Có giới hạn nào về thời gian con người có thể sống sót trong không gian?

Không gian rất cứng, đặc biệt là trên xương và cơ, tim, mắt và về cơ bản là gần như mọi cơ quan của con người. Tuy nhiên, chúng ta không thể tránh xa nó. Cho đến nay, gần 700 người đã lên vũ trụ và con số đó sẽ còn tăng lên khi các chuyến bay vào vũ trụ tư nhân bắt đầu cất cánh. Nhưng khi nói đến việc tồn tại lâu dài trong không gian, cơ thể con người thực sự có thể chịu đựng được bao lâu?

Đầu năm nay, hai phi hành gia người Nga đã phá kỷ lục về thời gian lưu trú lâu nhất trên Trạm vũ trụ quốc tế (ISS), trải qua 374 ngày liên tục trong môi trường vi trọng lực. Các phi hành gia trên ISS giúp các nhà khoa học tìm hiểu về tác động của chuyến bay vũ trụ đối với cơ thể con người. Cảnh báo spoiler: chúng không tuyệt vời.

Môi trường không trọng lượng gây mất mật độ xương, teo cơ, giảm thể tích máu, giảm chức năng cơ tim, mờ mắt và mất phương hướng. NASA và các cơ quan vũ trụ khác đang hy vọng tìm hiểu thêm về những tác động này để giúp giảm thiểu rủi ro cho các phi hành gia khi du hành trong những chuyến hành trình dài trong không gian.

Theo NASA, sứ mệnh của con người tới Sao Hỏa sẽ mất khoảng ba năm. Nhưng loại hành trình đó—và thậm chí cả thời gian dài hơn trong không gian—sẽ ảnh hưởng gì đến cơ thể con người? Đối với Giz Asks này, chúng tôi đã nói chuyện với các chuyên gia để hiểu những thách thức khi sống sót trong môi trường không trọng lượng trong thời gian dài. Một người có thể chịu đựng cuộc sống trong bao lâu trong một chuyến du hành vào không gian sâu? Và trong trường hợp xấu nhất, điều gì sẽ xảy ra nếu ai đó bị mắc kẹt vô thời hạn trên ISS? Đây là những gì họ đã phải nói.

Giáo sư tại Trường Y thuộc Đại học Johns Hopkins, phó chủ tịch Chương trình Nghiên cứu Con người dành cho Dân thường trong Không gian và Nhà khoa học trưởng tại Chương trình Nghiên cứu Con người của NASA từ năm 2013 đến 2016.

Câu trả lời đơn giản: còn tùy. Một số phi hành gia chuyên nghiệp của chính phủ đã dành ít nhất một năm liên tục trong không gian mà hầu như không gặp phải tác dụng phụ nghiêm trọng nào. Chúng tôi biết rằng điều này có thể được thực hiện, ít nhất là đối với những người có sức khỏe tốt ngay từ đầu và những người tuân thủ các biện pháp đối phó nghiêm ngặt (chủ yếu là tập thể dục). Điều này có thể được kéo dài bao lâu? Nó phụ thuộc vào những gì được mong đợi từ những người trong không gian, những biện pháp đối phó nào có sẵn cho họ và liệu họ có quay trở lại Trái đất hay không.

Nếu công việc duy nhất của họ là sống sót, bất kể khả năng thực hiện bất kỳ công việc có ý nghĩa nào của họ, thì đó chỉ là vấn đề sống còn. Trong trường hợp này, con người có thể tồn tại trong không gian trong một thời gian khá dài. Nếu không có các biện pháp đối phó như tập thể dục, thời gian của họ sẽ nhàn nhã và thú vị. Mục tiêu duy nhất của họ là tận hưởng trải nghiệm, điều này có thể khá thú vị. Trong một thời gian. Cuối cùng, việc thiếu nỗ lực thể chất thậm chí ở mức tối thiểu (mà chúng ta có được trên Trái đất chỉ bằng cách chống lại trọng lực để đứng thẳng) sẽ gây ra sự thoái hóa nghiêm trọng của xương, cơ và tim. Những thay đổi này có thể không tệ nếu những người này ở trong trạng thái không trọng lượng lành tính của không gian, nhưng sự mất điều hòa sinh lý này rất có thể sẽ ngăn cản khả năng họ quay trở lại môi trường trọng lực của Trái đất.

Ngay cả khi những thay đổi sinh lý này không gây suy nhược hoặc gây tử vong, vẫn có những yếu tố gây căng thẳng khác có thể gây tổn hại theo thời gian. Những thách thức tâm lý khi sống trong một không gian nhỏ với ít người có thể rất đáng kể—đặc biệt là khi không có mục tiêu bao quát để biến khó khăn đó thành đáng giá. Nếu nằm ngoài mức độ an toàn tương đối của quỹ đạo Trái đất thấp, bức xạ không gian sâu có thể gây ra những ảnh hưởng đáng kể. Một số tác động này sẽ được tích lũy: nguy cơ mắc bệnh ung thư ngày càng tăng khi thời gian ở trong không gian ngày càng tăng. Các khía cạnh khác sẽ phụ thuộc vào các sự kiện lẻ tẻ như ánh sáng mặt trời mà khả năng bảo vệ có thể không đầy đủ và có thể tạo ra những tác động cấp tính rất nhanh chóng.

Song song với những vấn đề này là tác động ít được hiểu rõ của tình trạng không trọng lượng đối với sự phân phối chất lỏng trong cơ thể. Không có trọng lực, những chất lỏng này (máu, dịch não tủy, dịch bạch huyết và những chất khác) sẽ phân tán đều hơn thay vì bị hút vào chân. Người ta cho rằng một số tác động của sự dịch chuyển chất lỏng này – đã thấy trong các chuyến bay vũ trụ kéo dài vài tháng – là những thay đổi trong cấu trúc của mắt, sự dịch chuyển lên trên của não trong hộp sọ và những thay đổi nhỏ trong chức năng não. Đây có thể là dấu hiệu báo trước tổn thương thần kinh thực sự do thời gian kéo dài trong không gian. Có thể con người có thể ở trong không gian trong thời gian rất dài nhưng vẫn bị suy giảm dần dần chức năng thần kinh — những thứ như nhận thức và điều khiển vận động. Nếu những người khác trên tàu sẵn sàng hỗ trợ, những người này có thể sống sót trong một thời gian dài. Nhưng để làm gì? Đây là một trong những rủi ro chính mà chúng tôi nhận thức được. Có thể sẽ có những vấn đề khác phát sinh khi con người dành thời gian lâu hơn trong không gian. Chính những điều chưa biết này có thể là những yếu tố hạn chế, nhưng tất nhiên chúng ta không biết chúng là gì.

Tôi có thể mạo hiểm đoán rằng khoảng thời gian 5 năm, có thể nhiều hơn, để tồn tại trong không gian với những điều kiện vừa mô tả. Nhưng những người này sẽ chết trong không gian, chẳng mang lại nhiều giá trị gì ngoại trừ việc thiết lập các ranh giới sinh học về khả năng tồn tại trong một môi trường khắc nghiệt như vậy. Các biện pháp đối phó sẽ giúp giảm thiểu một số vấn đề y tế, trong trường hợp đó, thời gian tồn tại có thể kéo dài đến mười năm và thậm chí có thể cho phép quay trở lại Trái đất nếu tập thể dục đủ mạnh.

Một khi những người du hành vũ trụ bắt đầu làm việc, nguy cơ chấn thương sẽ tăng lên, nhưng nhu cầu duy trì thể lực ở mức độ cao hơn cũng tăng theo. Đây là một thách thức. Nếu họ tiếp tục công việc phải làm và ý định quay trở lại Trái đất, câu trả lời sẽ thay đổi. Trong trường hợp này, chỉ sống sót thôi là chưa đủ: khả năng thực hiện công việc có ý nghĩa và duy trì tình trạng xương, cơ và tim mạch là cần thiết. Ngay cả với các biện pháp đối phó về dinh dưỡng và tập thể dục tốt nhất hiện nay, bức xạ và cách ly cũng sẽ gây ra hậu quả. Với rất ít bằng chứng hỗ trợ, tôi sẽ đặt giới hạn này vào khoảng bốn năm. Với trọng lực nhân tạo, nó có thể dài hơn nhiều. Trong trường hợp này, những hạn chế có thể chủ yếu là do tâm lý và bức xạ. Nếu trọng lực nhân tạo được triển khai hợp lý, với tấm chắn bức xạ và chú ý đến các vấn đề tâm lý, thì trên thực tế có thể không có giới hạn về thời gian có thể dành cho không gian.

Câu trả lời cuối cùng không chỉ phụ thuộc vào các yếu tố vừa mô tả mà còn phụ thuộc vào từng cá nhân cụ thể – khuynh hướng di truyền, lối sống và khả năng đối phó với căng thẳng của người đó. Những con số ở đây chứa đựng rất nhiều điều không chắc chắn, nhưng chúng cung cấp điểm khởi đầu, chỉ ra các yếu tố cần xem xét và cho thấy các kịch bản nhiệm vụ khác nhau có tác động như thế nào.

Giáo sư khoa vật lý sức khỏe và khoa học chẩn đoán thuộc Trường Khoa học Sức khỏe Tích hợp tại Đại học Nevada, Las Vegas.

ISS đã nhận được liều lượng (bức xạ) thấp hơn khoảng ba lần so với không gian sâu do bóng của Trái đất chặn khoảng một phần ba và từ trường của Trái đất thêm một phần ba. Bề mặt của Sao Hỏa chiếm khoảng 1/3 không gian sâu do thân và bầu khí quyển của Sao Hỏa.

Việc che chắn ISS đủ để giảm liều lượng từ các sự kiện hạt mặt trời lớn, do đó không có nguy cơ đáng kể về bệnh bức xạ cấp tính. Do đó, nguy cơ chính được gọi là tác dụng muộn (ung thư, bệnh tim, đục thủy tinh thể) và nguy cơ tiềm ẩn về những thay đổi đối với nhận thức và trí nhớ, được quan sát thấy ở chuột nhắt và chuột cống nhưng chưa được thiết lập chắc chắn ở người.

Vì vậy, một cách để trả lời là hỏi xem một người sẵn sàng chấp nhận bao nhiêu rủi ro? Nếu rủi ro không giới hạn có thể chấp nhận được thì câu trả lời phải liên quan đến xác suất xảy ra các bệnh khác nhau.

Bức xạ gây tổn thương DNA và tạo ra các gốc do ion hóa trong mô dẫn đến tăng stress oxy hóa. Điều này có thể dẫn đến đột biến gen, quang sai nhiễm sắc thể, thay đổi môi trường mô như rối loạn hệ thống miễn dịch và truyền tín hiệu sinh hóa bất thường. Đây là những thay đổi báo trước cho các bệnh sức khỏe khác nhau.

Với sự che chắn như trên ISS, một người có thể sống sót nhưng có khả năng cao mắc các bệnh gây tử vong hoặc tỷ lệ mắc bệnh vượt quá xác suất 10% sau một vài năm ở trong không gian sâu.

Tôi nghĩ điểm chính cần hỏi là liệu nỗ lực dành vài năm trong không gian có đủ giá trị để chấp nhận rủi ro hay không và các cơ quan vũ trụ có nên đầu tư lớn để giảm thiểu rủi ro hay không. Các hiệu ứng muộn sẽ mất một thời gian để xuất hiện tùy thuộc vào loại nào. Thời gian tối thiểu sau khi tiếp xúc bao gồm đục thủy tinh thể làm suy giảm thị lực (hơn 5 năm một chút), bệnh bạch cầu (hai năm), ung thư rắn (khoảng 5 năm), bệnh tim (khoảng 10 năm), những thay đổi về nhận thức ít được biết đến. Vì vậy, có lẽ một câu hỏi khác là, một người có thể ở trong không gian bao lâu nếu không thể điều trị (đối với những căn bệnh đó).

Một nhà vật lý tại Đại học Stanford, người đã làm việc với NASA trong việc phát triển vật liệu sinh học để ngăn ngừa và điều trị tình trạng mất xương ở các phi hành gia trong chuyến bay vũ trụ.

Tính đến năm 2024, kỷ lục ở lại vũ trụ liên tục lâu nhất được nắm giữ bởi nhà du hành vũ trụ người Nga Valeri Polykov, người đã dành 437 ngày và 18 giờ trên trạm vũ trụ Mir từ tháng 1 năm 1994 đến tháng 3 năm 1995. Điều này cho thấy một người có thể ở trong không gian trong thời gian dài. hơn 1,2 năm. Ai đó có thể ở lại lâu hơn? Tuyệt đối. Tuy nhiên, những nguy cơ về sức khỏe ngày càng nghiêm trọng.

Hãy xem xét sứ mệnh kéo dài 1.000 ngày tới Sao Hỏa, đây sẽ là khoảng thời gian dự kiến ​​với công nghệ hiện tại của chúng ta. Trong môi trường vi trọng lực, cơ và xương yếu đi do thiếu hoạt động chịu trọng lượng thường xuyên.

Trong một nghiên cứu mà chúng tôi thực hiện với sự hợp tác giữa NASA và Đại học Stanford, chúng tôi đã phát triển một mô hình toán học dự đoán. Mô hình này cho thấy trong sứ mệnh sao Hỏa, 100% phi hành gia có khả năng mắc chứng loãng xương (khi mật độ xương thấp hơn bình thường), trong đó 33% có nguy cơ mắc bệnh loãng xương, tùy thuộc vào các yếu tố như tuổi tác, giới tính và sắc tộc. Điều đáng lo ngại hơn nữa là việc tiếp xúc với bức xạ. Đối với các sứ mệnh không gian sâu như hành trình trên sao Hỏa, nguy cơ ung thư tăng lên đáng kể do tiếp xúc nhiều hơn với các tia vũ trụ thiên hà (GCR) và bức xạ mặt trời. Một sứ mệnh trên sao Hỏa có thể khiến các phi hành gia tiếp xúc với bức xạ từ 0,7 đến 1 Sv, với 1 Sv làm tăng nguy cơ ung thư lên khoảng 5%. Con số này cao hơn nhiều so với liều bức xạ thông thường trên Trạm vũ trụ quốc tế (ISS), khoảng 0,3 Sv trong thời gian sáu tháng.

Ngoài ra, các nhà du hành vũ trụ còn phải đối mặt với những thách thức sức khỏe nghiêm trọng khác: Hội chứng thần kinh mắt liên quan đến chuyến bay vũ trụ (SANS), bệnh tim mạch và khả năng tổn thương hệ thần kinh. Các vấn đề về thị lực do sự thay đổi chất lỏng trong môi trường vi trọng lực có thể vẫn tồn tại ngay cả sau khi quay trở lại Trái đất. Sức khỏe tâm thần cũng là một mối quan tâm, vì sự cô lập, giam cầm kéo dài và khoảng cách với Trái đất có thể dẫn đến căng thẳng, lo lắng, trầm cảm và suy giảm nhận thức. Phản ứng của hệ thống miễn dịch bị thay đổi trong các nhiệm vụ kéo dài cũng làm dấy lên mối lo ngại về việc chống lại nhiễm trùng hoặc xử lý các trường hợp khẩn cấp về y tế.

Theo tôi, sứ mệnh kéo dài ba năm tới sao Hỏa là khả thi, mặc dù các phi hành gia có thể sẽ trở lại với những vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, một số trong đó có thể nghiêm trọng. Những nhiệm vụ dài hơn thế này sẽ đẩy tới giới hạn sức chịu đựng của con người.