Các nhà nghiên cứu tại Đại học Birmingham, phối hợp với Phòng thí nghiệm ngầm Boulby, đã khởi xướng dự án Bio-SPHERE trong các đường hầm sâu ở Bắc Yorkshire, để nghiên cứu các điều kiện sống và hoạt động tiềm năng trên Mặt trăng và Sao Hỏa. Dự án sáng tạo này khám phá cách các hoạt động khoa học, y tế và kỹ thuật sinh học sẽ được thực hiện trong môi trường đầy thách thức, xa xôi và biệt lập tương tự như trên các hành tinh khác.
Sâu bên dưới bề mặt Bắc Yorkshire, các đường hầm dưới lòng đất đang mang đến cơ hội duy nhất để nghiên cứu cách con người có thể sống và hoạt động trên Mặt trăng hoặc trên Sao Hỏa.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Birmingham đã khởi động dự án Bio-SPHERE trong một môi trường nghiên cứu độc đáo, nằm sâu 1,1 km dưới lòng đất tại một trong những địa điểm khai thác sâu nhất của Vương quốc Anh. Dự án này nhằm mục đích khám phá cách thức có thể tiến hành các hoạt động khoa học và y tế trong điều kiện khắc nghiệt như trên Sao Hỏa và Mặt Trăng.
Đây là cơ sở đầu tiên trong một loạt cơ sở thí nghiệm mới được lên kế hoạch nghiên cứu cách con người có thể làm việc – và giữ sức khỏe – trong các sứ mệnh không gian dài ngày, một yêu cầu quan trọng để đảm bảo tính liên tục của sứ mệnh trên các hành tinh khác.
Nhóm đang hợp tác với Phòng thí nghiệm ngầm Boulby, một cơ sở dưới lòng đất sâu 4.000m3 tập trung vào vật lý hạt, khoa học Trái đất và nghiên cứu sinh học vũ trụ, do Hội đồng Cơ sở Khoa học và Công nghệ (một phần của Nghiên cứu và Đổi mới của Vương quốc Anh) điều hành với sự hỗ trợ của nhà khai thác mỏ Boulby, ICL-UK.
Dự án Bio-SPHERE dựa trên mạng lưới đường hầm rộng 3.000m3 liền kề với Phòng thí nghiệm Boulby, đi qua các mỏ muối đá 250 triệu năm tuổi, bao gồm các lớp bay hơi Permian còn sót lại từ Biển Zechstein. Môi trường địa chất này, cùng với vị trí sâu dưới bề mặt, đã cho phép các nhà nghiên cứu tái tạo lại các điều kiện hoạt động mà con người sẽ trải qua khi làm việc trong các hang động tương tự trên Mặt Trăng và Sao Hỏa. Điều này bao gồm sự xa xôi, khả năng tiếp cận vật liệu mới bị hạn chế và những thách thức trong việc di chuyển các thiết bị nặng xung quanh.
Đồng thời, nhờ môi trường bức xạ cực thấp do độ sâu đó cung cấp, vị trí này sẽ cho phép các nhà khoa học nghiên cứu mức độ hiệu quả của môi trường sống dưới lòng đất trong việc bảo vệ các phi hành đoàn khỏi bức xạ không gian sâu, vốn là một rủi ro đáng kể trong thám hiểm không gian. cũng như các mối nguy hiểm khác, chẳng hạn như các mảnh vỡ từ thiên thạch rơi xuống, có nguy cơ làm hỏng cơ sở hạ tầng hỗ trợ sự sống.
Cơ sở đầu tiên được mở như một phần của Bio-SPHERE (Pod bề mặt y sinh dành cho nghiên cứu môi trường sống và môi trường khắc nghiệt trong các chuyến thám hiểm), dựa trên mô-đun mô phỏng rộng 3 mét và được thiết kế đặc biệt để kiểm tra các quy trình y sinh cần thiết để chuẩn bị vật liệu để điều trị tổn thương mô. Chúng bao gồm các chất lỏng phức tạp, polyme và hydrogel dành cho y học tái tạo có thể được sử dụng, chẳng hạn như trong băng vết thương hoặc chất độn để giảm thiểu thiệt hại.
Một bài báo mô tả khái niệm và thiết kế của một môi trường sống như vậy đã được xuất bản gần đây trên tạp chí Nature (NPJ) Micro Gravity .
Bio-SPHERE, bao gồm nhiều khả năng cho công việc vô trùng và xử lý vật liệu, kết hợp các cơ sở mô phỏng này và môi trường địa chất hữu ích với khả năng tiếp cận các cơ sở phòng thí nghiệm vật lý và hóa học liền kề.
Môi trường này mang đến cơ hội mô phỏng các kịch bản nhiệm vụ khác nhau và tiến hành khoa học tiên tiến, liên ngành, từ tác động của môi trường khắc nghiệt đến các thông số sinh học và hóa lý cũng như cơ sở hạ tầng y tế, cho đến điều tra xem các nguồn tài nguyên 'tại chỗ' có sẵn như thế nào chẳng hạn như áp suất xung quanh, nhiệt độ và địa chất có thể được sử dụng để xây dựng môi trường sống.
Trưởng nhóm nghiên cứu, Tiến sĩ Alexandra Iordachescu, thuộc Trường Kỹ thuật Hóa học của Đại học Birmingham, cho biết: “Chúng tôi rất vui mừng được hợp tác với nhóm khoa học tuyệt vời tại Phòng thí nghiệm ngầm Boulby. Khả năng mới này sẽ giúp thu thập thông tin có thể tư vấn về các hệ thống, thiết bị và vật liệu sinh học hỗ trợ sự sống có thể được sử dụng trong các trường hợp cấp cứu y tế và sửa chữa mô sau khi bị hư hỏng trong các sứ mệnh không gian sâu.
“Những loại số liệu này có thể hướng dẫn thiết kế hệ thống và giúp đánh giá nhu cầu khoa học cũng như khung thời gian có thể chấp nhận được trong các hoạt động kỹ thuật sinh học trong điều kiện hạn chế của môi trường biệt lập, chẳng hạn như môi trường sống trong không gian. Dữ liệu cũng có thể mang lại nhiều lợi ích cho các ứng dụng trên Trái đất, chẳng hạn như cung cấp các biện pháp can thiệp y sinh ở vùng sâu vùng xa hoặc trong môi trường nguy hiểm và nói chung hơn là hiểu được quy trình làm việc y sinh trong những môi trường không lý tưởng này”.
Giáo sư Sean Paling, Giám đốc và Nhà khoa học cao cấp tại phòng thí nghiệm Boulby Underground cho biết: “Chúng tôi rất vui mừng được làm việc với Tiến sĩ Iordachescu và nhóm từ Đại học Birmingham trong công việc thú vị này. Những thách thức phía trước đối với loài người trong việc khám phá môi trường sống ngoài Trái đất rõ ràng là rất nhiều và đáng kể. Dự án Bio-SPHERE hứa hẹn sẽ giúp trả lời một số câu hỏi hậu cần quan trọng trong việc thiết lập điều kiện sống bền vững ở những môi trường xa xôi, dưới lòng đất và làm như vậy sẽ góp phần đáng kể vào sự chuẩn bị cần thiết cho hành trình dài, khó khăn và thú vị chung của chúng ta phía trước. Đây cũng là một ví dụ tuyệt vời về phạm vi nghiên cứu khoa học đa dạng có thể được thực hiện trong một cơ sở khoa học sâu dưới lòng đất và chúng tôi rất vui mừng được tổ chức nó.”
Tham khảo: “Môi trường sống trong không gian cho kỹ thuật sinh học và sửa chữa phẫu thuật: giải quyết yêu cầu về tái tạo và nghiên cứu các mô trong các sứ mệnh không gian sâu” của Alexandra Iordachescu, Neil Eisenstein và Gareth Appleby-Thomas, ngày 25 tháng 3 năm 2023, npj MicroGravity .
DOI: 10.1038/s41526-023-00266-3
