本文最初发表于 Undark。
2023年1月，塔拉·斯威尼 (Tara Sweeney) 的飞机降落在塔瓦茨冰川 (Thwaites Glacier)，这是一个面积为 74,000 平方英里的南极洲最南端冰层。她与一个国际研究团队一起，研究冰川的地质和冰的结构，以及冰川融化如何导致海平面上升。但当她在地球最南端附近时，斯威尼一直想着月球。
“我感觉自己就像一名太空探险家，”斯威尼说。她曾是一名空军军官，现在在德克萨斯大学埃尔帕索分校攻读月球地质学博士学位。“你拥有所有这些资源，你还能去探索并进行科学研究。这真的很壮观。”
这就是太空科学家研究南极和其他偏远前哨站居民生理和心理的原因：近 25 年来，人们一直在模拟在另一个世界生活或前往另一个世界的可能情况。极地探险者在某种程度上可以类比登陆外星球的宇航员。虽然斯威尼的技术上并非执行“模拟宇航员”任务——她的主要目标是地球的地质勘探——但她的日子过得非常像一名太空探险家。
在 16 天里，斯威尼和她的同事们住在冰上的帐篷里，一半时间被困在里面，风暴把雪吹打在帐篷上。当天气允许时，斯威尼会乘坐雪地摩托往返于地震仪地点，有一次被困在白化天气中，她说，感觉就像在乒乓球里面快速移动。
在冰川上，斯威尼总是很冷，有时感到无聊，常常感到沮丧。但她也感到充满活力，欣喜若狂。她感受到了一种在家乡大陆上无法获得的专注。她说：“我有三个目标：做一个好的队友，做好科学研究，以及活下来。我只需要做这些。”
当然，这一切都不容易。但这可能比回到埃尔帕索的地球上要容易。“我的任务结束了，”她说。“我该如何处理所有这些感受？”
然后，在 5 月，她参加了 2023 年模拟宇航员大会 (Analog Astronaut Conference)，这是一个汇聚了在地球相对安全舒适的环境中模拟长期太空旅行的人们的聚会。斯威尼在约旦参观了一个模拟设施时得知了这次活动。在那里，她遇到了一位联合创始人贾斯·普雷瓦尔 (Jas Purewal)，他邀请她参加这次集会。
这次会议的举办地恰好是 Biosphere 2，一个玻璃板的、自给自足的栖息地，位于亚利桑那州沙漠中，看起来像 20 世纪 80 年代科幻小说中对太空定居点的设想——这是最早建成的设施之一，部分是为了了解人类是否能在 敌对外星环境 中创造一个 宜居环境。
一位在会上发言的女士曾在莫斯科的一个模拟太空栖息地里度过了八个月，她谈到了任务结束后对她的艰难。重返社会所带来的心理压力成为整个会议中一个喋喋不休的主题。事实证明，斯威尼并不孤单。
世界各地大约有 20 个模拟太空设施，它们接待志愿者作为研究对象，让他们在极地站、沙漠前哨站，甚至 NASA 中心内的密封栖息地中隔离数周或数月。这些地方旨在模拟人们在火星、月球或长期轨道空间站上的生活状况。科学家们表示，这类研究有助于测试医疗和软件工具，改善室内农业，并解决模拟宇航员面临的困难，包括像斯威尼遇到的，当他们的“任务”结束后所带来的困难。
最近，一个研究人员社区开始使该领域更加正规化：制定标准，以便结果具有可比性；将研究论文收集到一个数据库中，以便研究人员可以借鉴先前的工作；并将科学家、参与者和设施总监聚集在一起，分享研究成果和见解。
随着这种凝聚力，一个曾经安静的研究领域正在提升其声誉，并寻求获得太空机构的更多信任。“我认为模拟研究被低估了，”詹妮·赫斯特曼 (Jenni Hesterman) 说，她是一位退休的空军军官，正在帮助推动这种正规化。“很多人认为这只是太空夏令营。”
模拟宇航员设施 的出现是为了在不花费实际太空旅行费用的情况下进行太空任务的试驾。例如，科学家们希望确保工具正常工作，因此模拟宇航员将测试从宇航服到极端环境医疗设备的各种设备。
研究人员还对宇航员在隔离中的表现感兴趣，因此他们有时会追踪一些特征，例如 微生物组变化、压力水平和免疫反应，通过采集唾液、皮肤、血液、尿液和粪便样本。模拟任务“可以让我们了解一个人会如何反应，或者什么样的团队——什么样的组合——能够应对一些挑战，”意大利圣心天主教大学 (Catholic University of Sacred Heart) 的心理学教授弗朗西斯科·帕格尼尼 (Francesco Pagnini) 说，他曾与欧洲和意大利航天局合作研究人类行为和表现。
一些设施由航天机构运营，例如 NASA 的人类探索研究模拟器，或 HERA，它位于休斯顿 NASA 约翰逊航天中心 (Johnson Space Center) 内。该中心还设有一个名为“乘员健康与性能探索模拟器”或 CHAPEA 的 3D 打印栖息地，乘员将在那里模拟一次为期一年的火星任务。该结构看起来像人工智能使用宜家 (IKEA) 作为原材料创造的宇宙生活空间。
“我的任务结束了，”斯威尼说。“我该如何处理所有这些感受？”
然而，大多数模拟地点由私人组织运营，并接受航天机构、大学研究人员，有时也接受非专业人士的项目提案，这些项目由设施通过申请流程选出。
这类工作已经进行了几十年：NASA 的第一个官方模拟任务于 1997 年在死亡谷 (Death Valley) 进行，四个人在那里模拟了一周的火星地质学家。2000 年，非营利组织火星学会 (Mars Society)，一个太空探索倡导和研究组织，在加拿大努纳武特 (Nunavut) 建造了闪光灯火星北极研究站 (Flashline Mars Arctic Research Station)，不久之后又在犹他州建造了火星沙漠研究站。(NASA 研究人员也使用过这两个设施。)但在此之前，这种做法就已经存在，即使术语和永久性设施尚未出现：在阿波罗计划时代，宇航员曾经在亚利桑那州和夏威夷试用他们的月球车、太空行走以及科学技术。
根据 NASA 飞行模拟项目前首席科学家罗妮塔·克伦威尔 (Ronita Cromwell) 的说法，许多设施位于两种类型的地方：极端环境或受控环境。前者包括南极或北极研究站，这些站点通常用于研究睡眠模式和团队动力学等课题。后者——密封的模拟栖息地——主要用于人类行为研究，例如了解认知能力在任务期间如何变化，或测试软件等设备，这些软件可以帮助宇航员在不与任务控制中心通信的情况下做出决策。随着乘员远离地球，这种独立性变得必要，因为通信延迟会随着距离的增加而增加。
在克伦威尔从事 NASA 任务模拟工作期间，她看到了其价值。“让我兴奋的是，我们能够创造类似太空飞行的地面情况，研究人体在太空飞行中的变化，”克伦威尔说，“无论是心理、认知变化，还是生理变化。”
例如，宾夕法尼亚大学的精神病学研究人员最近 发现，HERA 乘员在认知任务中的表现更好——例如点击屏幕上随机出现的方块和记忆三维物体——随着任务的进行。另一项最近由西北大学 (Northwestern) 和德保罗大学 (DePaul) 的科学家领导的 HERA 研究 发现，随着时间的推移，团队在共同执行体力任务方面做得更好，但在进行创造性和智力合作时却表现不佳，例如头脑风暴一个给定物体的所有可能用途。这些大脑和行为上的变化可以教会科学家关于部署在其他偏远、单调、压力大的情况下的紧密团队。帕格尼尼说：“我认为太空心理学也能很好地说明日常生活。”
在生理方面，一个包括 NASA 科学家在内的国际团队 最近利用 火星沙漠研究站测试模拟宇航员是否可以快速学会使用一种可以在火星上使用的 设备 来治疗骨折——或在远离医疗设施的地球地点。对自给自足、可持续生活的调查揭示了低资源环境如何在地球上也能发挥作用。例如，另一个由格里菲斯大学 (Griffith University) 医学研究人员领导的团队进行了 一项实验，在紧急情况下从矿物质中提取水。
“我认为模拟研究被低估了，”赫斯特曼说。“很多人认为这只是太空夏令营。”
虽然实际在太空中进行的科学研究通常会受到关注，但所有系统的地面测试，包括人类系统，都是必要的，即使它们不总是光鲜亮丽或受到公众的赞扬。“我感觉自己掌握了一个深深的秘密，”克伦威尔开玩笑地说，谈到她从事 NASA 模拟项目的工作。
事实上，即使是从事相关领域工作的人有时也从未听说过这个领域。天体物理学家普雷瓦尔直到 2020 年才了解到模拟太空研究。然而，随着新冠肺炎 (Covid-19) 的限制措施到位，大多数设施都暂停了新的任务。“如果我不能去模拟，也许我可以把模拟带给我，”普雷瓦尔心想。
在英格兰沃里克 (Warwick) 她父母家后院垂柳和修剪整齐的树篱丛中，她用扫帚柄和帐篷状材料建造了一个测地线穹顶。普雷瓦尔在里面隔离了一周，只在需要去洗手间时才离开——而且那时她还穿着模拟宇航服。她以 20 分钟的延迟合成通信与穹顶外的人交流，并吃了冻干食品，她后来非常讨厌它，以及来自面包虫和蝗虫的昆虫蛋白，她比预期的更喜欢它。
虽然普雷瓦尔承认她的个人模拟“保真度较低”，但它为更严谨的研究提供了试驾。到 2021 年，普雷瓦尔与 SpaceX 的民用宇航员西恩·普罗克特 (Sian Proctor) 共同创立了斯威尼参加的模拟宇航员大会，以及一个拥有 1000 多人的在线社区。她还于 2022 年 11 月参加了别人自己家后院的一次模拟任务——后院被犹他州信托土地 (Utah State Trust Lands) 包围。他们的努力得到了火星学会的赞助，并涉及对心理健康、地质研究工具和可持续粮食供应的研究，所有这些如果他们要去火星都是必需的。
但他们并不是要前往火星，而是要去犹他州。在汉克斯维尔 (Hanksville) 这个小镇（那里有一个名为“空心山”的挖掘出来的岩石加油站便利店）不远的地方，就是通往火星沙漠研究站的岔路口。该设施由火星学会运营，沿着一条名为 N Cow Dung Road 的土路行驶 3.4 英里。这里的景色非同寻常：蘑菇状的岩石构造；沙质、颗粒状的地面；以及被侵蚀的红色岩石山丘。
该研究站位于被这些山丘环绕的一个平坦区域，拥有一个两层楼高、直径仅 26 英尺的圆柱形生活空间。栖息地通过地上的“隧道”连接到一个温室和一个看起来像普雷瓦尔早期后院创作的测地线穹顶，里面有一个控制中心和实验室。
2022 年 11 月，普雷瓦尔带领一个团队在那里进行了两周的活动，赫斯特曼担任指挥官。在栖息地里，一名天体生物学专业的学生试图利用乘员的食物残渣种植可食用蘑菇。另一位团队成员想看看他们是否能用奶粉和细菌制作酸奶。与此同时，普雷瓦尔正在试验一种名为 PARO 的人工智能伴侣机器人。PARO 的形状像一只小海豹，通常用于缓解医疗情况下的压力。乘员们与 PARO 互动，并佩戴生物监测带，测量他们互动时的心率等指标。
“火星”上的每一天都有设定的任务：太空行走，在虚拟现实头盔上固定骨折的脚踝，进行一次桌面应急演习，模拟烟雾中毒需要撤离，假装昏倒以测试应急响应协议。 他们的个人协议运行良好，但普雷瓦尔和赫斯特曼被困在一起，开始担心模拟事业整体的质量和一致性。他们开始思考制定标准：针对研究，针对设施本身。例如，在他们的犹他州火星研究站，水槽下的水管破裂了。有电气问题。丙烷监测器故障。
他们的任务结束后，他们与其他人员交谈，听到了关于过期灭火器，或者参与者在使用专用技术和生命支持系统时缺乏安全培训等问题。他们咨询了前飞机事故调查员艾米莉·阿波罗尼奥 (Emily Apollonio)。2022 年，她前往夏威夷，在位于茂纳洛亚火山 (Mauna Loa volcano) 上海拔 8200 英尺的 HI-SEAS 1200 平方英尺的模拟站生活。阿波罗尼奥认为 HI-SEAS 有可以避免的问题。例如，浴室只有一个堆肥马桶，任务成员不允许使用，还有一个小便池，女性也必须使用。
该草案版本于今年 6 月发布，他们希望改善参与者的条件——例如，确保设施符合建筑规范并提供充分的医疗支持。他们还希望鼓励模拟参与者遵循最佳研究实践，以确保严谨的产出。例如，标准建议每个任务都应由首席研究员和栖息地总监预先批准其研究计划，并制定研究完成时间表，并为人类实验获得机构审查委员会 (Institutional Review Board) 的批准。虽然获得联邦或机构资助的项目无论如何都会经过这些步骤，但这种正式程度并非普遍存在。
虽然一些模拟站已经制定了严格的协议来保护参与者，但她从同事那里听到的安全问题和包容性差距激励阿波罗尼奥创办了一家名为 Interstellar Performance Labs 的培训和咨询公司，以帮助未来的模拟宇航员在任务前做好准备。她还开始与普雷瓦尔、赫斯特曼等人合作编写一份名为《太空模拟国际准则和标准》(International Guidelines and Standards for Space Analogs) 的文件。
这些标准还详细说明了研究数据库的创建，将所有模拟项目的撰写（同行评审的和非同行评审的）集中在一个地方。这样，人们就不会重复劳动——就像那位种植蘑菇的人一样——除非他们想测试结果的可重复性。他们还可以更好地将他们的研究与航天机构已确定的需求联系起来，从而更直接地帮助现实世界并使其更具相关性。
“我不知道该去哪里，我不知道该去哪里，”阿波罗尼奥说。“我听不到自己的想法。”
作为这项集中化工作的一部分，普雷瓦尔、阿波罗尼奥、赫斯特曼和同事们还在制定一项名为“世界上最大的模拟”(World’s Biggest Analog) 的计划：一项同时进行的、为期一个月的任务，涉及至少 10 个分散在全球各地的基地，共同模拟未来在太空中大规模合作的存在。
到目前为止，尽管努力让社区团结一致并具有连贯性，但尚未完全解决模拟生活中给许多参与者带来困扰的方面：任务的结束。“在模拟任务中，比任务结束后更困难，”阿波罗尼奥谈到她自己的经历时说。
刚从 HI-SEAS 出来不久，她就和丈夫在威基基 (Waikiki) 的街道上散步。灯光、噪音——一切都太过分了。“我不知道该看哪里，我不知道该去哪里，”她说。“我听不到自己的想法。” 当他们选定一家餐厅吃晚餐，服务员递给她菜单时，她却僵住了。“我必须自己选择食物，”她意识到。这令人不知所措，而且这种感觉并没有减弱。
与此同时，赫斯特曼说，很少有人能理解这种经历。“你回到家，你感到非常兴奋，你很想把这件事告诉所有人，”她继续说道。“你告诉所有人一次，然后他们就结束了。回到付账单、割草之类的事情。你仍然想谈论它。”
普雷瓦尔想念团队和共同的目标感，并开始在模拟之外寻找它。“我需要在日常生活中找到同样的感觉，”她说。“我们都需要我们的团队。”
关于任务后体验的研究 很少，帕格尼尼说。2023 年 3 月，他与人合著了一篇由欧洲航天局委托撰写的 评论文章，旨在阐述太空人类行为和表现的研究现状，包括科学上的差距。他的研究发现，研究宇航员“任务后”的反应和应对机制一直被特别忽视。从模拟太空返回也是如此。
帕格尼尼说，这项研究不仅对模拟宇航员或实际宇航员有意义。太空生活与地球生活有相似之处——包括其困难之处。例如，意大利严格且漫长的新冠肺炎封锁，与离家执行任务相似。“当我们走出封锁阶段时，与他人联系感觉有点奇怪，”他说。地球上大部分的正常生活都感觉奇怪。
这种奇怪的感觉也延伸到其他经历，如军事部署和随后返回国内生活。“人们普遍期望，一旦他们团聚，家庭就会幸福地生活下去，”伊利诺伊大学传播学教授莉安·克诺布洛克 (Leanne Knobloch) 说，她对军事夫妇进行了大规模的重返社会研究。“所以，重返社会有时被忽视了，但越来越多的研究人员开始认识到这是一个充满挑战的时期，它并非人们所认为的那种童话般的结局。”
她指出，她的研究，就像太空旅行心理学和任务后体验的研究一样，可以应用于其他领域。“任何伴侣分离后又重聚的情况，这项研究都可以更广泛地帮助理解这一难题，”她说。
克诺布洛克的这项工作包括一些建议，以缓解过渡，例如让人们为他们可能遇到的问题做好准备。“如果你准备好了，并且预期自己可能会遇到一些问题，那么就不会那么有压力，”她说。“因为你会认识到它们是正常的。”
例如，阿波罗尼奥的 Interstellar Performance Labs 已经计划包括关于“售后护理”的教育，教育人们了解她所说的“脱轨效应”，即返回正常生活。 （“脱轨效应”指从高强度、高压力的环境中脱离出来，回到日常生活中时可能遇到的心理和行为上的不适应。）
当斯威尼 终于要离开塔瓦茨冰川的那一天，飞机仿佛凭空出现，仿佛偏远的前哨站变成了一个繁忙的机场。离开时，她向下看了看她团队中一半人留下的营地。“你能看到我们的小脚印有多小，”她说。在无尽的白色空间中间的一个小点。
自抵达北美以来，斯威尼一直享受与家人在一起的时光。但适应并不容易。“随着回来的每一天，我开始感到被拉向不同的方向，”她说。由于有许多项目正在进行——指导、演讲、进行博士研究——她感到自己的自我分裂了。在南极洲，她是一个平滑、完整的整体。
但在 5 月的模拟宇航员大会上，听到其他人类似的重返社会困难，斯威尼感到一丝正常。拥有一个支持社区可以帮助解决任务后的挣扎。进一步的研究——在新的数据库和标准化措施的帮助下——可以帮助揭示最佳的应对策略，以及成功的团队动态、压力制造者和缓解者，以及使任务实际操作更容易的工具和设计。也许有人会查看该数据库，看到这个科学空白，并尝试填补它。
这类研究可能会引起斯威尼和其他那些在重新适应日常生活方面遇到困难的人的共鸣。“我们必须回去工作，我们必须去看望家人，我们想继续我们之前正在做的项目，”她说。“但同时，我们也需要为我们刚刚经历的重大事件留出空间。并能够从中解压。”
更新：本文的先前版本错误地指出，塔拉·斯威尼的飞机于 2022 年 11 月降落在塔瓦茨冰川。她于 2022 年 11 月抵达南极洲麦克默多站 (McMurdo Station)，但直到 2023 年 1 月才降落在塔瓦茨冰川。文章还描述了斯威尼离开塔瓦茨冰川营地的场景，并错误地指出她当时正在离开南极洲。离开冰川后，她仍在南极洲停留了数周。最后，先前版本称风暴在景观上倾泻了数英尺深的雪。为澄清雪并非新降雪，本文已更新为反映雪吹打在帐篷上。
