跳月的科学

图片来源:欧洲航天局

宇航员在月球表面蹦蹦跳跳的首次登月视频看起来很有趣——但在月球上蹦蹦跳跳也对宇航员的肌肉、骨骼和心肺系统有益。

“低重力环境中的运动”(MoLo) 计划在地球上模拟月球重力(称为低重力)以研究人体如何适应,位于德国科隆的 ESA 欧洲宇航员中心的一组太空医学专家正在研究如何在月球上弹跳月亮可以帮助维持甚至生长健康的骨骼和肌肉。

博士后研究员兼项目负责人诺兰·赫森斯 (Nolan Herssens) 解释说:“我们希望生成和扩展关于人体如何反应和适应低重力的知识,以便为宇航员准备未来的行星探索任务。”

弹跳平衡

但是你如何模拟地球上的重力降低呢? 该计划分为几个阶段,首先是在意大利米兰的 ESA 地面设施“其他行星上的运动”中翻新通风井。 一根 17 米长的杆子上装有一根蹦极绳,允许一个人在模拟月球重力的情况下进行高达 6 米的垂直跳跃,并供团队研究运动及其生物力学。

第二阶段涉及抛物线飞行,这是一种模拟月球和火星重力的特殊飞行机动,使团队能够研究低重力对人体平衡的影响。

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“与米兰的跳跃练习相比,“Hypo-G”飞行对我们所有身体部位的影响都一样,就像在月球上一样。我们将进行标准化的平衡测试,以研究帮助我们保持平衡的生理系统的差异, ”科学运营工程师兼联合主管 Tobias Weber 解释说。

如果该研究表明平衡因重力水平降低而受损,则这些发现将有助于确定旨在防止在月球和后来的火星地形上跌倒和平衡问题的对策。

宇航员的一小步

在未来的一步中,研究人员将测试是否可以在国际空间站上进行低负荷跳跃,从长远来看,这可能会促进骨骼和肌肉的生长。

“骨骼对机械力非常敏感,在地球上,我们每天通过步行产生机械力,这足以维持我们骨骼和肌肉的完整性。在微重力下,这一切都消失了,我们还不知道月球引力是否足以维持肌肉骨骼的完整性,”Tobias 解释道。

“跳跃将增加一种非常有效和简单的锻炼,以帮助宇航员减轻甚至防止生理失调。与那些暴露在永久微重力下的人相比,宇航员在任务后需要更短的康复时间,”他补充道。

据该团队称,如果宇航员住在月球栖息地,很可能不需要额外的运动硬件。 “与空间站相反,宇航员可以在月球表面四处走动。因此,他们已经通过舱外活动 (EVA) 或日常任务进行了某种锻炼。受控最大跳跃可能是补充这种 EVA 的一种方式,不需要任何额外的设备,”欧洲宇航员中心和伦敦国王学院的联合主管大卫格林说。

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前面的月亮

为了在地球上进行进一步测试,该团队参与了为 ESA-DLR LUNA 设施开发卸载系统,其中包括一个垂直悬挂系统,可以同时悬挂两个人来模拟在月球地形上的太空行走。

通过这个开创性的项目,该团队正在扩大和汇集欧洲研究机构的知识,这些机构正在研究低重力对人体的影响。

“这是一个探索不足的领域,也是真正的应用科学。我们发现的任何东西很可能会对对抗措施和太空栖息地的发展产生影响。我特别兴奋地看到从近地轨道到深空探索的过渡, “托比亚斯说。

“要为在月球表面长期居住做准备,还有很多工作要做——尤其是月球生命的人体工程学。阿波罗宇航员穿着他们的 EVA 套装进出着陆器。在月球重力下行走和移动没有 EVA 套装是人类从未做过的事情,所以我们不知道“正常”的月球运动是什么——这对于优化 EVA 套装至关重要,同时也定义了天花板和存储高度,甚至是月球楼梯等东西是我们开始在地表建造‘家园’的时候了,”大卫补充道。

凭借物理治疗和神经康复的背景,诺兰很高兴看到地面医学的好处:“这些研究的结果将对太空旅行产生直接影响,我们为推动人类进入太空而取得的任何进步也可能成为现实。”转化为地球上的医学领域,例如在中风或手术后使用体重卸载系统进行康复过程。”