来自 航天航空 2019-05-30 15:23 的文章
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太空飞行 会留下怎样的身体“记录”

  随着俄罗斯“联盟TMA-16M”载人飞船在本月12日成功返回地面,俄罗斯宇航员根纳季帕达尔卡以879天的太空飞行总时间成为在太空停留最久的宇航员。

  五次太空飞行、打破世界纪录,对57岁的帕达尔卡来说,他已然成为世界太空行走方面经验最丰富的宇航员。在接受英国《卫报》采访时帕达尔卡表示,还想尝试在太空中停留1000天的目标。

  在太空停留更长时间,是航天科技的不懈追求,追求有一天人类可以跨出地球走向宇宙,探知更广阔的寰宇星球。

  和帕达尔卡一起在“和平”号空间站工作过的宇航员尤里巴特因曾话吐忧伤,“在太空中待得时间过长会引起脊柱伸长,特别是骨密度下降的问题,这使得回到地球后很难再适应。对我来说,克服身体不适并不是难事,最难的是很长一段时间都会见不到家人”。

  航天飞行,失重的自然环境和孤寂的心理状态是宇航员必须面对的生存现状。中国载人航天工程航天员系统副总设计师、航天医学基础与应用国家重点实验室主任李莹辉在接受科技日报记者采访时表示,“太空飞行就是对人类的一项严峻挑战,否则也不会把载人航天看得那样难,将载人航天喻为挑战未知,挑战极限的一项工程”。

  李莹辉介绍:“1G重力条件下形成的机体结构与功能和人类作为群居生物这两种属性决定了人在太空飞行的难度。要知道,失重后生理反应有可能将身体生理反应向病理反应发展,而且时间越长风险越高;同时生理和心理二者还会相互影响。”

  “太空飞行对航天员生理方面的影响是有时序性的,随着时间的延长,涉及的生理系统会逐渐增多。如果短期飞行1个月左右,主要是体液头向分布导致心血管的功能障碍;随着时间的延长,慢慢会出现肌肉萎缩、骨流失;接着在时间与微重力、高任务负荷压力等因素的影响下,还可能导致免疫和内分泌系统的问题。它会涉及生理系统的方方面面。”李莹辉说。

  医学研究表明,失重所导致的骨流失随飞行时间的延长而持续进行,会造成两个后果:骨质疏松和增大发生肾结石的可能。李莹辉解释,骨流失是人体适应微重力环境的的一种生理过程,而骨质疏松症是一种病理现象。失重下从骨矿盐密度降低到骨小量结构变化,是从生理变化转化成病理变化的过程。

  而面对中长期太空飞行中出现的生理影响,针对不同问题,宇航员可通过物理防护、及时锻炼以及服用药物进行调整。

  比如刚进入太空,处于急性适应期,这时的主要问题是体液头向分布,一般采取将套袋系在腿上,防止体液快速向头部转移。而随着进入相对稳定期,就会采用“企鹅服”、自行车功量计、跑台等防护措施。据介绍,“企鹅服”是一个失重对抗防护的设备,里面有很多弹性袋,像地面上做运动的拉力器,航天员穿上后通过弹性力的作用,使肌肉得到紧张,避免肌肉萎缩。通过航天员主动、被动的锻炼刺激,保持他的心血管功能,保持骨骼、肌肉运动系统的能力。

  不过,按照NASA对宇航员的防护要求,在采取防护措施的情况下,宇航员的骨密度减少不低于两个标准差(骨流失总量在20%左右),这个量比骨质疏松症要略微低一点。李莹辉解释说,防护的目标是把它尽可能的控制在生理范围,以期不发生病理变化。骨质疏松的发生不会像心血管和肌肉萎缩一样,回到地球之后通过再适应,能够较快恢复。它的恢复进程会非常的长而缓慢,并且很难恢复到正常水平,但并不意味着不可逆。

  之前,国际空间站通行的轮换周期是半年一轮换的安排,认为在宇航员心理和生理达到阈值之前进行调整,这样比较科学。

  可是,如果关注航天科技的消息你会发现,俄罗斯宇航员单次太空停留时间会更长一些。

  “和平”号空间站的俄罗斯宇航员经常执行任务长达一年的时间。到现在,太空连续停留时间最长的纪录也是俄罗斯宇航员、医学博士波利亚科夫创造的437天,其目的之一就是研究宇航员长时间太空停留的生理、心理变化,以更有效地延长人类的太空飞行。

  “这一变化的根据是载人航天工程技术的不断发展与人类自我认识的不断加深相结合而确定的。”李莹辉告诉科技日报记者,“这个改变,首先与工程技术有关,因为轨道上的条件、飞行器的条件越来越好、提供的保障宇航员健康的手段越来越多、长保质期的补给能力越来越强,从工程上可以支持宇航员待一年的时间。”

  “第二是人对自身的认识。国际空间站从1998年开始建设到2011年建设完成,到现在已经飞了十多年。每次都有三个人待六个月的乘组,这对人类认识自身积累了大量的经验。从人自身的适应能力来看,可以将六个月的停留时间延长。”李莹辉解释说,而在国际空间站常规六个月的飞行任务之前,“和平”号空间站也积累了一些经验。所以,飞行六个月或是更长时间,不光是依靠人的生理条件,而是与载人飞行器的能力也有关。总的来说,是工程和人相结合而确定。

  航天专家、《国际太空》杂志执行主编庞之浩提出另一项客观原因,“美国向俄罗斯购买宇宙飞船的船位,一个来回要7000万美元,相当于一张船票就得7000万美元。”他指出,选择一年一轮换的方式,一个目的性的原因是“节省费用”。

  “未来技术的发展方向是能够让更多的普通人到达太空,可靠又便宜的太空往返系统是宇航建设的目标。”庞之浩说,目前的一个想法是研制“太空天梯”,另一个距离更远的想法则是研制“太空旅馆”。

  “太空船2号”是近期可见的面向大众服务的太空旅游项目。2014年,它在美国西南部莫哈韦沙漠测试飞行时坠毁,但是之前的运行非常顺利。庞之浩表示,如果投入使用,费用相对要便宜很多,刚开始可能在20万美元,大面积开展后,可能只需10万美元。“存在的缺陷就是旅行时间短,只有2个半小时——可以看到美丽的地球、享受几分钟的失重过程。”

  在庞之浩看来,真正面向大众的捷径是太空天梯的项目,至少是可以预见的真正能降低费用的项目。

  他推测,未来人类移民太空的方法主要有两种,一个是建立太空城——具有科学幻想性质,即建立一个超大型的空间站,其建材基地需设在月球上,因为月球的引力只有地球的1/6,且资源丰富,所以从那里就地取材和运输成本低。第二个是将火星改造成人类第二个家园,通过核弹的办法提高火星的温度等等,而要真正实现,按照目前技术发展的速度可能还需要800年。

  担任中国空间学会空间生命专业委员会常务副主任委员的李莹辉告诉记者,“首先的要求应该是心理层面,因为载人航天不管是移民也好,还是外太空探索也好,都是跨出了人类进化、发展、赖以生存的地球空间,必需要做好充分的心理准备”。

  第二是生理问题。走出地球,进入深空,就意味着没有了地球大气层的保护,辐射则首先要进行防护。从目前来看,人类本身还无法通过自身的能力去面对大剂量的、突然的太阳粒子爆发事件。所以人类需要舱室或者掩体的保护才可以生存。第三就是生理对重力环境的适应问题,也是人类必须要适应的挑战。

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