ביום שחלף בינואר האחרון בו היה אמור להודיע הנשיא בוש על מדיניות חלל גדולה וחדשה, יותר ממאה מדענים נדבקו בבר גרנדסטנדס ספורט במונטגומרי, טקסס, כדי לצפות בכתובת. הם המתינו שנים לרגע זה, אך גם כאשר הנשיא ציין את התוכניות לבסיס ירח עד 2020, שאחריהן יבואו "משימות אנושיות למאדים ולעולמות שמעבר", המדענים לא הריעו. "התגובה הייתה רצינית", נזכר ג'ון צ'ארלס, ביו-פיזיקאי שהיה בקהל. "זה היה יותר כמו 'יש לנו הרבה מאוד עבודה לעשות'."
קבוצה זו של פיזיולוגים, ביוכימאים, פיזיקאים, פסיכולוגים ורופאים מרחבי הארץ (שבמקרה הייתה בכנס במונטגומרי) עמלה על אתגר אולי אפילו יותר מרתיע מאשר לבנות חללית שתוביל אסטרונאוטים עד 498 מיליון מיילים עד מאדים ובחזרה: להחזיר אותם הביתה חי וקיים.
בשנת 1997, מומחים בנאס"א ובמכון הלאומי לביו-רפואה לחלל, קונסורציום מבוסס יוסטון של מעבדות אוניברסיטאיות ולאומיות, יצאו לזהות את הבעיות הבריאותיות שנגרמו בעקבות מסע כזה, שייקח נסיעה של שלוש שנים בסבב. הם זיהו 55 איומים, מסרטנים הנגרמים על ידי קרינה ועד דיכאון. כמה בעיות, כמו תזונה (כיצד לאגור מספיק מים ולגדל אספקת מזון לשלוש שנים), לא יהיו בלתי אפשריים לפתור, כך צופים המדענים. עם זאת, אתגרים אחרים מורכבים עד כדי כך שמספקים מספוא למבקרים שמתעקשים כי חקר חלל ממושך מתאים יותר לרובוטים מאשר לאנשים.
הרשומה של השהייה הארוכה ביותר בחלל שייכת למומחה הרפואי הרוסי ולרי פוליאקוב, שבילה 438 ימים על התחנה הרוסית מיר שהושקה בשנת 1986 והופעלה בשנת 2001. תחנת החלל הבינלאומית, המנוהלת על ידי שותפות של 16 מדינות כולל ה- ארצות הברית, קנדה, רוסיה ויפן, נכבשה לראשונה בשנת 2000 ושכנה תשעה משלחות למשך שהות עד 195 יום.
אחת הבעיות הגדולות ביותר המתמודדות עם אנשים המבלים יותר מחודש או חודשיים בחלל היא אובדן פוטנציאלי הרסני של רקמת העצם, שעלול לגרום לשברים. על פני כדור הארץ, רקמת העצם, המגורה על ידי משיכת ודחיפת השרירים הפועלים כנגד כוח הכבידה, מרסקת בדרך כלל תאי עצם חדשים. אולם במיקרובראציה של החלל, מעבר להישג ידם של שדות הכבידה של כדור הארץ ומאדים, פירוק רקמת העצם מאיץ בעוד ייצור חדש מאט, וכתוצאה מכך עצמות דקות ושבריריות בצורה מסוכנת.
במשך שנים מדענים מדדו את צפיפות העצם של האסטרונאוטים ובנוסף מחקרים בהם בילו מתנדבים כבולים בכדור הארץ שבועות בשכיבה במיטה, כדי לדמות כיצד שרירים משתבשים במיקרובראוויציה. לינדה שאקלפורד, רופאה העומדת בראש מעבדת העצמות והשרירים במרכז החלל ג'ונסון, אומרת שהחוקרים העובדים על הבעיה התקדמו. עדות אחת להאטת איבוד העצמות בחלל, כך עולה מהראיות, היא פעילות גופנית באמצעות מכונה המייצרת חלק מהתנגדות שכוח המשיכה מספק בדרך כלל. נאס"א הציבה אב-טיפוס של מכונת התרגיל בתחנת החלל הבינלאומית למשימתה הראשונה. האסטרונאוט ביל רועה, שבילה כמעט חמישה חודשים בתחנה, עד מרץ 2001, עבד עם המכונה ההיא שישה ימים בשבוע במשך עד 45 דקות ביום. "הוא נראה די טוב כשחזר, " אומר שקלפורד, והוסיף כי בדיקות רפואיות הראו כי אסטרונאוטים בתחנת החלל שהשתמשו במכונה חוו בדרך כלל פחות אובדן עצם בעמוד השדרה, הירך והאגן מאשר הקוסמונאוטים של מיר. מדעני נאס"א בוחנים גם אם אסטרונאוטים עשויים להפיק תועלת מתרופת האלנדרונאט, שמאטה את התמוטטות רקמת העצם ומועברת באופן שגרתי לנשים בכדור הארץ עם אוסטאופורוזיס.
בעיות פיזיות אינן מהסוג היחיד שעומד בפני אסטרונאוטים של מאדים. במשך מרבית ההיסטוריה של 46 שנים של נאס"א, הסוכנות הצליחה להמעיט באבנים רגשיים. והפליירים עצמם, החל מאסטרונאוטים מרקורי יכולים לעשות זאת, האמריקנים הראשונים שהקיפו את כדור הארץ (בין 1961 ל -1963), נטו להתנגש בבעיות פסיכולוגיות. אף על פי שנאס"א הקימה מעבדת התנהגות וביצוע בשנת 1984, זה לא היה עד 1995, אז האסטרונאוט האמריקני נורם תאגרד בילה 115 ימים במיר עם שני קוסמונאוטים רוסים, אך גורמים רשמיים בארה"ב הכירו בפומבי כי אסטרונאוטים זקוקים להכשרה נוספת לאתגרים הפסיכולוגיים של לחשים ארוכים בחלל.
במהלך שהותו במיר, תגרד, רופא ומהנדס שהטיס ארבע משימות שאטל, אמר שוב ושוב לבקרי הקרקע שהוא רוצה לדבר עם משפחתו ועמיתיו יותר מפעם בשבוע, כפי שהוא עשה, וכי הוא חש מבודד. תכנון לקוי של נאס"א וסוכנות החלל הרוסית מנעו ממנו לבצע את רוב הניסויים שלו, והעמידו אותו בקצוות רפויים. הוא איבד 13 פאונד כיוון שלא אהב את האוכל הרוסי - מרקים, בשרים ג'לי ודגים. לאחר שחזר לכדור הארץ הוא אמר לעיתונאים שאם המשימה הייתה מורחבת עוד שלושה חודשים, ייתכן שהוא לא היה מצליח.
אסטרונאוטים אחרים התקשו גם על מיר. חלקם הסתכסכו עם קוסמונאוטים. אחרים לא יכלו לישון תקופות ארוכות או שקעו בדיכאון וסירבו לדבר עם מבקרי המשימה או עם פליירים אחרים. הרבה קוסמונאוטים התלוננו כי בקרי המשימה דורשים מדי. בשנת 1997, הקוסמונאוט וסילי ציבליאב, מותש לאחר ארבעה חודשים בחלל, איבד שליטה על ספינת אספקה בלתי מאוישת שהתקרבה אל מיר, פיצחה את גרזתה ושילחה את התחנה לסיבוב איטי שלקח ימים עד לעצור.
בהתחשב בצורך מדי פעם בבדיקת מציאות בחלל, כאשר עיכוב קולי של כמעט חצי שעה עשוי למנוע את הטיפול בדיבורים עם פסיכולוג בכדור הארץ, חוקרים מאוניברסיטת פנסילבניה בית הספר לרפואה ואוניברסיטת רוטגרס מנסים לפתח משולב. מחשב ש"קורא "את פניו של אסטרונאוט בגלל סימנים של מצוקה רגשית. חוקרי אוניברסיטת הרווארד המציאו סדרה של בדיקות נפשיות שיכולות להיות מנוהלות על ידי מחשב ביד כף יד וזה יסייע להעריך אם אסטרונאוט אולי עייף מדי מכדי לבצע משימה מורכבת כמו מסלול שטח.
בניגוד לטיסה במעבורת או אפילו לנקודה בתחנת החלל, מסע למאדים ימנע ככל הנראה לשלוח אסטרונאוט חולה הביתה לטיפול. ואם מתן החייאה הוא דבר מסובך על כדור הארץ, זה מוזר לגמרי אם החיישן צף בתוך חללית. מדענים תיכננו חולה דמה ממוחשב עליו אסטרונאוטים מתרגלים טיפול חירום בטיסה. הם בדקו - עם תוצאות טובות, אומר Hal Doerr, ראש התמיכה המבצעית הרפואית במכון הביו-רפואי לחלל הסוכנות - דמה במטוס KC-135 בו נאס"א משתמשת כדי לדמות חוסר משקל. שביט הקיא שנקרא מבצע צלילות ומטפס כדי לשלול את השפעת הכובד במשך 25 שניות בכל פעם.
קרינה מייננת, הנפלטת על ידי השמש וחפצים שמימיים אחרים, יכולה לחדור לחללית ולעורר הרס בתאים אנושיים, ועלולה להעלות את הסיכון לחלות בסרטן. מה שבטוח, אף אסטרונאוט לא פיתח סרטן המיוחס לחשיפה לקרינה בחלל, אך עד כה הטיסות הוגבלו למסלול נמוך מכדור הארץ או לכמה פניות קצרות לירח. מניעת נזק שנגרם כתוצאה מקרינה סולארית וקוסמית, נמצא שנים רבות, אומר פרנק סולזמן, מנהל פרויקט בריאות הקרינה בחלל במרכז החלל ג'ונסון. הוספת מגן קרינה לחללית עשויה להוסיף מיליארדים למחיר, לפי הערכות מסוימות. אף שמדענים פיתחו הנחיות לכמה ניתן לחשוף אסטרונאוטים לקרינה במסלול כדור הארץ הנמוך, שם השדה המגנטי של כדור הארץ חוסם מעט קרינה, הם עדיין בחושך לגבי רמות קרינה בטוחות בחלל העמוק יותר, שם רמות הקרינה גבוהות יותר . בשנה שעברה פתחה נאס"א מעבדת קרינת חלל חדשה בסך 34 מיליון דולר במעבדה הלאומית ברוקאבן באפטון, ניו יורק, כדי לבדוק את השפעות הקרינה על מיקרואורגניזמים, תאים אנושיים בכלי מעבדה ומכרסמים במעבדה. החוקרים רוצים לדעת כיצד הקרינה הקוסמית משפיעה על מערכת העצבים המרכזית ובאילו רמות הקרינה גורמת לנזק סלולרי שעלול להוביל לגידול ממאיר. בעוד כמה שנים, אומר סולזמן, הסוכנות תקבע סטנדרטים חדשים לחשיפה לקרינה במשימות לטווח קצר לירח, אבל זה ייקח עשור בערך לפני שהם עשו מספיק מחקר מעבדה כדי לקבוע הנחיות למסע למאדים .
יש מדענים ששואלים את השאלה האם אי פעם ניתן לעשות מספיק כדי להפוך את מסע מאדים לבטוח במידה סבירה. "אני חושב שכולם יודעים שקרינה באנרגיה גבוהה הולכת להיות בעיה קשה במיוחד", אומר רוברט פארק, פיזיקאי מאוניברסיטת מרילנד ומנהל מידע ציבורי בחברה הפיזיקלית האמריקאית. פארק טען זה מכבר שרק הרובוטים מתאימים לחקור את החלל. כמו כן, הוא מאמין שאפילו אסטרונאוטים שעברו הכשרה רפואית יחסרו את הטכנולוגיה כמו גם את הניסיון בחוסר משקל להתמודד עם חירום רפואי רציני בחלל, שעלולים להתעורר. "תמיד יש בעיה בהתמודדות עם בני אדם", הוא אומר. "אם רובוט מפתח בעיה, חבל, אבל אנו שולחים עוד אחד ולא מצהירים על יום אבל לאומי."
צ'ארלס, מקבוצת האסטרונאוטיקה הביו-רפואית, אומר שאם ארצות הברית תחליט לשלוח אנשים למאדים ובחזרה, ייתכן שהאומה פשוט תצטרך לחיות עם המציאות שההפלגה - בין ההתחייבויות המסוכנות ביותר בהיסטוריה - לא יכולה להיכשל - בטוח. "יתכן שלעולם לא ייפתרו כל הבעיות", הוא אומר ומוסיף: "בשלב מסוים גורם בתכנית אחראי יצטרך לחתום על שמו על הקו המנוקד ולהגיד 'אנו מודים לכך שנשארת רמת סיכון אנו מקבלים את זה. '"
