在人类踏上另一颗行星之前——而这一天可能很快就会到来——一个问题需要得到解答:宇航员将如何在长达数月或数年的星际航行中度过他们的时间?
在今天上映的电影《Passengers》(太空旅客)中,超过5000人登上“阿瓦隆号”星舰,进行为期120年的新世界“家园二号”(Homestead II)的航行。出发前,他们每个人都进入了一个“休眠舱”,通过药物和环境控制,让他们进入低温休眠状态。基本上,他们将在长达一个世纪的旅程中大部分时间处于睡眠状态,只有四个多月是清醒的。
目前,人类离吉姆·普雷斯顿(克里斯·帕拉特 饰)和奥罗拉·莱恩(詹妮弗·劳伦斯 饰)所进行的星际旅行还差得很远,但这种科幻式的休眠技术实际上植根于今天的现实。美国国家航空航天局(NASA)正在资助 SpaceWorks Enterprises 的研究,该公司旨在通过一种类似于《Passengers》中描绘的过程,让宇航员进入人工休眠。
NASA 的“奔向火星”计划旨在2030 年代实现载人火星任务,SpaceWorks 公司总裁兼首席运营官约翰·布拉德福德认为,这项休眠技术可以为首次任务做好准备。
工作原理
为了启动(或者说,不启动)这种人工休眠,SpaceWorks 会将人的核心体温降至32摄氏度,然后对其进行镇静,以阻止身体对寒冷的自然防御——颤抖。医院在患者遭受创伤性损伤(如心脏骤停)时会采用这种名为“治疗性低温”或“靶向温度管理”的方法,因为血液供应不足需要额外的时间来愈合。降低的温度使患者进入一种类似无意识的状态,并起到神经保护作用,减缓其新陈代谢速率,降低其缺血性损伤(因血流不足导致组织缺氧和其他营养物质而受损)的风险。一旦患者康复,医生就可以将他们重新升温,并处理其他损伤。
然而,患者通常只在此状态下保持几天;在最长的一次试验中,中国进行了一项为期14天的研究,显示患者没有出现持久的或负面影响。布拉德福德认为,SpaceWorks 可以改进现有技术,延长健康人群的休眠时间。
“这比听起来更接近现实,但仍有许多问题需要解决,也需要大量的研发工作,”他承认。
布拉德福德表示,与《Passengers》中的一次长途休眠不同,船员将经历交错的为期两周的休眠周期。在休眠两周后,船员将被唤醒,休息几天,然后再次进入休眠,开始下一个周期。“我们的医疗团队更关注任何一个周期的持续时间,而不是重复周期,”布拉德福德说,“因为似乎对恢复期没有持久或长期的影响。”
在《Passengers》中,电脑会监控飞船及其船员的功能。但在现实生活中,布拉德福德表示,在最初的试验期间,至少会有一人保持清醒,负责照顾船员和维护系统。然而,随着技术的进步,SpaceWorks 希望逐步延长休眠时间,直到能够让宇航员在整个火星 transit 期间保持休眠状态。在他们无意识的情况下,一根装有营养液(称为“全胃肠外营养”)的静脉输液管将维持宇航员的生命。
与《Passengers》中制造并运营“阿瓦隆号”的“家园公司”不同,SpaceWorks 不会停止衰老过程,也不会延长人类寿命。所以“阿瓦隆号”的乘客到达新殖民地时,将比离开地球时老了120岁。
但这项技术可以使长途太空飞行更加高效。虽然“阿瓦隆号”因其规模和奢华而被比作“泰坦尼克号”(并因其在沉船上发生的爱情故事而与电影《泰坦尼克号》相提并论),但 SpaceWorks 正在积极致力于减少每位乘客在飞船上所需的空间。
如果宇航员处于睡眠状态,就需要投入更少的资源用于居住空间、住宿、食物等,而可以将更多资源用于寻找能加快行程和保护船员的技术,例如更厚的辐射屏蔽。“我们这样做是为了减少人们所需的食物和消耗品,并能够在狭小空间内打包人员,”布拉德福德说。SpaceWorks 认为,根据配置的不同,它可以将 NASA 载具的质量减少 52% 到 68%。
更小的飞船可以大大降低探索宇宙的成本,从而使我们更接近真实的星际探索。