¿Cuánta gravedad se necesita realmente para evitar consecuencias graves para la salud?

La mayoría de las discusiones que he leído sobre el uso de ataduras y la rotación para simular la gravedad en una nave espacial hablan sobre la simulación de la gravedad de la Tierra: 1 g o 9,8 m/s 2 .

En la cifra de 1 g está la suposición de que los humanos evolucionaron en la Tierra, donde la gravedad es de 1 g, por lo que probablemente sea más saludable para nosotros. ¿Pero es eso realmente necesario? ¿Ha habido algún estudio o investigación sobre cuánta gravedad se necesita realmente para minimizar los efectos en la salud a largo plazo?

  1. Una nave espacial que gira para generar 1 g de gravedad requeriría una cuerda (discutiblemente) imprácticamente larga, o tendría que girar tan rápido que causaría un efecto Coriolis desorientador. Wikipedia afirma que los factores humanos de un efecto Coriolis serían en su mayoría insignificantes a 2 rpm. Según mis cálculos, con la gravedad de la Tierra, eso produce un radio de 224 metros, mientras que con la gravedad de Marte, eso se reduce a 84 metros. Uno podría imaginar potencialmente una nave espacial con dos módulos tripulados conectados por amarres y un tubo inflable de 168 metros de largo para permitir que la tripulación y los suministros pasen entre ellos; sin embargo, suba eso a 448 metros por 1 g, eso es más de un cuarto de milla, y puede ver que comienza a ser poco práctico.

  2. Una nave espacial que soporta 1 g de aceleración centrípeta tendría que construirse con la misma rigidez y propiedades estructurales de una estructura de tamaño similar en la Tierra, lo que significa que requeriría más materiales y, por lo tanto, tendría más masa. Si asumimos que toda la nave se ensambla en la Tierra y se lanza como una unidad, tal vez esto no sería un problema, ya que la nave espacial tendría que construirse en las condiciones de la Tierra y, de hecho, soportar una aceleración significativamente mayor a 1 g durante el lanzamiento. Aun así, la nave tendría una configuración diferente durante el lanzamiento que podría diseñarse para ser más rígida, o tal vez se podría usar un carenado aerodinámico para proporcionar rigidez adicional durante el lanzamiento, o tal vez la aceleración durante el lanzamiento estaría en un eje diferente que la rotación prevista. Sin embargo, suponiendo cierta cantidad de montaje orbital,

  3. Si vamos a enviar astronautas en misiones de varios meses o varios años a Marte, o incluso comenzar una colonia allí, estarán expuestos a la gravedad marciana, que es ( muy aproximadamente) un tercio de la de la Tierra. De manera similar, la gravedad en la Luna es 1 6 la de la Tierra. Si creemos que está bien, ¿por qué molestarse con 1 g a bordo de la nave espacial para llevarlos allí?

La respuesta real es "no lo sabemos". El problema es demasiado complejo para modelarlo; debe responderse experimentalmente, y el experimento es un poco demasiado costoso para el clima político actual.
¿Se puede obtener alguna información de aquellos que han pasado largos períodos de tiempo confinados a la cama (en 1g)? Si vemos efectos en los astronautas relacionados con la salud ósea y cardiovascular debido a la ausencia de fuerzas contra las que tienen que trabajar los huesos largos y el corazón, ¿no es comparable estar en una posición boca abajo? ¿No ha habido estudios basados ​​en esa premisa exacta? Y si es así, ¿no crearía eso la oportunidad de investigar los umbrales en los que comienzan a aparecer los efectos?
@AnthonyX: Sí, el reposo en cama tiene muchos efectos muy similares a la gravedad cero. Para la densidad ósea, existe evidencia de un umbral muy bajo: nytimes.com/2016/04/02/health/…
Al menos tenemos dos niveles G prácticamente relevantes a considerar. El de la Luna y el de Marte. Si ninguno de los dos es suficiente para la salud humana, entonces nuestro asentamiento en el espacio será muy diferente que si esa gravedad media resulta ser saludable para nosotros. Especulo que incluso la gravedad leve es suficiente para resolver muchos problemas, y la gimnasia en un entorno de baja gravedad podría solucionar el problema durante un par de años al menos. Simplemente rotar ligeramente la nave espacial de transferencia a Marte eliminaría muchos problemas de microgravedad de microbios, así como problemas con el equipo del gimnasio.
Me pregunto cuán difícil sería un experimento con animales.
¿Por qué su nave espacial no puede tener un solo módulo de tripulación y una correa que consiste en un cable delgado? Una cuerda Spectra capaz de soportar una masa de 100 toneladas, y de 200 metros de largo, solo pesará alrededor de una tonelada. Esto es fácilmente factible.
Me refiero a haber leído en alguna parte que 0,69 g es suficiente. Quizás es por eso que la nave espacial Nautilus-X propuesta simularía esa gravedad. Sin embargo, no sé si ese valor es también para la gravedad lineal o solo para la gravedad rotacional (si es el último caso, la gravedad lineal suficiente sería aún menor). en.wikipedia.org/wiki/Nautilus-X

Respuestas (3)

Aún no lo sabemos. El problema principal es la falta de datos empíricos.

Solo hay cuatro voluntarios especialmente capacitados con más de un año de exposición a la microgravedad. Necesitaríamos cientos de voluntarios bajo diferentes gravedades para medir la diferencia (sin embargo, es plausible suponer que los efectos dependen gradualmente del nivel de gravedad).

Conclusión: para cualquier misión a largo plazo, debemos proporcionar tanta gravedad (hasta 1 g, por supuesto) como sea razonablemente posible.

Ciertamente, no es posible proporcionar razonablemente 1 g en Marte (¿quién quiere vivir en una centrífuga gigante?) Así que, por supuesto, esto se aplica al tránsito. Suponiendo un aprox. Ciclo de 2 años para que Marte y la Tierra estén alineados para el transporte entre los dos mundos, y dado un tiempo de tránsito razonable (¿tres meses?) ¿Vale la pena el costo adicional del beneficio de 1 g completo? ¿Harían mucha diferencia seis meses adicionales en Marte con una gravedad de 1/3 g? ¿Tendría sentido algún valor intermedio (1/2g o 2/3g) como compromiso y serviría para ayudar a los astronautas a "transicionar" más gradualmente entre los dos entornos?
Como dije: simplemente no lo sabemos. Todo lo que sabemos es que el riesgo de exponer a una persona bien entrenada bajo un régimen estricto durante aproximadamente un año parece tolerable en algunos casos. En el caso de una misión a Marte que aún podría tener consecuencias fatales para al menos parte de la tripulación.
Me resulta frustrante que no se haya hecho más para averiguarlo. Un año en cero G podría ser aceptable, para algunas definiciones de aceptable. Pero no quieres llevar a alguien a Marte solo para descubrir que no puede caminar cuando llegue allí. Y no quieres construir una colonia en Marte solo para descubrir que degeneramos y morimos bajo la gravedad marciana. En algún lugar entre cero y 1 ge es una cantidad con la que podemos vivir a largo plazo, y ese número tiene un gran impacto en una misión a Marte. Sin embargo, aquí estamos, alegremente diseñando misiones a Marte sin saberlo.
@EricShafto Estoy completamente de acuerdo. La cuestión de la gravedad es la única que importa a largo plazo porque es el único problema que la ingeniería no puede resolver en un futuro previsible. Ciertamente no me gustaría vivir en un 38% de gravedad. Uno pesaría 2,63 veces más en la Tierra. Deberíamos construir grandes estaciones espaciales giratorias y experimentar. Tal vez un poco más de 1G aumenta la vida útil, ¿quién sabe? Necesitamos averiguarlo.
¿Por qué no hay más impulso (al menos, nunca he oído hablar de uno) para una misión no tripulada para estudiar esto con animales?

no lo sabemos

Actualmente solo tenemos buenos datos sobre cómo les va a los humanos con una aceleración de 9,81 m/s² o de 0 m/s².

El único caso en el que los humanos estuvieron expuestos a algo entre 1 gy 0 g durante más de unos pocos minutos fue durante los alunizajes del Apolo (1,62 m/s²). El más largo fue el Apolo 17 con 75 horas. Todavía no es lo suficientemente largo como para notar efectos en la salud a largo plazo.

Para averiguar cómo se escalan exactamente los diferentes problemas de salud con la disminución de la gravedad, necesitaríamos poner a algunos humanos en diferentes entornos de gravedad durante varios meses. Las opciones podrían ser una base lunar permanente o una estación espacial centrífuga en órbita terrestre. Hasta donde yo sé, ninguno está actualmente en el presupuesto de ninguna agencia espacial.

Lo que quiere decir con " El único caso en el que los humanos estuvieron expuestos a algo entre 1 g y 0 g durante más de unos pocos minutos fue durante los alunizajes del Apolo (1,62 m/s²). El más largo fue el Apolo 17 con 75 horas". ¿A qué Fuerzas G a las que estuvieron expuestas y por cuánto tiempo. El aterrizaje en sí ciertamente no tomó 75 horas.
@DavidCage Lo que quise decir fue que el Apolo 17 pasó 75 horas en la superficie de la luna. Durante ese tiempo, los astronautas estuvieron permanentemente en un entorno de gravedad de 1,62 m/s². Este fue el tiempo más largo que los humanos estuvieron expuestos a una gravedad constante notablemente inferior a 1 g pero notablemente superior a 0 g.
Mi error. Recordé que Buzz Aldrin y Neil Armstrong pasaron en la Luna solo 21 horas, así que no pensé que cualquier aterrizaje podría ser tan largo. ¿Por qué tanta diferencia entre la primera y la última misión?
@DavidCage Eso es algo que tal vez quiera hacer como una nueva pregunta.
@DavidCage Porque la primera misión fue descubrir cómo llegar allí. Márgenes masivos por seguridad e ineficiencias debido a la falta de conocimiento sobre lo que encontrarían. Las misiones posteriores podrían optimizar, tomar atajos donde sea seguro, llevar equipo de golf (¡tanto un palo como un vehículo similar a un carrito de golf!), etc.

Creo que, a pesar de la falta de suficientes datos empíricos, hay algunos supuestos básicos en los que podemos estar de acuerdo.

  1. Dado que los astronautas pueden adaptarse lo suficientemente bien, incluso durante 1 año viviendo en cero G, la gravedad total de la Tierra de 1G probablemente no sea necesaria para una vida permanente.

  2. Una persona con un índice de masa corporal (IMC) saludable no debería tener problemas para adaptarse a vivir con una gravedad superficial un 10 % más baja o más alta. Incluso hasta un 30% más bajo o más alto de gravedad superficial (SG) después de un período de tiempo.

  3. Para la mayoría de las personas, adaptarse a una SG entre un 10 y un 30 % más alta debería ser más difícil que adaptarse a una gravedad superficial entre un 10 y un 30 % más baja.

  4. Dado que la gravedad de Marte es muy diferente de la 1G y la gravedad cero de la Tierra que se experimentan en la ISS y la Mir, existe un alto nivel de incertidumbre acerca de la seriedad con la que la salud se verá afectada por una vida prolongada en Marte, o incluso si es posible una vida prolongada en Marte. Efectos de salud similares a los que ocurren en vuelos espaciales prolongados (deterioro de huesos y músculos, problemas de la vista, niveles elevados de calcio en la sangre debido a la pérdida ósea) también deberían estar presentes en Marte, pero no sabemos hasta qué punto y si los astronautas pueden adaptarse a a ellos.

  5. La gravedad centrípeta artificial de magnitud 0.7-1G en una nave espacial giratoria debería prevenir la mayoría de los efectos negativos para la salud mencionados anteriormente (al menos el deterioro de huesos y músculos y niveles elevados de calcio en la sangre debido a la pérdida ósea), pero también podría tener otros efectos negativos para la salud que no conocemos. no sé de todavía. No solo el efecto Coriolis indujo mareos y náuseas.

¿Podría aclarar qué significa SG?
SG es solo la abreviatura de gravedad superficial, lo mencioné varias veces sin forma abreviada.
¿Cuánta gravedad se necesita realmente para evitar consecuencias graves para la salud?
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