圣地亚哥·卡拉斯科仰面躺着,看着暂停的《乐一通》开头,一名研究生将心电图电极贴在他胸口,并在手臂上绑好血压袖带。四点式安全带将他固定在床上——这张床很快就要开始旋转。
灯光暗下来,隔壁房间的操作员打开了猪小弟的动画片。动画片在卡拉斯科正上方的屏幕上播放,这有助于阻止这位20岁的年轻人移动头部——控制科里奥利效应,否则他可能会感到恶心。
旋转逐渐开始。卡拉斯科的脚被拉向踏板,直到达到稳定速度。感觉就像站在月球上——而不是躺在德州农工大学每分钟旋转17次的离心机上。
“我感觉不到自己在旋转,”德州农工大学本科生卡拉斯科说,“我心里知道,但身体上完全感觉不到。”
德州农工大学正利用这台离心机更好地理解人体如何响应低重力环境,比如月球和火星——NASA希望将宇航员送往那里。
人类进化而来以适应地球重力,科学家们已在国际空间站上研究了25年的失重状态。但在这两个极端之间会发生什么?月球重力是地球的六分之一,火星是地球的八分之三。
“我们没有那些数据,因为我们没有长时间停留在月球上,也没有人类到过火星,”德州农工大学航空航天工程教授、前NASA宇航员邦妮·J·邓巴说,“我们希望利用这些环境来研究心血管系统等生理系统的变化,从而真正为那些长期任务做好准备。”
德州农工大学的这台离心机之前属于NASA。它是在NASA的“星座计划”(此前的一次登月计划)期间建造的,在该计划被取消后被封存。后来它被转移到德州农工大学,交给了拥有工程学博士学位、并当选为美国国家工程院院士的邓巴。KBR与德州农工大学签订合同,在学院站的安东尼·伍德87人工重力实验室操作这台4000磅重的离心机,并提供新的显示和仪表系统。
NASA一直使用德国的一个设施进行离心机和卧床研究,人们可以在床上躺数周来模拟失重效果。新的德州农工大学离心机及其周围设施(包括床)旨在将这些研究带到学院站。首个NASA资助的离心机研究将于今年夏天开始。
“我们称之为‘归国’,”邓巴说,“目前唯一能与它媲美的设施就是德国那台。”
平躺
与军用飞行员使用的离心机不同——他们是坐在类似飞机座椅的直立座位上,有时承受高达地球九倍的重力——德州农工大学的离心机让参与者平躺,以重现低重力环境。需要明确的是,这些人无法真正摆脱地球重力来体验失重或月球、火星的重力。相反,他们将参与一种模拟不同重力级别的模拟实验,范围从宇航员在国际空间站上漂浮所感受到的微重力,到地球的完全重力。
离心机之所以能作为模拟装置,是因为卧床休息模拟了失重状态。在地球上,当人躺下时,心脏、肌肉和骨骼的运作会减弱。这比站立时更接近微重力状态——站立时,心脏必须对抗地球重力才能将血液从腿部输送到胸部和头部,肌肉和骨骼也会努力保持直立。
因此,如果平躺类似于微重力,那么离心机的旋转会增加施加在人身上的力——从头到脚——这样他们就不再是“失重”状态,而是处于月球或火星上,取决于旋转速度。
研究心脏
德州农工大学的离心机将首先用于研究心脏如何响应这些不同的重力水平。邓巴说,这将有助于建立重力与心血管健康(如血压、心率和其他心脏功能)之间的关系。这些信息将在宇航员远离地球时保障他们的健康。
安娜·迪亚兹·阿尔蒂莱斯是德州农工大学航空航天工程副教授,拥有航空航天工程博士学位,她是与邓巴合作开展该离心机首个NASA资助研究的主要研究员。离心机数据将补充他们从其他模拟(包括抛物线飞行和倾斜床)中收集的信息。
阿尔蒂莱斯、邓巴和迪安娜·肯尼迪(德州农工大学运动机能学与体育管理系副教授,拥有运动机能学-运动神经科学博士学位)还获得了一项NASA资助,将利用离心机研究月球和火星上的手眼协调能力。
未来的研究可能围绕邓巴的另一项热情:利用数字工程为火星定制太空服。邓巴想知道重力是否影响身体散热,这可能会影响太空服的设计。
“我们不知道的太多了,”邓巴说,“所以我们从一些简单的实验开始。”
“首要任务之一”
德州农工大学与NASA合作已有数十年。20世纪60年代,NASA的首批宇航员曾前往德州农工大学接受计算机培训。后来,该大学的低速风洞被用于测试航天飞机模型。最近,德州农工大学NASA太空食品研究设施雇佣的学生帮助为国际空间站制作了耐储存的餐食。航空航天医学是医学院的重点方向,而太空研究所正准备在NASA约翰逊航天中心附近开放,以重现月球和火星的地形,供公司和研究人员测试硬件。
“太空是德州农工大学工程学院和德州农工大学系统的标志性项目之一,也是首要任务之一,”德州农工大学航空航天工程系临时主任迪米特里斯·拉古达斯说,“所有这些将创造一个教育和研究的环境。我们将培养下一代领导者,他们将超越月球,前往火星。”
邓巴于2016年加入德州农工大学工程学院,帮助大学扩展了对载人航天领域的关注。她将人系统整合——确保工程师了解如何在所设计的居住舱和太空服中让太空旅行者存活并保持健康——作为教学的关键组成部分。
那位体验了旋转的学生卡拉斯科在邓巴的航空航天人系统实验室工作。他即将进入本科最后一年,攻读航空航天工程学士学位,并希望留在学院站攻读硕士学位。卡拉斯科对NASA及其月球和火星任务充满热情,并希望成为一名负责监督这些事业的飞行主管。
“能在大学期间就尽己所能做出贡献,对我来说意义非凡,”卡拉斯科说。
【全文结束】

