Międzynarodowa Stacja Kosmiczna: przebywanie w kosmosie Understand article

Tłumaczenie: Grzegorz Glubowski. Jak astronomowie jadają, śpią i myją się? Czy można dostać ‘choroby morskiej’ w kosmosie? Wdrugim z dwóch artykułów o ISS badają to Shamim Hartevelt-Velani, Carl Walker i Benny Elmann-Larsen z Europejskiej Agencji Kosmicznej.

Na pokładzie stacji

Duże okna zainstalowane w
laboratorium Kibo umożliwia
podziwianie Ziemi

Dzięki uprzejmości ESA

Shamim Hartevelt-Velani i Carl Walker

Jak żyją astronauci na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS)? Ziemskim środowiskiem, które najbardziej przypomina mikrograwitację na ISS jest woda – dlatego astronauci trenują w dużych basenach. Wewnątrz ISS, astronauci bawią się unoszącymi się kroplami wody i zamiast spacerować, mogą odepchnąć się od ściany i dryfować w powietrzu.

Astronauci obserwują 16 wschodów Słońca każdego dnia, ponieważ ISS okrąża Ziemię w 90 minut. Trudno się do tego przyzwyczaić. Śpią przeciętnie 5-6 godzin w ciągu dnia, zamiast 7-8 godzin snu na Ziemi. Przestrzegają ścisłego rozkładu pracy/snu. Oczywiście, brak snu może być wywołany wzburzeniem pierwszymi chwilami w „nieważkości”, wspaniałymi widokami Ziemi i ciemnością kosmosu.

Załogi spędzają około 160 godzin w tygodniu wykonując eksperymenty naukowe; pozostały czas przeznaczony jest na czynności życiowe, kontrolne i spacery kosmiczne (EVAs). Spacery kosmiczne są konieczne dla prac konstrukcyjnych, remontowych oraz dla instalacji wyposażenia naukowego na zewnątrz stacji. Dniem odpoczynku jest niedziela, chociaż niektóre eksperymenty trwają nieprzerwanie i muszą być monitorowane.

Spacer kosmiczny dla naprawy
uszkodzonego panelu
słonecznego

Dzięki uprzejmości ESA

Astronauci muszą dbać o siebie, a ich zdrowie i bezpieczeństwo należą do priorytetów. Muszą mieć dobrą kondycję psychiczną i umysłową. Spożywają trzy posiłki dziennie i czas posiłków jest ważny dla socjalizacji załogi. Jest kuchnia, w której pożywienie można podgrzać, lodówka i stół. Na podłodze są pęta, aby zaczepić stopy i utrzymać się w pozycji siedzącej, ale astronauci często jedzą unosząc się swobodnie. Używa się rzepów dla unieruchomienia pojemników z pożywieniem na stole. Większość żywności jest suszona, mrożona, stabilizowana termicznie albo gotowa do spożycia. Te zabiegi oraz nieważkość powodują, że smak pożywienia jest często nadwątlony (podobnie jest gdy próbujesz jeść będąc poważnie przeziębionym).

Włoski astronauta Paolo Nespoli
podczas posiłku na pokładzie ISS

Dzięki uprzejmości ESA

Różnorodność narodowości na pokładzie jest przyczyną bardzo starannego doboru diety. Astronauci mogą określić swoje upodobania żywieniowe przed pobytem na ISS, ale mogą też zmienić zdanie podczas misji, jeśli tylko wartość odżywcza (2800 kalorii dziennie) pozostaje zachowana. Żywność jest dostarczana okresowo z Ziemi statkami kosmicznymi (przez np.: ATV lub Progress).

Jest też żywność i napoje w proszku, przed spożyciem dodaje się do nich wodę. Pojedyncze porcje pożywienia nawadnia się za pomocą strzykawek, aby uniknąć strat; woda jest cennym towarem. Transport wody na ISS jest bardzo drogi, dlatego część wody z kabin jest odzyskiwana z zastosowaniem kondensacji. Ponieważ wodę trzeba oszczędzać, preferuje się nie pieniącą się pastę do zębów. Do higieny osobistej używa się mokrych ściereczek. Prysznic wezmą astronauci po powrocie na Ziemię.

Nie ma „góry” ani „dołu” w kosmosie. Śpi się po wtuleniu się w śpiwór przytwierdzony do ściany. Astronauci używają stoperów dousznych, aby nie słyszeć odgłosów pracy systemów podtrzymujących życie oraz dźwięków towarzyszących termicznemu rozszerzaniu i kurczeniu się ISS. Starają się unieruchomić swoje swobodnie unoszące się ramiona, aby nie zablokować przewodów zapewniających cyrkulację powietrza i spowodować niebezpiecznego lokalnego wzrostu stężenia dwutlenku węgla.

Temperatura jest utrzymywana na komfortowym poziomie przez klimatyzację, więc astronauci mogą nosić lekkie ubrania. Ciśnienie powietrza jest takie jak na Ziemi. Podczas startu i lądowania lub podczas spacerów kosmicznych, astronauci mają na sobie ciśnieniowe kombinezony kosmiczne, chroniące przed warunkami ekstremalnymi.

Mężczyźni i kobiety wybrani na astronautów pracują razem. Ich trening pomaga radzić sobie z brakiem prywatności i nabraniem umiejętności przetrwania w nowym środowisku przez miesiące. To środowisko staje się ich domem.

Fizjologiczne skutki „nieważkości”

Benny Elmann-Larsen, ESA Senior fizjolog

Ludzie i inne żywe organizmy adoptowały się do życia na Ziemi przez miliony lat w warunkach, które obejmują ciążenie ziemskie (1 g), szczególną temperaturę i wilgotność oraz określone ciśnienie tlenu. To są „normalne” dla nas warunki.

Podczas lotu kosmicznego jesteśmy początkowo narażeni na większe ciążenie podczas startu. Piloci nowoczesnych myśliwców często odczuwają około 9 g (w porównaniu z 4 g podczas startu promu kosmicznego), co jest uważane za wielkość graniczną, jaką ciało ludzkie może przez kilka sekund znieść bez szkody.

Leopold Eyharts podczas ćwiczeń
fizycznych w ISS

Dzięki uprzejmości ESA

Ziemska grawitacja pomaga nam zorientować się co jest górą, a co dołem i odczuwać poruszanie się. Sensory równowagi i ruchu (w szczególności ucho wewnętrzne i oczy) wykorzystują ciążenie jako odnośnik. Na orbitującym statku kosmicznym, brak grawitacji utrudnia określenie co jest górą, a co dołem.

Podczas pierwszych godzin lub dni w „nieważkości”, astronauci często podlegają skutkom braku zgodności między sensorami równowagi, które koordynują informacje wzrokowe i ucha wewnętrznego (rejestrującego ruch i szybkość) oraz stawów i mięśni. U wielu astronautów powoduje to coś podobnego do choroby lokomocyjnej na Ziemi – również powodowanej niezgodnością w układzie równowaga-ruch-wizja. Astronauci czują mdłości, aż ich ciała nauczą się nowych zasad, np. przewartościują odmienne sygnały nerwowe. Ostatecznie, osiągane są stabilne warunki, w których dominujące stają się informacje wzrokowe.

ISS, 20 sierpnia 2001
Dzięki uprzejmości ESA

Skoro na statku brak normalnego ciążenia, wszystko co podlega w ciele grawitacji, funkcjonuje odmiennie. Obciążenie kości jest inne, gdyż szkielet nie musi nieść ciężaru ciała, mięśnie mają o wiele łatwiejsze zadanie podczas przemieszczania ciała astronauty.

Przemieszczanie krwi w układzie krążenia także jest inne w kosmosie. Serce jest jednocześnie pompą i mięśniem. Skurcz mięśnia sercowego popycha krew wewnątrz ciała, jej cyrkulacja (podlegająca wpływowi ciążenia) zapewnia, że pompa zawsze ma zapas krwi do pompowania. Jeśli powrót krwi do serca jest niewydajny, będzie ono pompowało mniejsze i mniejsze ilości, a w końcu przestanie.

Układ krążenia podobne jak w kosmosie funkcjonuje, gdy leżysz na Ziemi. Krążenie jest najwydajniejsze przy określonym ciśnieniu krwi (z tego powodu mamy kłopoty, gdy ciśnienie naszej krwi jest za wysokie lub za niskie). Gdy leżymy, krew łatwiej wraca do serca, nie musi więc ono pompować tak mocno, jak gdy stoimy. Gdyby układ krążenia nie dostosował się do tej nowej sytuacji, ciśnienie krwi mogłoby wzrosnąć. Dlatego aorty (przenoszące natlenioną krew z serca do całego ciała) wypoczywają; umożliwiają przepływ krwi z mniejszym ogólnie oporem i przywracając jej normalne ciśnienie. Gdy serce napełnia się krwią (rozkurcz), mięsień serca lepiej wypoczywa, niż gdy stoimy, co skutkuje pompowaniem większych ilości krwi podczas skurczu, ale mniejszą liczbą skurczów na minutę.

Jest bardzo podobnie, gdy astronauci po raz pierwszy odczuwają nieważkość. Brak ciążenia powoduje, że krew łatwiej powraca do serca – redukując potrzebę silnego pompowania i zwiększając ilość krwi kierowanej do klatki piersiowej i głowy, zamiast do nóg. Twarze i zatoki astronautów mają tendencję do puchnięcia. Zmiana strumienia krwi początkowo zwiększa objętość krwi, ponieważ jest do niej wprowadzane więcej wody – głównie z tkanek w nogach. Ta dodatkowa woda rozcieńcza do pewnego stopnia krew i po kilku dniach nerki zaczynają wydalać więcej soli i wody, jak się to dzieje w normalnej sytuacji na Ziemi. Choć nieznaczna, opuchlizna twarzy i zatok może pozostać, sytuacja poprawia się po kilku dniach.

(Ten proces zaczyna się na wyrzutni, jeśli astronauci muszą czekać leżąc na plecach w swoich fotelach przez dwie godziny lub dłużej. Kiedy w końcu mogą na orbicie opuścić fotele, często ustawia się kolejka do toalety!)

Po powrocie na Ziemię, ciążenie skieruje płyny z głowy na powrót do nóg (kumulacja), co może powodować omdlenia jeśli astronauci stoją. Ponieważ więcej jednak piją, poziom ich płynów powraca do normy po kilku dniach.

Co ostatecznie pozwala astronaucie poradzić sobie z „chorobą kosmiczną”, warunkami ograniczonej przestrzeni i brakiem prywatności? Science in School spytał niemieckiego astronauty Thomasa Reitera.

Astronauta ESA Thomas Reiter
pomaga Jeffowi Williamsowi z
NASA z jego kombinezonem,
podczas przygotowań do działań
poza statkiem

Dzięki uprzejmości ESA

„[Zostać astronautą] było moim marzeniem od dziecka. Ćwiczyłem wszystkie wykonywane w kosmosie czynności gdy miałem sześć, siedem, osiem lat. Gdy miałem 11, obserwowałem pierwsze lądowanie na Księżycu. Nawet wtedy marzyłem o zostaniu astronautą. W tamtym czasie, podjęcie tego zawodu było w Europie mało prawdopodobne, ale miałem szczęście. Gdy w 1986 miała miejsce selekcja – byłem, jak myślę, w odpowiednim wieku i spełniałem warunki wstępne. Nie zastanawiałem się ani chwili nad podjęciem decyzji. Udało się.”

„Najbardziej ekscytujące momenty to oczywiście start i spacery kosmiczne… To jest naprawdę wspaniałe i każdy, kto miał szansę tam być, niecierpliwie czeka na opuszczenie stacji na kilka przynajmniej godzin. Są też ciekawe momenty na pokładzie: podziwianie piękna Ziemi lub rozgwieżdżonego nieba. Możliwy jest ponowny udział. To są najważniejsze momenty z osobistego, emocjonalnego punktu widzenia.”

Download

Download this article as a PDF

Resources

Dwa pierwsze arykuły o ISS, zobacz:

Kompletny wywiad z Tomasem Reiterem oraz podobne artykuły z Science in School, zobacz:

  • Warmbein B (2007) Down to Earth: interview with Thomas Reiter. Science in School 5: 19-23. www.scienceinschool.org/2007/issue5/thomasreiter
  • Wegener A-L (2008) Laboratorium w przestrzeni kosmicznej: wywiad z Bernardo Patti Science in School 8. www.scienceinschool.org/2008/issue8/bernardopatti/polish
  • Williams A (2008) Zautomatyzowany statek transportowy – wspieranie Europy w kosmosie. Science in School 8. www.scienceinschool.org/2008/issue8/atv/polish
  • Setki zdjęć, filmów i animacji dotyczących lotów załogowych dostępnych na stronie ESA: www.esa.int/esa-mmg/mmg.pl?collection=Human+Spaceflight i mogą być wykorzystywane do celów edukacyjnych.
  • ESA wydała wiele materiałów edukacyjnych o Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS):Drukowany zestaw edukacyjny ISS dla nauczycieli szkół podstawowych i średnich, dostępny we wszystkich 12 językach ESA. Zestawy umożliwiają fascynujące zajęcia związane z budową, pracą i przebywaniem na pokładzie ISS oraz zawierają informacje uzupełniające i ćwiczenia do nauczania w klasie. Możliwe są do uzyskania dla wszystkich nauczycieli krajów członkowskich ESA i można je zamawiać bezpłatnie na: www.esa.int/spaceflight/education
  • Interaktywna wersja Zestawu edukacyjnego ESA jest dostępna dla każdego na: www.esa.int/spaceflight/education
  • Cykl lekcji o ISS na DVD obejmuje tematy związane z planem zajęć w szkołach europejskich. Cztery lekcje w cyklu oparte są na projekcie „Zero Gravity”. Ostatnia „Robotyka kosmiczna” jest już dostępna dla wszystkich nauczycieli w krajach członkowskich ESA na: www.esa.int/spaceflight/education
  • Nowy fim DVD o fizyce związanej ze Zautomatyzowanym Pojazem Transportowym (ATV) ma być wydany w 2008 roku. Filmy DVD mogą być bezpłatnie zamawiane przez nauczycieli na: www.esa.int/spaceflight/education
  • ESA tworzy również cykl lekcji „online” dla uczniów szkół podstawowych i średnich. Zobacz: www.esa.int/SPECIALS/Lessons_onlineNowy zestaw „Space Exploration” dla szkół podstawowych będzie wydany w 2008 roku.

Dalsze szczegóły i materiały edukacyjne:

Institution

ESA

Author(s)

Shamim Hartevelt-Velani jest nauczycielem szkoły średniej, obecnie zatrudnionym w „European Space Research and Technology Centre” (ESTEC), w oddziale lotów kosmicznych. Jest tam specjalistą dydaktykiem.
Carl Walker jest pisarzem i wydawcą współpracującym z ESTEC. Pisze i wydaje wiele książek i materiałów na temat lotów kosmicznych i europejskiego programu kosmicznego.
Benny Elmann-Larsen jest starszym fizjologiem w ESA. Pracował na dwóch misjach „Spacelab” (1985 i 1993), dwóch misjach stacji kosmicznej „Mir” (1994 i 1995). Podczas dwóch ostatnich ściśle współpracował z Tomasem Reiterem. Kierował pierwszymi europejskimi badaniami symulacyjnymi nad wypoczynkiem w kosmosie 2000-2002, a obecnie w imieniu „Research and Operations Department w ESA” wydaje „Human Spaceflight Science Newsletter”.


Review

Jest to bardzo interesujący artykuł. Zawartość jest dość prosta, co umożliwia przeczytanie go przez niespecjalistów, np. uczniów poszukujących informacji. Z wyjątkiem części opisującej wpływ na układ krążenia, artykuł ten można polecić czytelnikom w dowolnym wieku.

Ten artykuł – drugi z dwóch – omawia medyczne i biologiczne aspekty lotów kosmicznych – obszar, o którego znaczeniu wielu uczniów nie wie. Ukazuje trudności związane z lotami oraz jak sobie z nimi radzić.

Źródła dołączone do tego artykułu są imponujące, ukazują zaangażowanie ESA w edukację. Są one godne polecenia lub poświęcenia czasu na ściągnięcie.


Mark Robertson, Wielka Brytania



License

CC-BY-NC-SA