研究人员正在地下深处建造一个模拟的月球/火星研究站|地球|太空飞行|宇航员|月球表面|火星研究站

在太空飞行的早期，仅仅把一颗卫星送入地球轨道就是一项伟大的成就。在我们这个时代，在其他星球上登陆探测器，并从小行星上带回样本是最先进的技术。但下一个前沿正在迅速逼近，届时宇航员将在月球上长时间停留，还希望能在火星上停留。

上图：这些图片展示了Bio SPHERE项目中的第一个实验室。该医学实验室位于地表下1公里处，靠近英国最深的矿场之一。

但在我们把人们送到那些危险的环境之前，阿耳特弥斯（Artemis）的合作空间机构必须知道如何保证他们的安全。其中一个重要的部分是模拟月球和火星上的条件。

在阿波罗时代，12名宇航员曾在月球表面行走。在首次登陆月球的阿波罗7号任务中，宇航员只在月球表面停留了2.5小时。在随后的任务中，地面时间不断延长，在最后一次地面任务阿波罗11号中，机组人员记录了22个舱外活动小时。

月球表面是一个危险的环境，24小时的访问会带来巨大的风险。然而，阿耳特弥斯计划的目标与阿波罗计划不同。起初，登陆时间将很短，但最终，阿耳特弥斯的目标是建立一个长期的存在，包括人类和机器人。虽然，月球是第一个目的地，但阿耳特弥斯的最终目标是到达火星。

任何前往火星的任务都将持续三年左右。到达那里需要7个月，然后等待大约26个月，等到火星和地球足够近，可以回程，然后再花7个月回家。在为期七个月的访问期间规划医疗干预措施是任务的关键部分。医疗干预需要具有一些自主功能，目标必须是让宇航员重返工作岗位。

上图：这项研究给出了火星任务的大致时间表。

英国伯明翰大学的研究人员正在英国最深的矿井之一的地下1.1公里处建立的新实验室中开展“Bio SPHERE”（用于探险中的宜居性和极端环境研究的生物医学地下吊舱）项目。“Bio SPHERE”最终将致力于解决阿耳特弥斯宇航员将面临的各种威胁和障碍，包括在地下移动重型设备，以及处理有限的材料获取途径。

但“Bio SPHERE”的第一个实验室将专注于宇航员的健康，这是阿耳特弥斯计划成功的基石。在《NPJ 微重力》杂志上发表的一篇论文中，研究人员描述了为宇航员提供支持的地下卫生设施的设计。这是一个3米宽的模拟模块，用于测试制备治疗组织损伤材料所需的生物医学程序。这些包括用于再生医学的复杂液体、聚合物和水凝胶，可用于伤口敷料，或作为减轻损伤的填充物。

在矿井附近的地下深处已经有了一个实验室。它被称为“博尔比地下实验室”，自20世纪90年代以来一直在使用。研究人员在博尔比研究天体生物学和行星探测、地球和环境科学以及粒子物理学。所以，它很适合生物圈项目。

上图：这是位于北约克郡的博尔比矿的地表。该矿是一个正在开采的钾盐矿，地下有一个巨大的道路和洞穴网络，有1000多公里的隧道。该矿还拥有Boulby地下实验室，以及不久后的Bio SPHERE项目。

“Bio SPHERE”的首席研究员是来自伯明翰大学化学工程学院的亚历山德拉·约达切斯库博士（Alexandra Iordachescu）。“我们很高兴能与博尔比地下实验室的优秀科学团队合作，”约达切斯库博士说。“这种新能力将有助于收集信息，为生命支持系统、设备和生物材料提供建议，这些信息可用于医疗紧急情况和深空任务中损伤后的组织修复。”

在长时间的太空飞行中，人类面临的一个明显危险是重力降低。没有简单的解决办法。虽然某种屏障可以保护宇航员免受辐射，但重力降低是一个更持久的威胁。重力的减少会给人体带来问题。

在他们的论文中，研究人员指出了重力降低带来的具体威胁。身体的特定部位已经进化到可以支撑我们的体重，但在较低的重力下，它们受到的机械力更小。这些部位包括髋、股骨头和下背椎骨。随着时间的推移，较低的重力会造成这些区域钙和磷酸盐等骨矿物质的流失。

这会导致骨骼脆弱，这对执行重要任务的宇航员来说是一个问题。骨骼脆弱不仅会在抵达火星后建立火星基地时造成问题，而且还会使人体在进入和着陆时更加困难。不仅如此，一些研究表明，在太空飞行期间长时间暴露在辐射中也会导致骨骼虚弱。流失的骨矿物质并不是凭空消失。它们最终会进入肾脏，导致肾结石，需要医疗干预。

上图：在整个漫长的旅程中，作用在最适合承受重力的解剖区域（如髋关节、股骨头和下背部椎骨）的机械力的缺失或减少，将导致钙和磷酸盐沉积物形式的骨矿物质的显著损失。

骨密度下降和随之而来的危险只是宇航员面临的危险之一，“Bio SPHERE”旨在处理放射性尘埃，让宇航员重返工作岗位。

约达切斯库博士强调，需要用组织修复和其他治疗方法来应对太空旅行中的医疗紧急情况。在他们的论文中，她和她的同事写道：“这对临床情况尤其重要，如组织破裂和脱位、骨折、皮肤烧伤、擦伤或撕裂、肌腱/韧带撕裂和失血。”虽然，来自美国的宇航员没有遭受过任何重大创伤，但他们的肌肉骨骼受伤了数百次，大多数都涉及手部。

但更严重的伤害是不可避免的，这种可能性永远无法消除。在这种情况下，再生技术将是一个重要的组成部分。在国际空间站上已经对这些技术进行了一些研究。这些技术包括干细胞、球体、芯片上的器官、生物制造或生物打印。

上图：微生物学家和宇航员凯特·鲁宾斯在国际空间站上检查干细胞衍生的心肌细胞。

为了火星任务的成功，这些技术需要进一步发展，这就是第一个“Bio SPHERE”实验室的核心。

除了在太空的长时间停留之外，推动这些技术发展的另一个因素是：通信。

对于月球上的宇航员来说，来自地球专家的实时医疗援助是可能的。地球和月球之间的通信延迟只有几秒钟。专业知识只需快速的视频聊天，一些必要的材料可能只有月球轨道那么远。

但火星宇航员是孤立的。地球和火星之间的距离从5460万公里到大约2亿公里（3400万到1.24亿英里）。通信时延约为5分钟到20分钟。这将使在紧急情况下与医学专家沟通变得非常困难。

因此，需要向自主医疗活动转变，这是一项挑战，需要仔细考虑，以确保这些地点有足够的医疗基础设施。

对于宇航员来说，几乎没有冗余。失去一名受伤的机组人员会影响整个任务。这突出了快速恢复的需要，这是“Bio SPHERE”设计者要考虑到的。研究人员写道：“对功能快速恢复的需求意味着，某种形式的组织替代品/类似物必须在有用的时间内就地开发，在受伤部位不久后植入或应用，或者孵育（在生物植入物的情况下）。”