مارس-500

كان الهدف من تجربة MARS-500 دراسة التحديات النفسية والفيزيولوجية والتقنية الكامنة في رحلات الفضاء طويلة الأمد. ومن بين العقبات الأخرى التي كان لا بد من التغلب عليها، فحصت التجربة الآثار الفيزيولوجية لانعدام الوزن لفترات طويلة، وفعالية إدارة الموارد، وآثار العزلة في بيئة محكمة الإغلاق. صُممت أنظمة الاتصالات في MARS-500 بمتوسط ​​تأخير يبلغ 13 دقيقة، لمحاكاة وقت الإرسال الفعلي من وإلى مركبة فضائية متجهة إلى المريخ.

تضمنت الأهداف العلمية لمهمة MARS-500 دراسة تصميمات الموائل المحتملة، مع التركيز بشكل خاص على الدعم الطبي والنفسي للطاقم (الذي سيُحصر بالضرورة في مركبة فضائية صغيرة نسبيًا، مع مرافق طبية محدودة نسبيًا، طوال رحلة تستغرق من 7 إلى 9 أشهر إلى المريخ). ^{[ 2 ]}

خُطط لإجراء 640 يومًا تجريبيًا بين عامي 2007 و2011، موزعة على ثلاث مراحل متفاوتة المدة. خلال كل مرحلة، عاش وعمل طاقم من المتطوعين داخل نموذج مُصغّر لمركبة فضائية. كان التواصل مع العالم الخارجي محدودًا، وتمّ بفارق زمني واقعي يصل إلى 25 دقيقة، لمحاكاة تأخر الاتصالات بين المريخ والأرض في الواقع. وبالمثل، وُفّر للمتطوعين كمية محدودة من المواد الاستهلاكية على متن المركبة. ^{[ 3 ]} لم يكن من الممكن محاكاة بعض الظروف، مثل انعدام الوزن والإشعاع الكوني.

جرت المرحلة الأولى من تجربة MARS-500، والتي استمرت 15 يومًا، في الفترة من 15 نوفمبر 2007 إلى 27 نوفمبر 2007. وكان الغرض من هذه المرحلة اختبار المعدات التقنية والمرافق وإجراءات التشغيل الخاصة بالرحلة. ^{[ 4 ]}

بدأت المرحلة الثانية من التجربة، والتي استمرت 105 أيام، في 31 مارس 2009، عندما بدأ ستة متطوعين العيش في مجمع السكن المعزول الخاص بالتجربة. ^{[ 5 ]} وفي 14 يوليو 2009، اكتملت هذه المرحلة من التجربة.

بدأت المرحلة النهائية من التجربة، التي استمرت 520 يومًا، والتي هدفت إلى محاكاة مهمة مأهولة كاملة، في 3 يونيو 2010 وانتهت في 4 نوفمبر 2011. ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} أُجريت هذه المرحلة بواسطة طاقم دولي مكون من ستة أفراد، ثلاثة روس، وفرنسي، وإيطالي كولومبي، وصيني. ^{[ 8 ]} تضمنت المرحلة محاكاة هبوط مأهول على سطح المريخ ، مع ثلاث عمليات محاكاة للسير على سطح المريخ في 14 و18 و22 فبراير 2011. ^{[ 9 ] [ 10 ]} انتهت التجربة في 4 نوفمبر 2011، حيث أفادت التقارير أن جميع المشاركين كانوا في حالة بدنية ونفسية مثالية. ^{[ 8 ]}

في فبراير 2013، أفادت وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم أن أربعة من أفراد الطاقم الستة عانوا من مشاكل كبيرة في النوم، وزادت فترات نومهم وراحتهم، مقارنةً بسلوك الحيوانات أثناء السبات الشتوي. ^{[ 11 ]} كما عانى المشاركون من اضطراب في إيقاعهم اليومي أثناء فترة الحبس. ^{[ 12 ]}

كانت الوحدة السكنية هي المسكن الرئيسي للطاقم. تتألف هذه الوحدة الأسطوانية، التي يبلغ طولها 3.6 متر وعرضها 20 مترًا (12 قدمًا × 66 قدمًا)، من ست حجرات فردية للطاقم، ومطبخ/غرفة طعام، وغرفة معيشة، وغرفة التحكم الرئيسية، ودورة مياه. تحتوي حجرات النوم الفردية، التي تبلغ مساحة كل منها حوالي 3 أمتار ^مربعة (32 قدمًا مربعًا ) ، على سرير ومكتب وكرسي ورفوف للأغراض الشخصية. ^{[ 14 ]}         

كانت الوحدة الطبية الأسطوانية الشكل بقياس 3.2 متر × 11.9 متر (10 أقدام × 39 قدمًا) ، وتضم سريرين طبيين، ومرحاضًا، ومعدات لإجراء الفحوصات الطبية الروتينية. كما احتوت على معدات للطب عن بُعد ، والمختبرات، والفحوصات التشخيصية. وفي حال مرض أي من أفراد الطاقم، كان يتم عزلهم وعلاجهم داخل الوحدة. ^{[ 13 ]}      

استُخدم جهاز محاكاة وحدة الهبوط على المريخ فقط خلال مرحلة "التحليق حول المريخ" التي استمرت 30 يومًا من التجربة. استوعبت الوحدة الأسطوانية، التي يبلغ حجمها 6.3 متر × 6.17 متر (20.7 قدم × 20.2 قدم) ، ما يصل إلى ثلاثة أفراد من الطاقم، واحتوت على ثلاثة أسرّة بطابقين، ومحطتي عمل، ودورة مياه. وشملت أنظمتها المساعدة نظام تحكم وجمع بيانات، ونظام تحكم فيديو واتصالات، ونظام تحليل غازات، ونظام تكييف وتهوية، ونظام صرف صحي وإمدادات مياه، ونظام إخماد حرائق. ^{[ 13 ]}      

The cylindrical 3.9 m × 24 m (13 ft × 79 ft) storage module was divided into four compartments:^[13]

1. A refrigerated compartment for food storage
2. A compartment for storage of nonperishable food
3. An experimental greenhouse
4. A compartment containing a bathroom, sauna, and gym

The MARS-500 project posted a number of basic requirements for any potential candidates. These were:

1. Age: 25–50 years old
2. Higher education
3. Professional requirements:
   • general practitioner having skills of medical first aid
   • physician-investigator having skills of clinical laboratory diagnostics
   • biologist
   • engineer – specialist in life support systems
   • engineer – specialist in computer science
   • engineer – specialist in electronics
   • engineer – mechanic
4. Language skills: knowledge of the Russian and English languages at a professional level

The crew of the first 15-day stage of the isolation experiment was composed of six Russians: five men and a woman.^[15] This stage of the experiment was conducted in November 2007.

• Anton Artamonov (born 1982), engineer, physicist and programmer
• Oleg Artemyev (born 1970), engineer and cosmonaut
• Alexander Kovalev (born 1982), engineer employed by IBMP's telemedicine laboratory
• Dmitry Perfilov (born 1975), anesthesiologist employed by IBMP's telemedicine laboratory
• Sergey Ryazansky (born 1974), crew commander, physiologist and cosmonaut
• Marina Tugusheva (born 1983), biologist, IBMP researcher

Marina Tugusheva, the only woman of the crew, was excluded from the longer missions.

The 105-day second stage involved a crew of six members, and ended on 14 July 2009.^[16]

• Oleg Artemyev, Russian cosmonaut
• Alexei Baranov, Russian medical doctor
• Cyrille Fournier, French airline pilot
• Oliver Knickel, mechanical engineer in the German Army
• Sergey Ryazansky (commander), Russian cosmonaut
• Alexei Shpakov, Russian sports physiologist

More than 6,000 people from 40 countries applied for the 520-day third stage of the experiment.^[17] The selected volunteers were three Russians, two Europeans, and one Chinese.^[18] They had a varying command of English, but not all spoke Russian.^[19]

• Romain Charles, 31-year-old French engineer^[20][21]
• Sukhrob Rustamovich Kamolov (Сухроб Рустамович Камолов), Russian surgeon^[17][22]
• أليكسي سيرجيفيتش سيتيف (Алексей Серогеевич Ситёв)، مهندس روسي ^{[ 17 ]} وقائد المهمة ^{[ 23 ]}
• ألكسندر إيجوروفيتش سموليفسكي (Александр Егорович Смолеевский)، عالم فيزيولوجي روسي ^{[ 17 ] [ 23 ]}
• دييغو أوربينا، مهندس إيطالي كولومبي يبلغ من العمر 27 عامًا ^{[ 18 ]}
• وانغ يو (王跃)، مدرب صيني يبلغ من العمر 27 عامًا في مركز أبحاث وتدريب رواد الفضاء الصيني ^{[ 22 ] [ 24 ]}

كان العضو الآخر في الطاقم، وهو بديل، ميخائيل سينيلنيكوف (Михаил Олегович Синельников)، مهندس روسي يبلغ من العمر 37 عامًا. ^{[ 17 ]} بدأت المهمة في 3 يونيو 2010 ^{[ 25 ]} وانتهت في 4 نوفمبر 2011، حيث دخل المشاركون في حجر صحي لمدة أربعة أيام قبل مغادرة المنشأة. ^{[ 8 ] [ 26 ]}

تضمنت تجارب الطاقم بحثًا تشغيليًا شهريًا، يتكون من تسجيل تخطيط كهربية القلب ، وعينات الجهاز التنفسي، وقياس ضغط الدم ، واستبيان حول نمط الحياة، والتوتر، والشكاوى المحتملة خلال الشهر الماضي.

شملت الدراسات المعقدة الديناميكية الفصلية قياس وتسجيل ضغط الدم ومعايير القلب والجهاز التنفسي المعقدة أثناء أداء اختبارات وظيفية تتضمن حملاً بدنياً وعقلياً ووضعياً. كما تم إجراء استبيانات مفصلة لإجراء اختبارات نفسية ودراسات معيارية في العيادات الخارجية قبل وبعد سلسلة الدراسات.

بسبب البقاء لفترات طويلة في حالة انعدام الوزن، يُصاب الشخص باضطرابات نقص الحركة . ولدراسة هذه الظاهرة، يُجري معهد IBMP أبحاثًا في هذا المجال منذ سنوات عديدة، مما أتاح له تكوين صورة مفصلة لأسباب هذه الاضطرابات. تُظهر النتائج التجريبية أن السبب الرئيسي لهذه الاضطرابات هو تغير في الآليات المعتمدة على الجاذبية والمسؤولة عن النشاط الحركي تحت تأثيرها على الجسم. تبدأ هذه التغيرات بالظهور نتيجة لاضطراب التنسيق بين الأنظمة الحسية، ولا سيما أنظمة دعم الهيكل العظمي والاستقبال الحسي العميق . تشير البيانات التي تم الحصول عليها خلال التجارب إلى أن الإشارات الحسية الداعمة في البشر تعمل كآلية لتنشيط وتنظيم نشاط الجهاز الوضعي التوتري، وأن نقص دعم الهيكل العظمي هو سبب ظهور التغيرات الفسيولوجية والمورفولوجية الشائعة في حالات انعدام الوزن والجاذبية الصغرى. ^{[ 27 ]}

كان الهدف الرئيسي من تجارب الغمر هو دراسة التأثيرات المحتملة للرحلة (بما في ذلك التفريغ) على آليات دعم الجسم (العمود الفقري، وفوق العمود الفقري)، وعلى حالة الجهاز العصبي المركزي، وعلى الوظيفة الحركية والتنسيق بين اليد والعين. ^{[ 28 ]}

خلال الرحلة، كان هناك خطر نشوب حريق في المركبة الفضائية، ولذا يُخطط لاستخدام غاز الأرجون كمثبط في غلافها الجوي للحد من هذا الخطر. يُمكن استخدام الأرجون لتقليل تركيز الأكسجين في الغلاف الجوي للمركبة الفضائية بشكل ملحوظ دون أي ضرر على الطاقم، وخلق ما يُعرف ببيئة نقص الأكسجين . تُكمّل التجارب في بيئة الضغط العالي المعرفة حول تأثير خليط الأكسجين والنيتروجين والأرجون المقاوم للحريق على جسم الإنسان، وذلك من خلال تقييم شامل لحالة الجسم أثناء الإقامة الطويلة في هذا الخليط. هدفت الاختبارات إلى تحديد مستوى الأداء الذهني والبدني، وتقييم حالة الجهاز القلبي التنفسي، ودراسة المؤشرات الدموية والأيضية والمناعية في الدم، وإجراء بحوث ميكروبيولوجية، بالإضافة إلى بحوث أخرى تهدف إلى تحسين أنظمة الدعم الحالية. ^{[ 29 ]}

لتجنب المشاكل الصحية الناجمة عن الإشعاع أثناء الرحلة إلى المريخ، يلزم إنشاء نموذج تنبؤي لمخاطر الإشعاع. ينبغي أن يصف هذا النموذج خطر الإصابة بداء الإشعاع بناءً على الجرعة الإجمالية المُتلقاة، وانخفاض الأداء الذي يُسبب رد فعل حاد، واحتمالية انخفاض مقاومة الجهاز المناعي بشكل عام للمخاطر الصحية الأخرى للرحلات بين الكواكب.

يُنشأ نموذج التنبؤ بتعريض مجموعة من القرود لمصدر إشعاعي ( السيزيوم-137 ). ثم تُجرى تجارب إشعاعية لدراسة التفاعلات الإشعاعية البيولوجية للأنظمة التنظيمية الرئيسية في الجسم (العصبي، والغدد الصماء، والمناعي، والقلبي الوعائي، والدموي)، واستجابة الحيوانات المنوية والخلايا الوراثية للإشعاع، بالإضافة إلى تحليل الآثار طويلة المدى للتعرض (متوسط ​​العمر المتوقع والتسرطن). تستخدم التجربة ذكور قرود المكاك الريسوسي التي تتراوح أعمارها بين 3 و5 سنوات، حيث تُقسم إلى مجموعات تضم كل منها من 10 إلى 15 قردًا. صُممت التجارب لمحاكاة التعرض الإشعاعي الحقيقي الذي تعرض له طاقم المركبة الفضائية أثناء رحلتهم إلى المريخ، بما في ذلك المراحل الحادة والمزمنة للمرض. ^{[ 30 ]}

من بين الدراسات البيولوجية والطبية التي أجريت على متن المركبة الفضائية MARS-500، خضع الطاقم لتخطيط كهربائي للجهاز الهضمي لمدة 24 ساعة ، باستخدام معدات طبية موجودة على متن المركبة، لدراسة النشاط الكهربائي في الجهاز الهضمي البشري. ^{[ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]}