Sejak astronot mulai pergi ke luar angkasa untuk waktu yang lama, telah diketahui bahwa paparan jangka panjang terhadap gravitasi nol atau gayaberat mikro memiliki efek kesehatan. Ini termasuk atrofi otot dan kehilangan kepadatan tulang, tetapi juga meluas ke area lain dari tubuh yang menyebabkan berkurangnya fungsi organ, sirkulasi, dan bahkan perubahan genetik.
Untuk alasan ini, banyak penelitian telah dilakukan di Stasiun Luar Angkasa Internasional (ISS) untuk menentukan sejauh mana efek ini, dan strategi apa yang dapat digunakan untuk mengurangi mereka. Menurut sebuah studi baru yang baru-baru ini muncul di Internet Jurnal Internasional Ilmu Molekuler, tim peneliti NASA dan JAXA yang didanai menunjukkan bagaimana gravitasi buatan harus menjadi komponen kunci dari setiap rencana jangka panjang masa depan di ruang angkasa.
Sebagaimana dicatat, sejumlah besar penelitian telah dilakukan untuk mengidentifikasi dan mengukur efek gayaberat mikro pada tubuh manusia. Contoh yang baik dari ini adalah Studi Kembar yang dilakukan oleh Human Research Program (HRP) NASA, yang meneliti efek pada tubuh astronot Scott Kelly setelah ia menghabiskan satu tahun di Stasiun Luar Angkasa Internasional - menggunakan saudara kembarnya, Mark Kelly, sebagai kontrol. .
Ini dan penelitian lain telah mengkonfirmasi bahwa paparan terhadap gayaberat mikro tidak hanya dapat mempengaruhi kepadatan tulang dan massa otot, tetapi juga fungsi kekebalan tubuh, oksigenasi darah, kesehatan jantung, dan bahkan kemungkinan perubahan genomik dan kognitif. Selain itu, penglihatan juga merupakan sesuatu yang dapat dipengaruhi oleh waktu yang dihabiskan di ruang angkasa, yang merupakan hasil dari kurang sirkulasi dan oksigen yang membuatnya ke jaringan mata.
Faktanya, sekitar 30% astronot pada penerbangan ulang-alik jangka pendek (sekitar dua minggu) dan 60% pada misi jangka panjang ke ISS telah melaporkan beberapa gangguan pada penglihatan mereka. Sebagai tanggapan, Profesor Michael Delp - Dekan Sekolah Tinggi Ilmu Pengetahuan Manusia di Florida State University (FSU) dan rekan penulis di kertas - dan rekan-rekannya merekomendasikan bahwa gravitasi buatan dimasukkan ke dalam misi masa depan.
Selama bertahun-tahun, dan dengan dukungan NASA, Delps telah mempelajari pengaruh gayaberat mikro pada penglihatan astronot. Seperti yang dia katakan dalam rilis Berita FSU baru-baru ini:
“Masalahnya adalah semakin lama astronot berada di luar angkasa, semakin besar kemungkinan mereka mengalami gangguan penglihatan. Beberapa astronot akan pulih dari perubahan penglihatan, tetapi beberapa tidak. Jadi ini adalah prioritas tinggi untuk NASA dan agensi antariksa di seluruh dunia. Dengan aplikasi gravitasi buatan ini, kami menemukan itu tidak sepenuhnya mencegah perubahan pada mata, tetapi kami tidak melihat hasil terburuk. "
Untuk menentukan apakah gravitasi buatan akan mengurangi efek ini, Delp bekerja sama dengan para peneliti dari Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) dalam kolaborasi pertama kalinya. Mereka bergabung dengan Profesor Xiao Wen Mao (penulis utama studi) dari Universitas Linda Loma, serta anggota dari Universitas Arkansas untuk Ilmu Kedokteran, Lembaga Penelitian Anak-anak Arkansas, dan Universitas Tsukuba.
Tim kemudian memeriksa perubahan dalam jaringan mata tikus setelah mereka menghabiskan 35 hari di ISS. Subjek uji terdiri dari 12 tikus jantan berumur sembilan minggu yang diterbangkan dari Kennedy Space Center dan ditempatkan di unit Habitat Cage mouse (HCU) di JAXA "Kibo" Laboratory di ISS. Selama mereka tinggal, tikus dibagi menjadi dua kelompok.
Sedangkan satu kelompok hidup dalam kondisi gayaberat mikro ambient, yang lain tinggal di unit habitat sentrifugal yang menghasilkan 1 g gravitasi buatan (setara dengan gravitasi Bumi). Dari ini, tim peneliti menemukan bahwa kelompok sebelumnya menderita kerusakan pada pembuluh darah yang penting untuk pengaturan tekanan cairan di dalam mata.
"Ketika kita berada di Bumi, gravitasi menarik cairan ke bawah ke kaki kita," kata Phelps. “Saat Anda kehilangan gravitasi, cairan bergeser ke arah kepala. Pergeseran cairan ini memengaruhi sistem pembuluh darah di seluruh tubuh, dan sekarang kita tahu itu juga memengaruhi pembuluh darah di mata. ”
Selain itu, tim mencatat bahwa profil ekspresi protein juga telah berubah di mata tikus sebagai akibat dari gayaberat mikro. Sebagai perbandingan, tikus yang menghabiskan waktunya di centrifuge tidak mengalami kerusakan yang hampir sama dengan jaringan mata mereka. Hasil ini menunjukkan bahwa gravitasi buatan, kemungkinan dalam bentuk bagian berputar atau sentrifugal, akan menjadi komponen yang diperlukan untuk misi ruang angkasa berdurasi panjang.
Seiring berjalannya konsep, penggunaan gravitasi buatan di ruang angkasa bukanlah sesuatu yang baru. Selain menjadi konsep yang dieksplorasi dengan baik dalam fiksi ilmiah, lembaga ruang angkasa telah melihatnya sebagai cara yang mungkin untuk membangun keberadaan manusia permanen di ruang angkasa. Contoh cemerlang dari hal ini adalah Stanford Torus Space Settlement, desain utama yang dipertimbangkan oleh Studi Musim Panas NASA 1975.
Sebagai upaya kolaborasi antara Ames Research Center NASA dan Stanford University, program sepuluh minggu ini terdiri dari para profesor, direktur teknis, dan mahasiswa yang berkumpul bersama untuk membangun sebuah visi tentang bagaimana orang-orang suatu hari nanti mungkin hidup dalam koloni ruang angkasa yang besar. Hasil dari ini adalah konsep untuk stasiun ruang angkasa seperti roda yang akan berputar untuk memberikan sensasi gravitasi Bumi-normal atau sebagian.
Selain itu, rotasi torus 'telah dipertimbangkan untuk pesawat ruang angkasa untuk memastikan bahwa astronot pada misi jangka panjang dapat membatasi waktu mereka dalam gayaberat mikro. Contoh yang baik dari hal ini adalah Transportasi Universal Non-Atmosfer yang Diperuntukkan untuk Penjelajahan Amerika Serikat yang Panjang (Nautilus-X), konsep pesawat ruang angkasa multi-misi yang dikembangkan pada tahun 2011 oleh insinyur Mark Holderman dan Edward Henderson dari Tim Penilai Aplikasi Teknologi NASA.
Seperti penelitian sebelumnya, penelitian ini menyoroti pentingnya menjaga kesehatan astronot selama misi jangka panjang di luar angkasa, serta perjalanan jangka panjang. Namun, penelitian ini dibedakan karena ini adalah yang pertama dalam seri yang dirancang untuk lebih memahami gangguan penglihatan di antara para astronot.
"Kami berharap kolaborasi sains yang kuat akan terus membantu kami mengumpulkan hasil eksperimen yang diperlukan untuk mempersiapkan eksplorasi ruang angkasa berawak di masa depan," kata Dai Shiba, peneliti senior untuk JAXA dan rekan penulis di makalah tersebut. Mao, penulis utama studi ini, juga mengindikasikan bahwa ia berharap penelitian ini akan melampaui eksplorasi ruang angkasa dan memiliki aplikasi di Bumi:
“Kami berharap temuan kami tidak hanya mengkarakterisasi dampak lingkungan luar angkasa pada mata tetapi akan berkontribusi pada penyembuhan baru atau perawatan untuk masalah penglihatan yang disebabkan oleh luar angkasa juga lebih banyak gangguan yang terkait dengan Bumi, seperti degenerasi makula terkait usia dan retinopati.”
Tidak ada keraguan bahwa ketika datang ke masa depan eksplorasi ruang angkasa, ada banyak tantangan di depan kita. Kita tidak hanya perlu mengembangkan pesawat ruang angkasa yang dapat menggabungkan efisiensi dan tenaga bahan bakar, kita perlu mengurangi biaya peluncuran individual dan menemukan cara untuk mengurangi risiko kesehatan dari misi jangka panjang. Di luar efek dari gayaberat mikro, ada juga masalah paparan radiasi matahari dan kosmik yang berkepanjangan.
Dan jangan lupa bahwa misi ke permukaan bulan dan Mars harus bersaing dengan paparan jangka panjang untuk gravitasi yang lebih rendah, terutama di mana pos-pos terkait. Dengan demikian, tidak akan jauh untuk membayangkan bahwa tori dan sentrifugal dapat menjadi bagian biasa dari eksplorasi ruang angkasa dalam waktu dekat!
