När det är dags att skicka astronauter till Mars måste de som tar resan vara redo för ett antal utmaningar. Förutom att ha hållit cirka sex månader i rymden båda sätten, måste de första astronauterna som utforskar Mars också vara beredda på att tillbringa månader på ytan. Detta kommer att bestå av långa perioder som tillbringas i en livsmiljö under tryck och regelbundna förflyttningar till ytan med tryckkläder.
Att förbereda astronauter för denna typ av livssituation är syftet bakom den NASA-finansierade Hawai’i Space Exploration Analog and Simulation (Hi-SEAS), en övning som har ägt rum sedan 2013 på Hawaii-berget Mauna Loa. I februari 2018 inledde Mission VI-besättningen en åtta månader lång forskningsstudie av mänskligt beteende och prestanda, vilket tydligen kommer att involvera mycket spelunking!
Hi-SEAS-livsmiljön ligger på den norra sluttningen av Mauna Loa, Hawaii största vulkan, på en övergiven stenbrottplats ungefär 2400 meter (8000 fot) över havet. Detta karga område, som innehåller gles vegetation och överlappande lavaflöden, valdes specifikt på grund av likheterna med terrängen på Mars - som också har stora, svagt sluttande sköldvulkaner och utsatta lavaflöden.
Livsmiljön själv ligger på toppen av Pu'ukahiliku-flödet, vilket är resultatet av ett utbrott som inträffade för ungefär 1 800 år sedan. Detta gör det äldre än "Ainahou-flödet (som bildades för 450 år sedan) och det yngsta flödet som var resultatet av Mauna Loas senaste utbrott (1899). Sedan Pu'ukahiliku-flödet är äldre har marken utsatts för mer väderbildning och erosion, vilket resulterat i ett tunt jordlager.
Sedan 2013 har besättningar på sex personer bosatt sig i livsmiljön, en halvportabel, tvåvånings kupolkonstruktion som mäter 10 meter (36 fot) i diameter och har en yta på cirka 93 kvadratmeter (1000 kvadratmeter) . Det mesta av detta tas upp på bottenvåningen, som har bara 81 kvadratmeter användbart utrymme. Kupolens andra nivå är loftlik, vilket ger en känsla med högt tak som är avgörande för att bekämpa långsiktiga känslor av klaustrofobi.
Ändå kan saker och ting bli lite trånga för sexpersonerna som tillbringar månader i den kupolstrukturen. Christiane Heinicke var en del av Mission IV-besättningen som slutförde sitt årslånga uppdrag i augusti 2016. Som hon beskrev deras rutin i en artikel med Scientific American:
”Avstängd från civilisationen, vi var beroende av oss själva och av varandra. Vi var tvungna att utföra allt arbete som behövde göra och fixa allt som brast. Allt vi hade var materialet i lagringsenheten kallat "havsburk." Den närmaste stormarknaden var månader bort. Vi fick nyheter "från jorden" elektroniskt - med 20 minuters försening. Det handlar om hur lång tid det tar för signaler att resa det maximala avståndet på 240 miljoner miles mellan de två planeterna. ”
Som sådan utnyttjas varje tillfälle att göra håna utrymmesdräkter och våga sig utanför för att göra lite utforska. Dessa utflykter, som innefattar att utforska de omfattande lavaflödena, grottorna och klippiga klipporna, simulerar det vetenskapliga arbetet som skulle hända under ett Mars-uppdrag. Enligt Heinicke tillbringade hon och hennes team sex månader av sitt årslånga uppdrag att utforska över 100 grottor.
På sin personliga blogg - Walking on Red Dust - noterade hon särskilt en grotta, ett stabilt lavaslang som hade flera takfönster (öppningar till ytan). Som hon antydde är denna typ av miljö en möjlig plats för en framtida livsmiljö på Mars:
”Sedan vårt första utforskande besök har vi återvänt till grottan flera gånger. Vi har mätt grottan, undersökt berget närmare och hittat ett lämpligt skydd för en eventuell evakuering från hab: På Mars hoppas denna sorts lavarör ge skydd till astronauter från den skadliga rymdsstrålningen, antingen som permanent bosättning eller som akut skydd under en solstorm. Martian marken innehåller definitivt många lovande takfönster, de har precis varit otillgängliga för dagens rovers. "
Hon noterade också att själva grottan var ett "geologiskt underland" som hade bildats när lavaröret fortfarande var varmt och mjukt. Förutom ”små, pälsiga fläckar av salt” var lavaslangen också full av liv - till exempel mossor och, i ett fall, ett frond som växte direkt under ett takfönster. Dessa senare fynd var av särskilt intresse eftersom många forskare tror att vatten och till och med mikrobiellt liv kunde existera i stabila lavarör på Mars.
"Samtidigt kan de ha mer fukt än ytan och till och med ge en fristad för levande organismer." hon skrev i sin artikel för Scientific American. "Om sådana organismer någonsin funnits på Mars skulle de mer sannolikt ha överlevt i grottor." I detta avseende ger spelunking inte bara en möjlighet för Hi-SEAS-besättningarna att komma ut och avvärja hyttfeber, det ger dem också möjlighet att delta i forskning som en dag kommer att hjälpa till att leta efter livet på Mars och etablera en mänsklig närvaro där.
Men kanske den största takeawayen för Heinicke och hennes lagkamrater från deras år tillbringade under Mars-liknande förhållanden var behovet av att en besättning skulle vara på samma våglängd och samarbeta med varandra. Dessutom betonade deras tid tillsammans vikten av fysisk kondition för att främja en hälsosam tänkesätt och förbereda mänskliga besättningar för hur livet skulle se ut på ytan.
"Det är knappast en hemlighet att träningen hjälper till att minska stressen," sade hon. ”Men på en resa till Mars skulle de också tjäna en andra funktion. Viktlöshet och effekterna av minskad tyngdkraft har en skadlig effekt på hälsan, och astronauter måste därför delta i intensiv träning för att behålla ben- och muskelmassa. ”
För detta ändamål förvandlade de sina utomhusverksamheter till en kombination av träning och arbete. Förutom att promenera längs stenig, ojämn terräng i sina 23 kg (50 lbs) kostymer och utforska grottor, experimenterade de också med att utvinna vatten från de extremt torra lavabergarna - som är ungefär lika torra som på Mars. Alla dessa aktiviteter hjälpte besättningen att vara fokuserad och aktiv och främjade också en känsla av sammanhållning och samarbete.
Som Heinicke förklarade går fördelarna med denna typ av forskning utöver rymdutforskning och inkluderar alla situationer där grupper tvingas arbeta tillsammans under vad hon kallar ”ICE-förhållanden - isolerade, begränsade, extrema”. Men i slutändan är det huvudmålet att förbereda människor för eventuella resor till Mars. Som hon angav inkluderar detta allmänheten och inte bara professionella astronauter:
”Frågan om livet finns eller någonsin existerat på den röda planeten är en av de viktigaste orsakerna till att skicka en expedition dit. Men även bortsett från detta har människor alltid uthärdat svårigheter för att förstå vår egen planet. Icke-statliga initiativ som Mars One eller de ambitiösa planerna för SpaceX visar att många människor är redo att ta sig an strängningen av den farliga resan. Förmodligen är avlyftning bara en fråga om tid.
"Studier som HI-SEAS är utformade för att öka chansen att den första Marsbesättningen kommer att överleva och skapa en miljö där dess medlemmar kan koncentrera sig på att söka livstecken snarare än att sprida sina energier i konflikter och små konkurrens."
Det nuvarande Hi-SEAS-uppdraget (Mission VI) började torsdagen den 15 februari 2018 och var planerat att pågå till oktober i år. Tyvärr måste uppdraget tvättas efter fyra dagar då en besättningsmedlem skadades och måste evakueras. NASA och University of Hawaii undersöker händelsen, som besättningen hävdar involverade en av deras medlemmar som drabbades av en elektrisk chock.
Besättningsmedlemmen släpptes från sjukhuset och är uppenbarligen i gott skick. Ändå visar den senaste incidenten hur saker och ting kan gå fel under ett uppdrag och belyser behovet av självförsörjning bland besättningsmedlemmarna eftersom de är så långt bort från jorden. Som Bill Wiecking kommenterade HI-SEAS teknisk supportledare och energilaboratoriet vid Hawaii Preparatory Academy vid den tiden:
"Vi har lärt dig alla sätt som du kan döda dig själv på Mars och vi har lärt oss att förhindra dessa saker. Så det har varit väldigt, väldigt värdefullt, för det är väldigt bättre att göra det här, där du kan köra upp och gå, 'Oh gosh, en vattenventil öppnades upp och nu har du inget vatten.' I stället för på Mars, där det är som: "Du har inget vatten, ni kommer att dö om ett par dagar."
Lärdomarna från Hi-SEAS och andra sådana simuleringar kommer säkert att informera de första besättningsuppdragen till Mars, för att inte tala om planer för att etablera permanent bosättning där. När de första "Martiansna" äntligen inrättar butik på Röda planeten, kan vi föreställa oss att deras liv kommer att bestå av massor av hårt arbete och träning. Och när de får problem måste de falla tillbaka på sin träning och arbeta tillsammans för att komma ur den.
