Thám hiểm không gian đang bước vào một kỷ nguyên mới. Chương trình Artemis của NASA và các Thỏa thuận Artemis liên quan đặt mục tiêu đưa con người lên Mặt trăng sớm nhất vào năm 2026 và sau đó là sao Hỏa. Trung Quốc cũng dự kiến phóng tàu có người lái lên Mặt trăng trước năm 2030 và xây dựng một căn cứ mặt trăng.

Các sứ mệnh không gian do nhà nước hợp tác với tư nhân cũng đang định hình lại lĩnh vực này. Chẳng hạn, năm 2024, sứ mệnh Polaris Dawn do công ty công nghệ không gian SpaceX thực hiện đã đưa doanh nhân Mỹ Jared Isaacman cùng kỹ sư Sarah Gillis của SpaceX trở thành những thường dân đầu tiên thực hiện một chuyến đi bộ ngoài không gian. Tuy nhiên, còn nhiều thách thức phía trước, trong đó có việc đảm bảo sức khỏe cho các phi hành gia.

Con người đang xây dựng một tương lai trong không gian — nhưng cơ thể con người vốn không được thiết lập cho môi trường đó. Ngay cả những người khỏe mạnh và có thể trạng tốt nhất cũng có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng trong không gian.

Bên ngoài bầu khí quyển bảo vệ của Trái đất, cơ thể con người phải đối mặt với mức độ bức xạ cao. Theo Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA), một phi hành gia trên đường đến sao Hỏa có thể phải hấp thụ một lượng bức xạ tương đương với một năm trên Trái đất chỉ trong một ngày của hành trình kéo dài nhiều tháng. Điều này có thể làm tăng nguy cơ ung thư và bệnh tim mạch.

Ngoài ra, sự kết hợp giữa bức xạ và tình trạng không trọng lực kéo dài có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe. Xương có thể mất khoảng 1% mật độ khoáng mỗi tháng, làm tăng nguy cơ gãy xương. Dịch trong cơ thể có thể dồn lên mắt, gây áp lực và ảnh hưởng thị lực. Nguy cơ mắc các bệnh về thận cũng tăng lên.

Bên cạnh các vấn đề thể chất, sự cô lập có thể ảnh hưởng đến tâm trạng và hiệu suất làm việc, gây tổn hại đến sức khỏe tâm thần.

Khi con người hướng đến Mặt trăng và sao Hỏa, những thách thức này cần được giải quyết bằng công nghệ và nghiên cứu đổi mới — những đổi mới mà con người trên Trái đất cũng có thể hưởng lợi. Dưới đây là một số lĩnh vực nghiên cứu y học không gian quan trọng có thể giúp đảm bảo thành công cho các sứ mệnh và cải thiện sức khỏe con người:

Chăm sóc y tế từ xa

Y tế từ xa là một phần không thể thiếu trong các chuyến bay không gian có người lái, cho phép các bác sĩ theo dõi và hỗ trợ sức khỏe thể chất lẫn tinh thần của phi hành gia từ xa qua các công nghệ viễn thông.

Tuy nhiên, đối với các sứ mệnh không gian sâu, việc truyền thông tin có thể bị chậm trễ nghiêm trọng — ví dụ, mất 20 phút để một tín hiệu y tế từ sao Hỏa được gửi về Trái đất. Khoảng thời gian đó có thể là quá dài trong trường hợp khẩn cấp như đau tim.

Do đó, các ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) đang được phát triển để giúp phi hành gia nhận hỗ trợ y tế nhanh hơn — tương tự như các công nghệ hỗ trợ chẩn đoán và tư vấn y tế bằng AI đang được sử dụng trên Trái đất. Điều này giúp việc chăm sóc sức khỏe trong không gian trở nên tự động hơn. Tuy nhiên, việc sử dụng AI trong không gian cũng có những thách thức: ai sẽ sửa hệ thống nếu bị hỏng, làm sao cập nhật phần mềm trong suốt hành trình để theo kịp với kiến thức y tế mới hoặc nhu cầu thay đổi của phi hành đoàn?

Đảm bảo có đủ thuốc cũng là một vấn đề lớn, nhất là với các sứ mệnh kéo dài. Một nghiên cứu cho thấy, mỗi thành viên trên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) trung bình sử dụng bốn loại thuốc thông dụng mỗi tuần — như thuốc giảm đau, thuốc ngủ và thuốc thông mũi. Các loại thuốc thiết yếu như kháng sinh và thuốc điều trị bệnh tim khẩn cấp cũng được dự trữ.

Tuy nhiên, một ước tính cho thấy hơn một nửa số thuốc trên ISS có thời hạn sử dụng dưới ba năm hoặc thậm chí ngắn hơn. Điều này là không đủ cho sứ mệnh đến sao Hỏa kéo dài ít nhất ba năm, và có đến 60–98% thuốc có thể hết hạn trước khi sứ mệnh kết thúc. Việc tiếp tế thuốc từ Trái đất gần như bất khả thi.

Sức khỏe tâm thần

Sức khỏe tâm thần của phi hành đoàn luôn là mối lo ngại — từ ISS cho đến các sứ mệnh dài hạn đến sao Hỏa. Họ phải sống trong không gian chật hẹp, ít người, cách biệt gia đình, và bị giới hạn giao tiếp. Mệt mỏi và mất ngủ do căng thẳng, tiếng ồn, môi trường lạ có thể làm trầm trọng thêm các vấn đề tâm lý.

Trong nhiều thập kỷ, NASA và các cơ quan không gian khác đã tích lũy kinh nghiệm quý báu về sức khỏe tâm thần trong các môi trường bị cô lập — từng được áp dụng để giải quyết khủng hoảng trên Trái đất, như vụ cứu 33 thợ mỏ Chile năm 2010.

Các sứ mệnh mô phỏng trên Trái đất giúp các nhà nghiên cứu lường trước các vấn đề có thể phát sinh. Khi phi hành gia đặt chân lên bề mặt hoặc quỹ đạo Mặt trăng, chúng ta sẽ có thêm dữ liệu thực tiễn để chuẩn bị cho sứ mệnh đến sao Hỏa.

ESA đang thử nghiệm các biện pháp cải thiện tâm lý như: hệ thống chiếu sáng hỗ trợ nhịp sinh học, nghiên cứu sự thay đổi nhịp sinh học trong các sứ mệnh kéo dài, và sử dụng kính thực tế ảo giúp phi hành gia thư giãn tinh thần.

Sản xuất thực phẩm

Việc sản xuất thực phẩm bền vững là cần thiết cho các sứ mệnh không gian xa. Hành trình đến sao Hỏa có thể kéo dài 7–10 tháng, khiến việc mang đủ thực phẩm từ Trái đất là không khả thi.

Việc trồng cây trên Mặt trăng hay sao Hỏa cũng gặp khó khăn do nhiệt độ khắc nghiệt — như trên Mặt trăng nhiệt độ dao động từ 121°C đến −133°C ở gần xích đạo, bức xạ mạnh, trọng lực thấp và số giờ chiếu sáng khác biệt. Hơn nữa, đất trên Mặt trăng thiếu dưỡng chất và chất hữu cơ, còn đất sao Hỏa chứa kim loại nặng và muối độc hại.

Năm 2021, NASA và Cơ quan Vũ trụ Canada tổ chức cuộc thi Deep Space Food Challenge nhằm tìm ra các hệ thống sản xuất thực phẩm sử dụng tài nguyên hạn chế. Những công nghệ này không chỉ phục vụ không gian mà còn có thể ứng dụng tại các khu vực hẻo lánh trên Trái đất.

NASA cũng đang nghiên cứu sử dụng vi sinh vật biến đổi gen trong các buồng phản ứng sinh học để tạo ra dưỡng chất.

Sinh học cơ bản

Trước khi đưa con người vào không gian xa, điều quan trọng là hiểu tác động của bức xạ, nhiệt độ cực đoan, không trọng lực và các yếu tố môi trường khác đối với sinh vật, tế bào, DNA và sức khỏe tổng thể.

Bức xạ không gian có thể gây hại cho mọi hệ thống trong cơ thể, từ tổn thương DNA dẫn đến ung thư, bệnh tim mạch, đục thủy tinh thể và nhiều rối loạn khác. Việc hiểu biết điều kiện môi trường trong không gian giúp phát triển các biện pháp bảo vệ phù hợp — như thiết kế tàu và bộ đồ chống bức xạ hiệu quả.

Tàu đổ bộ Chang’e-4 của Trung Quốc, đáp xuống mặt sau của Mặt trăng năm 2019, mang theo thiết bị đo bức xạ của Đức. Kết quả cho thấy phi hành gia trên Mặt trăng có thể tiếp xúc với bức xạ gấp hơn hai lần so với trên ISS, và cao gấp 200–1.000 lần so với Trái đất.

Sứ mệnh BioSentinel của NASA, phóng vào không gian sâu năm 2022, đang thu thập dữ liệu về mức độ bức xạ trong không gian. Dự kiến sứ mệnh sẽ kết thúc vào mùa thu năm 2025.

Sứ mệnh này còn đưa các tế bào nấm men vào vệ tinh nhỏ CubeSat để nghiên cứu tác động của bức xạ lên sinh học. Tuy nhiên, tế bào nấm men không phát triển như mong đợi, có thể do bị hỏng sau thời gian dài bảo quản.

Sứ mệnh Artemis III, sẽ đưa người lên bề mặt Mặt trăng, sẽ là cơ hội để thực hiện nhiều thí nghiệm mới. Một trong số đó là dự án Tác động Mặt trăng lên Hê Thực vật nhằm nghiên cứu quá trình quang hợp và phản ứng stress của cây trồng trên Mặt trăng — có thể giúp cải thiện kỹ thuật trồng trọt ở môi trường khắc nghiệt trên Trái đất.

Theo những cách này, thám hiểm không gian có thể trở thành chất xúc tác cho đổi mới và hợp tác khoa học. Thông qua nỗ lực tập thể, các nhà nghiên cứu có thể thúc đẩy tiến bộ công nghệ và đóng góp cho sự phát triển cả trong không gian lẫn trên Trái đất.

Các nhà nghiên cứu đang kiểm tra mảng pin mặt trời của phương tiện vũ trụ BioSentinel của NASA. Ảnh: NASA

Các phi hành gia trên Trạm Vũ trụ Quốc tế đang nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ ăn chuyên biệt trong không gian đối với sức khỏe của họ. Ảnh: NASA