug ausreichen.

Das zweitwichtigste Problem wäre wahrscheinlich der Schutz der Augen, damit Sie im Vakuum richtig sehen können. Eine Nickhaut ähnlich der, die Kamele und Eisbären zum Schutz ihrer Augen verwenden, sollte ausreichen, da Sie nur die Verdunstung stoppen wollen, um keinen Druckunterschied zu haben. Und wir haben wahrscheinlich noch viele der Gene ...

Die Verdunstung im Laufe der Zeit aus der Lunge und anderswo würde zu einem Problem werden. Eine Art schützender Schleim, der im Vakuum trocknet und aushärtet und den Wasserverlust stoppt, könnte funktionieren. Es muss nicht wirklich so perfekt sein, da wir immer noch die Verdunstung zur Temperaturregelung verwenden möchten. Ich denke, die einfachste Lösung wäre, einfach mehr Flüssigkeit zu haben. Ein dickerer, runderer Körper würde da helfen.

Der letzte Killer wäre Strahlung. Schutzkleidung würde helfen, es sei denn, die Menschen wollen nackt ins All. Es könnte am einfachsten sein, den zuvor erwähnten Schutzschleim stark reflektierend zu machen, so dass er die meiste UV-Strahlung und einen Großteil des sichtbaren Lichts reflektiert. UV-Strahlung könnte auch ein bequemer Auslöser für die Freisetzung des Schleims sein. Und hochreflektierend zu sein ist keine schlechte Sache, wenn Sie darauf warten, gerettet zu werden, während Sie im Weltraum schweben.

Beachten Sie, dass sich diese Antwort nur auf kurzfristige Anpassungen bezog. Für ein langfristiges Überleben wären umfangreichere Änderungen erforderlich. Es wäre wahrscheinlich einfacher, Raumanzüge oder sogar Roboter zu verwenden. Ferngesteuerte Roboter wären wahrscheinlich viel praktischer für Vakuumarbeiten als die Anpassung an das Leben im Vakuum.

Viele lebende Organismen produzieren schildähnliche Rüstungen, um sich gegen klimatische Extreme zu wehren. Diese Art von Verhalten tritt jedoch hauptsächlich auf mikroskopischer Ebene auf. Der Prozess läuft in etwa so ab: 1.) Die Umgebung wird rau 2.) Bakterien beginnen mit der Produktion dieser Hülle (als Endospore bezeichnet ) 3.) Bakterien gehen in den Ruhezustand, bis eine nachhaltige Umgebung das Überleben und die Fortpflanzung ermöglicht.

Obwohl ich sicher bin, dass wir unsere Zellen in ein paar hundert Jahren oder so modifizieren könnten, um dies zu tun, ist es eine höchst unwahrscheinliche Lösung für Dinge wie einen Hüllenbruch, weil diese Schutzhülle: A.) in dem, was sie schützen kann, begrenzt ist gegen B.) bewirkt, dass der Organismus ruht.

Kurz gesagt, anstatt die Person zu retten, spekuliere ich, dass ein massiver Fall von endosporischen Zellen dazu führen würde, dass die Person ruht und in den Weltraum schwebt, wenn die Lücke groß genug ist. Wenn Sie mehr über Bakteriensporen lesen möchten, besuchen Sie diese Wikipedia-Seite.