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MARS -500ミッションは、将来の火星への有人宇宙飛行（時期は未定）の準備として、2007年から2011年にかけてロシア、欧州宇宙機関、中国によって実施された心理社会的隔離実験である。[ 1 ]実験施設は、ロシアのモスクワにあるロシア科学アカデミー生物医学問題研究所（IBMP）に設置された。[ 1 ]
2007年から2011年にかけて、3つの異なるボランティアチームがIBMPの模擬宇宙船内で生活し、活動した。520日間の有人ミッションをシミュレートすることを目的とした実験の最終段階は、ロシア人3名（アレクセイ・シテフ、スクロブ・カモロフ、アレクサンダー・スモレフスキー）、フランス人1名（ロマン・シャルル）、イタリア人1名（ディエゴ・ウルビナ）、中国人1名（ユエ・ワン）からなる男性のみのチームによって実施された。模擬施設は、地球・火星間シャトル宇宙船、上昇・下降機、火星表面をシミュレートしていた。3つの段階に参加したボランティアには、工学、医学、生物学、有人宇宙飛行の経験を持つ専門家が含まれていた。この実験により、長期にわたる密室隔離がもたらす生理学的、社会的、心理学的影響に関する重要なデータが得られた。
MARS-500は、長期宇宙飛行に内在する心理的、生理的、技術的な課題を研究することを目的としていました。克服すべき課題の中でも、この実験では、長期無重力状態がもたらす生理的影響、資源管理の有効性、そして密閉された環境における隔離の影響などが検証されました。MARS-500の通信システムは、火星に向かう宇宙船との実際の通信時間をシミュレートするため、平均13分の遅延で設計されました。
MARS-500の科学的目標には、潜在的な居住施設の設計の研究が含まれており、特に乗組員（火星への7〜9ヶ月の旅の間、医療設備が比較的限られた比較的小さな宇宙船に閉じ込められることになる）への医療および心理的サポートに重点が置かれていた。[ 2 ]
合計で、2007年から2011年の間に640日間の実験が予定され、長さの異なる3つの段階に分けられました。各段階で、ボランティアのクルーは模擬宇宙船で生活し、作業を行いました。外部との通信は制限され、火星と地球間の実際の通信遅延をシミュレートするために、最大25分の現実的な時間遅延で行われました。同様に、ボランティアには現実的に制限された船内消耗品が提供されました。[ 3 ]無重力や宇宙放射線などの一部の条件はシミュレートできませんでした。
MARS-500実験の最初の15日間の段階は、2007年11月15日から2007年11月27日まで行われた。この段階の目的は、航海のための技術機器、設備、および運用手順をテストすることであった。[ 4 ]
実験の第2段階である105日間の段階は、2009年3月31日に開始され、6人のボランティアが実験用の隔離された居住施設で生活を始めた。[ 5 ] 2009年7月14日にこの段階の実験は完了した。
520 日間に及ぶ実験の最終段階は、完全な有人ミッションをシミュレートすることを目的としており、2010 年 6 月 3 日に開始され、2011 年 11 月 4 日に終了しました。[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]この段階は、ロシア人 3 人、フランス人 1 人、イタリア系コロンビア人 1 人、中国人 1 人からなる 6 人の国際クルーによって実施されました。[ 8 ]この段階には、有人火星着陸のシミュレーションが含まれており、2011 年 2 月 14 日、18 日、22 日に 3 回の火星歩行のシミュレーションが行われました。[ 9 ] [ 10 ]実験は 2011 年 11 月 4 日に終了し、参加者全員が最適な身体的および精神的状態であったと報告されています。[ 8 ]
2013年2月、米国科学アカデミー紀要は、乗組員6人のうち4人が、動物の冬眠と比較して睡眠に著しい問題を抱え、睡眠時間と休息時間が長くなったと報告した。[ 11 ]また、参加者は監禁中に概日リズムの乱れも経験した。[ 12 ]
実験施設はモスクワにある生物医学問題研究所の敷地内に設置された。施設は隔離施設、ミッションオペレーションルーム、技術設備、およびオフィスで構成されていた。
隔離施設は5つの異なるモジュールで構成されていた。居住モジュール、ユーティリティモジュール、医療モジュールの3つは、メイン宇宙船を模擬したものであった。4つ目のモジュールは火星着陸船を模擬したもので、メイン宇宙船に接続されていた。5つ目のモジュールは火星表面のシミュレーターで、火星着陸船に接続されていた。モジュールの合計容積は550立方メートル（19,000立方フィート）であった。
この施設には、実験を行うために必要なすべての機器が備えられていました。これには、通信および制御システム、換気システム、空気および水の供給、電気設備、下水システム、空気および水質の監視および部分的なリサイクルシステム、医療機器、火災およびその他の安全監視システム、緊急機器などが含まれていました。モジュールは地球の標準気圧に維持されていました。[ 13 ]
居住モジュールは乗組員の主要な居住空間であった。円筒形の3.6m × 20m （12フィート× 66フィート）のモジュールは、6つの個別の乗組員区画、キッチン/ダイニングルーム、リビングルーム、メインコントロールルーム、およびトイレで構成されていた。個別の寝室区画はそれぞれ約3平方メートル（32平方フィート）の広さがあり、ベッド、机、椅子、および私物を置くための棚が備えられていた。[ 14 ]
円筒形の医療モジュールは3.2m × 11.9m （10フィート× 39フィート）の大きさで、2つの医療用ベッド、トイレ、および日常的な健康診断のための機器が収容されていた。また、遠隔医療、検査室、および診断調査のための機器も備えられていた。乗組員が病気になった場合は、モジュール内で隔離され治療を受けることになっていた。[ 13 ]
火星着陸モジュールシミュレーターは、実験の30日間の「火星周回」フェーズでのみ使用されました。6.3 m × 6.17 m (20.7 ft × 20.2 ft)の円筒形のモジュールには最大3人の乗組員が収容でき、3つの二段ベッド、2つのワークステーション、およびトイレがありました。補助システムには、制御およびデータ収集システム、ビデオ制御および通信システム、ガス分析システム、空調および換気システム、下水システムおよび給水システム、消火システムが含まれていました。[ 13 ]
円筒形の3.9m × 24m （13フィート× 79フィート）の保管モジュールは4つの区画に分けられた：[ 13 ]
MARS-500プロジェクトは、潜在的な候補者に対していくつかの基本的な要件を提示した。それらは以下のとおりである。
隔離実験の最初の15日間の段階のクルーは、5人の男性と1人の女性からなる6人のロシア人で構成されていた。[ 15 ]この実験段階は2007年11月に実施された。
乗組員の中で唯一の女性であるマリーナ・トゥグシェワは、長期任務からは外された。
105日間の第2段階には6人の乗組員が参加し、2009年7月14日に終了した。[ 16 ]
40か国から6,000人以上が、520日間の実験の第3段階に応募した。[ 17 ]選ばれたボランティアは、ロシア人3人、ヨーロッパ人2人、中国人1人だった。[ 18 ]彼らの英語力は様々だったが、全員がロシア語を話せるわけではなかった。[ 19 ]
乗組員のもう一人のメンバーは、交代要員として、37歳のロシア人エンジニア、ミハイル・シネルニコフ（Михаил Олегович Синельников）であった。[ 17 ]任務は2010年6月3日に開始され[ 25 ] 、2011年11月4日に終了し、その後参加者は施設を離れる前に4日間の隔離に入った。 [ 8 ] [ 26 ]
MARS-500実験中、放射線の影響、無重力に関連する健康問題、宇宙船内での火災の影響などを研究することを目的とした関連追加実験が行われた。[ 27 ]
乗組員を対象とした実験には、心電図、呼吸サンプル、血圧の記録、および生活習慣、ストレス、過去1か月間の体調不良に関するアンケート調査からなる、月ごとの運用調査が含まれていた。
四半期ごとに実施される動的な複合研究では、身体的、精神的、および起立性負荷を伴う機能テストの実施中に、血圧および複雑な心肺機能パラメータの測定と記録が行われた。一連の研究の前後には、詳細な質問票を用いた心理検査と標準的な外来診療所での研究が実施された。
長期間無重力状態に置かれると、人は運動機能低下障害を発症します。この現象を研究するために、IBMPは長年にわたりこの分野の研究を行っており、運動機能低下障害の原因の詳細な全体像を構築することができました。実験結果によると、障害の主な原因は、重力の影響下で身体の運動活動を担う重力依存性メカニズムの変化です。この変化は、感覚系、特に骨格支持系と固有受容系の協調的な働きが阻害されることによって生じ始めます。実験で得られたデータは、人間の支持求心性神経が姿勢緊張系の活動の活性化と調節のメカニズムとして機能し、骨格支持の欠如が無重力状態や微小重力状態でよく見られる生理学的および形態学的変化を引き起こす原因であることを示唆しています。[ 27 ]
浸漬実験の主な目的は、飛行（荷降ろしを含む）が身体の支持機構（脊髄、脊髄上部）、中枢神経系の状態、運動機能、手と目の協調に及ぼす潜在的な影響を研究することであった。[ 28 ]
飛行中、宇宙船内で火災が発生するリスクがあり、このリスクを軽減するために、宇宙船の大気中でアルゴンを抑制剤として使用することが計画されている。アルゴンを使用すると、乗組員に害を与えることなく宇宙船の大気中の酸素濃度を大幅に低下させ、いわゆる低酸素環境を作り出すことができる。高圧実験は、耐火性酸素-窒素-アルゴン混合ガスに長時間滞在した被験者の身体を総合的に評価することで、耐火性酸素-窒素-アルゴン混合ガスが人体に及ぼす影響に関する知識を補完する。このテストは、精神的および身体的パフォーマンスのレベルを決定し、心肺系、血液中の血液学的、代謝的および免疫学的パラメータの状態を評価し、微生物学的研究および既存のサポートシステムを改善する研究を実施することを目的としていた。[ 29 ]
火星への飛行中に放射線照射によって引き起こされる健康問題を回避するためには、放射線リスクの予測モデルを作成する必要がある。このモデルは、総被曝線量に応じた放射線障害のリスク、急性反応を引き起こすパフォーマンスの低下、および惑星間飛行に伴うその他の健康リスクに対する免疫系の抵抗力の低下の可能性を記述するものでなければならない。
予測モデルは、サル群を放射線源（セシウム137）に曝露することによって作成されます。その後、放射線実験を実施して、主要な調節器官系（神経系、内分泌系、免疫系、心血管系、造血系）の放射線生物学的反応、精子および細胞遺伝学的反応、放射線照射に対する反応、および曝露の長期影響（寿命および発がん）の分析を調べます。実験には、3～5歳の雄アカゲザルを使用します。サルは、10～15匹ずつのグループに分けられます。実験は、火星への飛行中の乗組員の実際の曝露を模倣するように設計されており、病気の急性期と慢性期を含みます。[ 30 ]
MARS-500の生物学的および医学的研究の中で、乗組員は搭載医療機器を使用して24時間の電気胃腸管造影検査を受け、人間の消化管の電気活動を研究した。 [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]
公式結果によると、520日間の隔離実験のクルーは単一のユニットとして実験に臨んだ。人間関係の衝突は報告されておらず、プロジェクトのいかなる側面も中断または遅延させる必要のある状況もなかった。[ 34 ]いくつかの複雑な活動の遂行中に遭遇した困難は、クルーが協力して克服した。文化の違いや言語の困難は、大きな影響を及ぼさなかった。実験全体を通して、友好的で建設的なコミュニケーションが優勢であったと言われている。クルーは一緒に時間を過ごし、さまざまな言語の映画を鑑賞し、そのような娯楽活動を映画について話し合ったり、社会的に交流したりする機会として利用した。
乗組員たちは誕生日や主要な祝日、そして非公式な祝日（10月31日にはハロウィーンを祝った）にサプライズを用意した。一部の乗組員は個人活動に費やす時間を増やしたが、それがコミュニケーションや交流を妨げることはなかった。言語、社会、文化的な障壁は一切見られず、任務指揮官は公式および非公式のリーダーとしてその権限を行使した。
実験の後半では、乗組員はベッドで過ごす時間や個人的な活動に費やす時間が増えた。乗組員の全体的な活動レベルは最初の 3 か月で急激に低下し、その後 1 年間も低下し続けた。帰路では、往路よりも 700 時間多くベッドで過ごした。乗組員のうち 4 人が睡眠障害や心理的問題に悩まされた。乗組員の 1 人は睡眠が非常に悪く、慢性的な睡眠不足に苦しみ、集中力と注意力を測定するために使用されたコンピューター テストで犯したミスの大部分を占めた。[ 35 ]