Wie viel Schwerkraft ist tatsächlich nötig, um schwerwiegende gesundheitliche Folgen zu vermeiden?

Die meisten Diskussionen, die ich über die Verwendung von Halteseilen und Rotation gelesen habe, um die Schwerkraft auf Raumfahrzeugen zu simulieren, sprechen über die Simulation der Schwerkraft der Erde – 1 g oder 9,8 m/s 2 .

Eingebacken in die 1g-Zahl ist die Annahme, dass sich Menschen auf der Erde entwickelt haben, wo die Schwerkraft 1g beträgt, also ist es wahrscheinlich am gesündesten für uns. Aber ist das wirklich nötig? Gibt es Studien oder Untersuchungen darüber, wie viel Schwerkraft tatsächlich benötigt wird, um die langfristigen gesundheitlichen Auswirkungen zu minimieren?

  1. Ein Raumschiff, das sich dreht, um 1 g Schwerkraft zu erzeugen, würde entweder ein (umstritten) unpraktisch langes Halteseil erfordern oder sich so schnell drehen, dass es einen desorientierenden Coriolis-Effekt verursachen würde. Wikipedia gibt an, dass die menschlichen Faktoren eines Coriolis-Effekts bei 2 U / min größtenteils vernachlässigbar wären. Nach meinen Berechnungen ergibt dies bei der Schwerkraft der Erde einen Radius von 224 Metern, während er bei der Schwerkraft des Mars auf 84 Meter reduziert ist. Man könnte sich möglicherweise ein Raumschiff mit zwei bemannten Modulen vorstellen, die durch Halteseile und einen 168 Meter langen aufblasbaren Schlauch verbunden sind, damit Besatzung und Vorräte zwischen ihnen passieren können; Bringen Sie das jedoch für 1 g auf 448 Meter, das ist über eine Viertelmeile - und Sie können sehen, dass es unpraktisch wird.

  2. Ein Raumschiff, das 1 g Zentripetalbeschleunigung aushält, müsste mit der gleichen Steifigkeit und den gleichen strukturellen Eigenschaften wie eine ähnlich große Struktur auf der Erde gebaut werden, was bedeutet, dass es mehr Materialien erfordern und daher mehr Masse haben würde. Wenn wir davon ausgehen, dass das gesamte Fahrzeug auf der Erde zusammengebaut und als Einheit gestartet wird, wäre dies vielleicht kein solches Problem - da das Raumfahrzeug unter Erdbedingungen gebaut werden müsste und tatsächlich während des Starts eine Beschleunigung von deutlich mehr als 1 g aushalten müsste. Trotzdem wäre das Schiff während des Starts in einer anderen Konfiguration, die steifer ausgelegt werden könnte, oder vielleicht könnte eine aerodynamische Verkleidung verwendet werden, um während des Starts zusätzliche Steifigkeit zu bieten, oder vielleicht wäre die Beschleunigung während des Starts auf einer anderen Achse als die geplante Drehung. Unter der Annahme einer gewissen Menge an Orbitalmontage,

  3. Wenn wir Astronauten auf mehrmonatige oder mehrjährige Missionen zum Mars schicken oder dort sogar eine Kolonie gründen, werden sie der Schwerkraft des Mars ausgesetzt sein, die ( sehr ungefähr) ein Drittel der Schwerkraft der Erde beträgt. Ähnlich verhält es sich mit der Schwerkraft auf dem Mond 1 6 die der Erde. Wenn wir denken, dass das in Ordnung ist, warum sollten wir uns dann mit 1 g an Bord des Raumfahrzeugs herumschlagen, um sie dorthin zu bringen?

Die eigentliche Antwort lautet: "Wir wissen es nicht." Das Problem ist zu komplex, um es zu modellieren; sie muss experimentell beantwortet werden - und das Experiment ist für das aktuelle politische Klima etwas zu teuer.
Können Erkenntnisse von denen gewonnen werden, die lange Zeit ans Bett gefesselt waren (in 1g)? Wenn wir Auswirkungen auf Astronauten im Zusammenhang mit der Knochen- und Herz-Kreislauf-Gesundheit sehen, weil keine Kräfte vorhanden sind, gegen die die langen Knochen und das Herz arbeiten müssen, ist eine Bauchlage dann nicht vergleichbar? Gab es nicht Studien, die genau auf dieser Prämisse basierten? Und wenn ja, würde das nicht die Möglichkeit eröffnen, Schwellen zu untersuchen, ab denen Wirkungen auftreten?
@AnthonyX: Ja, Bettruhe hat viele Effekte, die denen von Zero G sehr ähnlich sind. Für die Knochendichte gibt es Hinweise auf einen sehr niedrigen Schwellenwert: nytimes.com/2016/04/02/health/…
Immerhin müssen wir zwei praktisch relevante G-Stufen berücksichtigen. Das des Mondes und das des Mars. Wenn beides für die menschliche Gesundheit nicht ausreicht, wird unsere Besiedlung des Weltraums ganz anders sein, als wenn sich herausstellt, dass diese mittlere Schwerkraft für uns gesund ist. Ich spekuliere, dass selbst eine leichte Schwerkraft ausreicht, um viele Probleme zu lösen, und Gymnastik in einer Umgebung mit geringer Schwerkraft könnte das Problem zumindest für ein paar Jahre lösen. Nur das Mars-Transfer-Raumschiff leicht zu drehen, würde viele Mikrogravitationsprobleme mit Mikroben sowie Probleme mit Fitnessgeräten beseitigen.
Ich frage mich, wie schwer ein Tierversuch wäre.
Warum kann Ihr Raumschiff nicht nur ein einziges Besatzungsmodul und eine Halteleine haben, die aus einem dünnen Kabel besteht? Ein Spectra-Seil, das eine Masse von 100 Tonnen tragen kann und 200 Meter lang ist, wiegt nur etwa eine Tonne. Dies ist leicht machbar.
Ich meine, irgendwo gelesen zu haben, dass 0,69 g ausreichen. Vielleicht würde das vorgeschlagene Raumschiff Nautilus-X deshalb diese Schwerkraft simulieren. Ich weiß jedoch nicht, ob dieser Wert auch für die lineare Schwerkraft oder nur für die Rotationsgravitation gilt (im letzteren Fall wäre eine ausreichende lineare Schwerkraft noch niedriger). en.wikipedia.org/wiki/Nautilus-X

Antworten (3)

Wir wissen noch nicht. Das Hauptproblem ist ein Mangel an empirischen Daten.

Es gibt nur vier speziell ausgebildete Freiwillige , die mehr als ein Jahr der Mikrogravitation ausgesetzt waren. Wir bräuchten Hunderte von Freiwilligen unter unterschiedlichen Schwerkräften, um den Unterschied zu messen (es ist jedoch plausibel anzunehmen, dass die Auswirkungen allmählich von der Schwere abhängig sind).

Fazit: Für jede Langzeitmission sollten wir so viel Schwerkraft (bis zu 1 g natürlich) wie vernünftigerweise möglich bereitstellen.

Sicherlich ist es nicht möglich, 1 g auf dem Mars vernünftig bereitzustellen (wer will schon in einer riesigen Zentrifuge leben?). Dies gilt also natürlich für den Transit. Geht man von ca. 2-Jahres-Zyklus für Mars und Erde, um für den Transport zwischen den beiden Welten ausgerichtet zu sein, und bei einer angemessenen Transitzeit (drei Monate?) Ist der Vorteil von einem vollen 1 g die zusätzlichen Kosten wert? Würden sechs zusätzliche Monate bei einer Marsgravitation von 1/3 g einen großen Unterschied machen? Wäre ein Zwischenwert (1/2 g oder 2/3 g) als Kompromiss sinnvoll und würde den Astronauten helfen, allmählicher zwischen den beiden Umgebungen zu „übergehen“?
Wie gesagt: Wir wissen es einfach nicht. Wir wissen nur, dass das Risiko, eine gut trainierte Person etwa ein Jahr lang einem strengen Regime auszusetzen, in einigen Fällen tragbar zu sein scheint. Im Falle einer Mars-Mission könnte das zumindest für einen Teil der Besatzung fatale Folgen haben.
Ich finde es frustrierend, dass nicht mehr getan wurde, um dies herauszufinden. Ein Jahr bei Null G könnte für einige Definitionen von akzeptabel akzeptabel sein. Aber Sie wollen niemanden zum Mars bringen, nur um herauszufinden, dass er nicht laufen kann, wenn er dort ankommt. Und Sie wollen keine Kolonie auf dem Mars bauen, nur um festzustellen, dass wir unter der Schwerkraft des Mars degenerieren und sterben. Irgendwo zwischen null und 1 g ist eine Menge, mit der wir langfristig leben können, und diese Zahl hat einen großen Einfluss auf eine Marsmission. Und doch sind wir hier und entwerfen munter Marsmissionen, ohne es zu wissen.
@EricShafto Ich stimme voll und ganz zu. Die Gravitationsfrage ist die einzige, die langfristig von Bedeutung ist, weil sie das einzige Problem ist, das auf absehbare Zeit nicht ingenieurmäßig gelöst werden kann. Ich würde sicherlich nicht in 38% Schwerkraft leben wollen. Auf der Erde würde man das 2,63-fache wiegen. Wir sollten große rotierende Raumstationen bauen und experimentieren. Vielleicht verlängert etwas mehr als 1G die Lebensdauer, wer weiß? Wir müssen es herausfinden.
Warum gibt es keinen größeren Anstoß (zumindest habe ich noch nie von einem gehört) für eine unbemannte Mission, um dies mit Tieren zu untersuchen?

Wir wissen es nicht.

Wir haben derzeit nur gute Daten darüber, wie es dem Menschen bei 9,81 m/s² oder bei 0 m/s² Beschleunigung geht.

Der einzige Fall, in dem Menschen jemals länger als ein paar Minuten irgendetwas zwischen 1 g und 0 g ausgesetzt waren, war während der Apollo-Mondlandungen (1,62 m/s²). Am längsten war Apollo 17 mit 75 Stunden. Immer noch nicht annähernd lange genug, um langfristige gesundheitliche Auswirkungen zu bemerken.

Um herauszufinden, wie genau sich verschiedene Gesundheitsprobleme mit abnehmender Schwerkraft skalieren, müssten wir einige Menschen für mehrere Monate in unterschiedliche Schwerkraftumgebungen bringen. Optionen könnten eine permanente Mondbasis oder eine zentrifugale Raumstation im Erdorbit sein. Soweit ich weiß, ist beides derzeit nicht im Budget irgendeiner Raumfahrtagentur.

Was meinst du mit „Der einzige Fall, in dem Menschen jemals länger als ein paar Minuten irgendetwas zwischen 1 g und 0 g ausgesetzt waren, war während der Apollo-Mondlandungen (1,62 m/s²). Am längsten war Apollo 17 mit 75 Stunden.“ Zu was G-Kräften ausgesetzt waren und für welchen Zeitraum. Die Landung selbst hat sicher keine 75 Stunden gedauert.
@DavidCage Was ich meinte, war, dass Apollo 17 75 Stunden auf der Mondoberfläche verbracht hat. Während dieser Zeit befanden sich die Astronauten permanent in einer Schwerkraftumgebung von 1,62 m/s². Dies war die längste Zeit, in der Menschen jemals einer konstanten Schwerkraft ausgesetzt waren, die deutlich unter 1 g, aber deutlich über 0 g lag.
Mein Fehler. Ich erinnerte mich, dass Buzz Aldrin und Neil Armstrong nur 21 Stunden auf dem Mond verbrachten, also dachte ich nicht, dass eine Landung so lang sein könnte. Warum so ein großer Unterschied zwischen erster und letzter Mission.
@DavidCage Das ist etwas, das Sie vielleicht als neue Frage stellen möchten.
@DavidCage Weil die erste Mission darin bestand, herauszufinden, wie man dorthin kommt. Massive Sicherheitsmargen und Ineffizienzen aufgrund mangelnder Kenntnisse darüber, was ihnen begegnen würde. Spätere Missionen könnten optimieren, Ecken abschneiden, wo es sicher ist, Golfausrüstung mitnehmen (sowohl Schläger als auch ein sehr Golfwagen-Lebensfahrzeug!) usw.

Ich denke, trotz des Mangels an ausreichend empirischen Daten gibt es einige Grundannahmen, auf die wir uns einigen können.

  1. Da sich Astronauten gut genug anpassen können, selbst wenn sie 1 Jahr lang in null G leben, ist die volle 1G-Erdgravitation wahrscheinlich nicht für ein dauerhaftes Leben erforderlich.

  2. Eine Person mit einem gesunden Body-Mass-Index (BMI) sollte kein Problem damit haben, sich an ein Leben mit 10 % niedrigerer oder höherer Oberflächengravitation anzupassen. Sogar bis zu 30 % niedrigere oder höhere Oberflächengravitation (SG) nach einiger Zeit.

  3. Die Anpassung an einen um 10-30 % höheren SG sollte für die meisten Menschen schwieriger sein als die Anpassung an eine um 10-30 % niedrigere Oberflächengravitation.

  4. Da sich die Schwerkraft des Mars sehr stark von den 1G und 0G der Erde unterscheidet, die auf der ISS und der Mir erlebt werden, besteht ein hohes Maß an Unsicherheit darüber, wie ernsthaft die Gesundheit durch ein längeres Leben auf dem Mars beeinträchtigt wird oder ob ein längeres Leben auf dem Mars möglich ist. Ähnliche gesundheitliche Auswirkungen wie bei längeren Raumflügen (Knochen- und Muskelabbau, Sehprobleme, erhöhte Blutkalziumspiegel durch den Knochenschwund) sollten auch auf dem Mars vorhanden sein, aber wir wissen nicht, inwieweit und ob sich Astronauten daran anpassen können Sie.

  5. Künstliche zentripetale Gravitation der Größenordnung 0,7-1 G auf einem rotierenden Raumschiff sollte die meisten der oben erwähnten negativen gesundheitlichen Auswirkungen verhindern (zumindest Knochen- und Muskelabbau und erhöhte Blutkalziumspiegel durch Knochenschwund), könnte aber auch andere negative gesundheitliche Auswirkungen haben, die wir nicht kennen. noch nicht bekannt. Nicht nur der Coriolis-Effekt führte zu Schwindel und Übelkeit.

Könnten Sie bitte erklären, was SG bedeutet.
SG ist nur eine Abkürzung für Surface Gravity, ich habe es mehrfach ohne Kurzform erwähnt.
Wie viel Schwerkraft ist tatsächlich nötig, um schwerwiegende gesundheitliche Folgen zu vermeiden?
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