A Nemzetközi Űrállomás egyik személyzete (középen, látszólag fejjel lefelé az egyik űrhajós edzést végez)Frank De Winne űrhajós futópadi edzést végez. A testét rugalmas szalagok szorítják a futófelülethezMeredek emelkedést végző speciális repülőgép a súlytalanság gyakorlásához (a gép típusa: KC-135A)Átmeneti súlytalanságot létrehozó repülőgép magassági pályája
A mikrogravitáció (általában közelítően ekvivalensnek tekintjük a súlytalansággal) az az állapot, amelyben egy testre kizárólag gravitációs erő hat inerciarendszerben vizsgálva. A Földön, vákuumban eső test a súlytalanság állapotában van, hasonlóképpen az orbitális pályán haladó testekkel. Mindkettő szabadesést végez.
A mikrogravitáció nem feltétlenül jelenti a gravitáció hiányát, és gyakorlati esetekben a mikrogravitáció a szabadeséssel tekinthető azonos értelműnek. A „mikro” előtag azt jelzi, hogy a test súlya elenyészően kicsi (a földinek egymilliomod része vagy még kisebb).
A súlytalanság a légkörben is előállítható, ha a repülőgépparabolapályán a földfelszín felé zuhanva halad. Rutinszerűen alkalmazzák az űrhajósok kiképzése során, időtartama rendszerint 25 másodperc. Ezzel a módszerrel forgatták az Apolló 13 film súlytalanságban játszódó jeleneteit is.[1][2]
A súlytalanság speciális körülményeit felhasználják biológiai, kémiai, élettani, metallurgiai és egyéb kutatások céljára.
Turisztikai célra fejlesztés alatt állnak olyan járművek, amikkel szuborbitális repülést, ún. „űrugrást” lehet végezni. Ennek során a súlytalanság több percig tart.[3]
Hasonlóképpen a test szervei is úgy viselkednek, mintha nem lenne gravitáció.
A súlytalanság élettani hatásai
Súlytalanságban töltött több hét után nemkívánatos elváltozások jelentkeznek az emberi szervezet fiziológiai alkalmazkodásában. Az ezek ellensúlyozására végzett fizikai gyakorlatok csak részben egyenlítik ki ezeket a hatásokat, még jól képzett, motivált űrhajósok esetén is.
Megfelelő ellenhatás csak mesterséges gravitációval váltható ki, ami nagyobb méretű űrállomás (pár száz méteres átmérő) esetén annak tengely körüli forgatásával hozható létre.
Folyadékeloszlás
Az emberi szervezetben lévő folyadékok a test alsó részéből a fej felé mozdulnak el. Sok további hatásnak ez a kiváltó oka.
Folyadékveszteség
Az agy érzékeli a megnövekedett folyadékmennyiséget, és a folyadékkiválasztás növelésével válaszol. Ez kalciumvesztéshez és a csontok elgyengüléséhez vezet. A vér mennyisége akár 10%-kal is csökkenhet, ami a kardiovaszkuláris rendszer módosulásával jár. Könnyen előállhat kiszáradás (dehidratáció) is.
Elektrolit egyensúlyhiány
A folyadékeloszlás megváltozása a kálium és a nátrium egyensúlyának felborulásával jár.
Kardiovaszkuláris változások
A mellkasi területen megnövekvő folyadékmennyiség kezdetben a bal szívkamra térfogatának és a szív által kiadott vérmennyiségnek a növekedéséhez vezet. Ahogy a szervezet igyekszik helyreállítani az egyensúlyt, folyadékot választ ki, a bal szívkamra térfogata és a szív által szállított vérmennyiség csökken.
Gravitációs térbe való visszatérés után a folyadék az alsó testfélbe áramlik, a szív által szállított vérmennyiség a normális alá csökken. Néhány heti időtartam szükséges hozzá, hogy a folyadékmennyiség visszatérjen a normális értékre, a szív térfogata és szállítóképessége helyreálljon.
A szív izmainak teljesítménye idővel csökken (mivel kevesebb munkával tudják szállítani a vért); 18 hónapos vagy hosszabb tartózkodás alatt az alakja megváltozik, 9%-kal gömbszerűbbé válik. A szív alakjának megváltozása átmenetinek tűnik, a gravitációba való visszatérés után visszanyeri hosszúkás alakját.[4]
A vérnyomással összefüggő jelenség, hogy a Földre visszatérve az űrhajósok hajlamosak elájulni, ami fekvésből vagy ülésből való felálláskor a hirtelen vérnyomásesés következménye (ortosztatius hipotenzió).[4]
Vörösvérsejt-csökkenés
A szovjet és amerikai űrrepülések előtt és után vett vérminták alapján a vörösvérsejtek mennyisége egyes esetekben 0,5 literrel csökkent. Vizsgálat tárgya, hogy ez a lépműködés csökkenésének következménye-e.
Izomveszteség
Izomsorvadás lép fel, mivel a gravitációs izmok nincsenek használva. Az összehúzó proteinek és a szövetek mennyisége csökken. A hatás hasonló a stressz, a rossz táplálkozás, a krónikus mozgáshiány következményeivel.
Csontveszteség
A csontszövetek elmozdulnak onnan, ahol szükség van rájuk, olyan helyre, ahol fölöslegesek. Ezt a folyamatot a csontszövetek stressz esetén fellépő piezoelektromos viselkedése szabályozza. Mivel a csontokon nincs terhelés, gyakorlatilag oldódni kezdenek. A veszteség elérheti a havi 1%-ot csonttömegre vonatkoztatva.[5] Bár a kérgi csontok regenerálódnak, a szivacsos csontok elváltozásai visszafordíthatatlanok lehetnek. A megfelelő étkezés és a fizikai gyakorlatok csak részben hatásosak a veszteségek csökkentésében. Rövid ideig tartó, intenzív erőgyakorlatok hatásosabbak, mint a hosszú ideig tartó, kevésbé erőigényes gyakorlatok (mint pl. a szobakerékpár). A vizsgálatok szerint a csontveszteség elsősorban a gravitációs térben súlyt hordozó csontokban következik be: a lábak és a gerinc csontjaiban. A súlyt nem hordozó csontok, mint a koponya és az ujj csontjai nincsenek érintve a leépülési folyamatban.
Hiperkalcémia
A hiperkalcémia jelentése: abnormálisan magas kalciumszint a vérben. A folyadékveszteség és a csontok leépülése miatt a vérben megemelkedik a kalcium koncentrációja. Ennek következménye lehet vesekő kialakulása.
Amikor 1983-ban, a Spacelab fedélzetén emberi limfocita-kultúrákat konkanavalin „A” hatásának tettek ki kémcsőben, a T-limfociták aktivitása csak 3%-kal növekedett a Földön mért értékekhez képest. A T-limfociták működésének csökkenése a szervezet rákbetegséggel való ellenállását csökkenti, amit az űrben tapasztalható sugárzás még súlyosbít.
Az orvosi eljárásokkal szembeni megváltozott viselkedés
Mivel a folyadékeloszlás a testben megváltozik, a bevett gyógyszerek másképpen oszlanak el. A sejtmembránok vastagabbak lesznek, és kevésbé átjárhatóak, ez csökkenti az antibiotikumok hatását. Az űrbéli sebészet nagyban megváltozik: a szervek lebegnek, a vér nem gyűlik össze egy helyen, és a transzfúzió mechanikus rásegítést igényel.
Szédülés és térbeli dezorientáltság
Súly hiányában a test nem érzékeli a „fent” és „lent” fogalmát. Az űrhajósok a „függőleges” érzetének gyors és váratlan megváltozásáról számoltak be. Olyan helyiség, ami egy adott nézőpontból jól ismert, ismeretlenné válik másik nézőpontból nézve. Ed Gibson, a Skylab egyik űrhajósa arról számolt be, hogy a figyelőszoba hirtelen elvesztette otthonosságát, amikor a begyakorolt függőleges irányhoz képest 45°-kal eltérve közeledett hozzá.
Bizonyítékok szólnak amellett, hogy a súlytalanságban az agy a helyzet és az irány meghatározásában még inkább a látásra támaszkodik, és kevésbé más érzékszervekre. A Skylab űrhajósai keringés közben azt tapasztalták, hogy nem tudják meghatározni a körülöttük lévő tárgyak helyzetét a testükhöz képest, ha nem látják őket.
Az űrhöz való alkalmazkodás szindrómája
Tünetei: szédülés, hányás, fejfájás, álmosság, étvágytalanság, gyengeség, letargia, sápadtság, izzadás. Az űrhajósok felét érinti. A Földön tapasztalható tengeribetegséggel nem mutat összefüggést. A tünetek 1-3 napig tartanak.
A végzett gyakorlatok kapacitásának csökkenése
A csökkent motiváció és fiziológiai változások következménye. Valerij Rjumin orosz űrhajós ezt írta a visszaemlékezésiben: „A Földön a [torna] élvezet volt, de [az űrben] kényszeríteni kell magunkat, hogy csináljuk. Amellett, hogy egyszerűek a gyakorlatok, unalmasak is.” Az eszközök használata nehézkes: a futógépet, a szobabiciklit, az evezőpadot szilárdan rögzíteni kell, hogy ne mozdulhasson el. Az izzadság nem folyik le, hanem egy helyen összegyűlik, ami további melegségérzetet kelt, és fokozza az izzadást. A Skylab űrhajósai arról számoltak be, hogy a gyakorlatok közben a mellkason egy centi mély tócsákban lötyögött az izzadság, ami undorító volt.
A szag- és ízérzékelés tompulása
A fejben megnövekedett folyadékmennyiség a megfázáshoz hasonlóan a szag- és ízérzékelés tompulásával jár. Mivel az étel illatanyagai nehezen jutnak el az orrig, növekszik az erős fűszerezés iránti igény: torma, mustár, erős paprika.
Súlyveszteség
A folyadékveszteség, a csökkent étvágy a testsúly csökkenéséhez vezet. Az űrhajósok hajlamossá válnak kevesebbet enni a szükségesnél. Ennek elkerülésére változatos étrendet és fizikai gyakorlatokat írnak elő.
Felfúvódás, puffadás (flatulencia)
Mivel az emésztőrendszerben keletkező gázok a gravitáció hiánya miatt nem tudnak szétválni a folyékony tápláléktól, ezért a súlytalanság állapotában nincs büfögés. Az emiatt nagyobb mennyiségű bélgáz a végbélnyíláson keresztül távozik. A Skylab egyik személyzeti orvosa, Joe Kerwin szavaival: „Nagyon hatásosan, nagy mennyiségben és gyakran.”
Az arckifejezés torzulása
Az arc felpuffad és kifejezéstelenné válik. Mások hangulatának leolvasása az arcról különösen oldalról és fejjel lefelé szinte lehetetlen. A beszéd kissé orrhangúvá válik.
A testtartás megváltozása
Az önkéntelenül felvett testtartás a magzat testtartásához válik hasonlóvá. A gerinc hossza megnövekszik. Mindegyik Skylab űrhajós magassága 2 cm-rel vagy többel megnőtt az űrbeli tartózkodása alatt. Erre a tervezőknek az űrruhák méretének beállításában figyelniük kell.
A mozgáskoordináció megváltozása
A Földön megszokott mozgáskoordináció, amikor egy tárgyat megfogunk, a saját karunk súlyát önkéntelenül kompenzáljuk, tehát nagyobb erőt fejtünk ki a tárgy súlyánál. A súlytalanságban az izommozgás emiatt túlzott, az űrhajós a tárgy „fölé” nyúl.
A fentiek közül sok változás nem okoz problémát az űrbeli tartózkodás alatt. A problémák a gravitáció visszatérésekor jelentkeznek. Különösen kritikus a légkörbe ereszkedés és leszállás folyamata, amikor a testsúly a nulláról percek alatt a normál földi súly fölé emelkedik.
1984-ben, 237 napos űrbeli tartózkodás és leszállás után szovjet űrhajósok úgy vélték, hogy ha az űrbeli tartózkodásuk hosszabbra nyúlik, nem élték volna túl a visszatérést.
1987-ben, 326 napos űrbeli tartózkodás után Jurij Romanyenko űrhajós rendkívüli fáradtságot érzett mind fizikai, mind szellemi értelemben. Munkanapját 4,5 órára csökkentették, az alvásidőt 9 órára nyújtották. A napi biciklizés és futópados gyakorlat minden nap 2,5 óra volt. A küldetés végén a szovjetek az addigi gyakorlattal szemben tartalék űrhajóst küldtek fel, aki visszahozta Romanyenko-t.
Vlagyimir Tyitov és Musza Manarov az egyéves űrbeli tartózkodást is túllépte 366 nappal (1988. december 21-én). Későbbi szovjet űrhajósok még ezt a rekordot is megdöntötték. Ezek az időtartamok az emberi teljesítőképesség határait feszegetik.
