王亚平讲课时“不够美”“航天病”挑战太空探索者

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  随着3名航天员平安着陆,“神舟十号”的航天飞行任务圆满完成。但在落地之后,他们并不能立即出舱,因为经过两星期的低微重力生活之后,他们需要重新适应地球的重力环境。
  这小小的“不便”,只是太空环境对人体造成的影响之一。在短暂的载人航天史上,对太空环境影响人体乃至引发“航天病”的研究,始终是最引人注目的领域之一。
  从“月亮脸”到“运动病”
  6月20日,当王亚平在“天宫一号”上开讲“太空课”的时候,不少观众都注意到了一个细节:这位女航天员看起来不如在地面上漂亮,因为她的脸显得有些发肿。
  事实上,这种被称作“月亮脸”的现象,在航天飞行中早已司空见惯。当人们生活在地球上的时候,人的体液会由于地心引力的作用,集中在身体下部;但在近于失重的太空环境中,体液就会上涌,有相当一部分集中在头部,从而使人脸“发胖”,并且显得更亮。
  “低微重力的太空环境,会对航天员(西欧、北美称为宇航员)的身体造成很大影响。从美、苏(俄)这两个载人航天大国的历史记录来看,很多航天员都会受到‘空间运动病’的困扰。”航天专家庞之浩说,“这种疾病的成因,就是低微重力环境改变了人体内的体液分布,使主管平衡的前庭器官受到干扰,令人感到眩晕、头痛,甚至想要呕吐,且发病率较高,其原理现象类似于生活中常见的晕车、晕船,其机理目前还没完全搞清楚。不过,经过一段时间的适应,乃至以抗眩晕药物治疗,航天员的状态通常都会好起来,可以开始工作。”
  尽管如此,空间运动病仍然是航天飞行的大敌,必须严加防范。庞之浩介绍说,现在很多航天飞行都有太空行走任务,如果航天员在完全密封的舱外航天服内发病呕吐就极为危险,因为呕吐物有可能被再度吸入,引起窒息事故。所以一般来说,“上天”的头几天,航天员最好不要太空行走。
  微重力环境不好过
  除了微重力环境改变体液分布引起的“运动病”,同样由重力改变引起的肌肉萎缩和骨质疏松,也威胁着航天员的健康。科幻作家艾萨克·阿西莫夫在小说《血溅音乐钟》里,设计了这样一个情节:侦探知道嫌犯刚刚从月球来到地球,而月球的重力只有地球的六分之一。于是,侦探通过测试嫌犯的投掷能力,根据他的肌肉软弱无力这一点锁定真凶。这个情节的依据,就是长期生活在低重力或微重力环境的人,其肌肉会逐渐萎缩。
  北京航空航天大学宇航学院副院长黄海说:“从历史记录来看,持续不到一个月的航天飞行,就会导致航天员肌肉萎缩。如果身处太空的时间更长一些,航天员会呈现出非常严重的骨质疏松问题,心血管系统的功能也会因为低重力微重力而受到影响。”
  美国航空航天局(NASA)的研究表明,在失重环境下,人类的成骨细胞几乎不活跃,因此宇航员每月发生的骨质流失可达总量的1%-1.5%,这已经相当于地球上的骨质疏松患者近10年的流失量。俄罗斯的航天记录也表明,在“和平号”空间站上工作的一名航天员,在4个半月内骨质丧失约12%;而返回地面一年后,也才恢复6%。
  “为了防治航天飞行导致的肌肉萎缩和骨质疏松问题,空间站内都会配备体育器材,并设置科学的锻炼计划。”黄海说,“1994~1995年间,俄罗斯航天员波利亚科夫在‘和平’号空间站连续生活了437天。这段时间里,他一直利用空间站内的综合运动器材锻炼身体,以寻找让人类在太空中长期居留的方案。”
  波利亚科夫的这次太空探险,原计划进行约500天,即环绕地球飞行8000周,总行程约3亿公里。实际进行的439天探险(包括在飞船上的2天)也已经证明,在现代科技的助力下,人类可以在太空中连续生活超过一年的时间。
  远航还要防辐射与“心病”
  到目前为止,所有的载人航天活动,都未超越地月系的范畴。环绕地球和在地月系内的航天飞行,需要克服的主要是微重力环境的影响;而未来的载人火星探测,乃至距离更远、时间更长的航天飞行,比如前往巨行星的卫星,以及飞出太阳系,需要考虑的“航天病”致病因素就会更多。其中最主要的一点,就是宇宙射线对航天员的伤害。
  此外,在前往火星或更遥远天体的航行中,航天员长时间处于孤寂、封闭的环境,也可能导致心理问题。苏联曾对长期居住在空间站上的航天员提供心理咨询服务,通过天地通话和上传家信等方式缓解他们的孤寂心情。而目前计划中的载人火星探测,需要配备随船心理医生,及时对航天员做“心理按摩”,也是出于防止航天员出现心理问题的考虑。
  但对于宇宙射线给航天员带来的伤害,以人类目前的科技水平,还没有完美的解决方案。
  庞之浩说:“环绕地球飞行的时候,航天员仍然受到地球磁场的保护,受到宇宙射线的伤害相对比较小。即使是前往月球,也仍然在地球磁场的影响范围之内。但如果离开地月系前往火星或者更远的地方,在漫长的飞行途中,航天员就会受到宇宙射线的威胁,可能患上放射病。”
  针对宇宙射线,目前载人航天界主要有两种解决方案,分别是为航天器安装防护层,或者设法为航天器营造人工磁场。“前一种解决方案是效仿类似医院放射科的思路,但防护层非常笨重,会极大地增加航天发射的成本;后一种解决方案也同样存在技术瓶颈。”庞之浩告诉记者,“还有一种‘救急’‘理想’的方案,是为航天器提速,比如使用核裂变动力的宇宙飞船,就可以显著缩短行星际航行的时间,降低航天员接受宇宙射线的总量。目前看来,这或许是最容易实现的。”
  微重力“航天病”也难攻克
  即使是在近地空间进行的航天活动,对于微重力环境导致的“航天病”,特别是骨质疏松和肌肉萎缩,世界各国也拿不出足够好的解决方案。
  早在陆续发射“礼炮”系列空间站的过程中,前苏联就探讨过让航天员利用“太空运动场”在空间站内锻炼,减缓骨质疏松和肌肉萎缩的可能性。到“和平”号升空时,在太空中使用的锻炼设施已经发展得比较完善。多次前往空间站执行任务的苏联航天员罗曼年科曾经回忆说,得益于空间站里的体育锻炼设备,他在“和平”号上工作326天再回到地球,出舱不久就能在来接他的直升机里站起来走上几步。虽然那一刻他也是虚弱得满头大汗,但毕竟能凭自己的力量行动。但如果是从没有锻炼设备的老式空间站返回,如果没有别人搀扶他甚至无法站起来。   有了这些历史经验,现在的空间站仍然配备有很多种锻炼器材,比如健身脚踏车和划船机,供航天员使用。穿着内部装有很多松紧带的“企鹅服”,也可以使航天员的肢体得到类似地球环境的“阻力”,减少肌肉萎缩。
  此外,一些修建时间较晚的空间站,比如中国的“天宫一号”上,还配备了骨质丢失对抗仪和神经肌肉刺激仪等医疗设备,减缓骨质疏松和肌肉萎缩的速度。还有一种叫做负压筒的设备,也可以将航天员的大部分体液暂时重新置于身体下部,缓解“月亮脸”和空间运动病的症状。
  但是,这些目前最先进的方法,都不能根治微重力环境带来的“航天病”。有学者认为,在航天器内设置人造重力场,才是最终的解决方案。而在这项技术出现之前,翱翔于太空的航天员虽然在电视屏幕上看起来颇为轻松,但他们事实上正在为人类的福祉承受着伤病的困扰。
  科幻作品中的“航天病”
  前几年热映的科幻动画电影《机器人瓦力》,有相当一部分情节涉及了太空中的肌肉萎缩问题。在这部影片里,人类已经抛弃了地球,在一艘巨型宇宙航舰上繁衍了若干代。由于身处低重力环境却完全没有锻炼,又把几乎所有工作都推给机器人来管,从船长到居民在内的所有乘员都患上了严重的肌肉萎缩和骨质疏松症。他们不仅呈现出肥硕的“五短身材”,而且即使在只有人造低重力的航舰内也笨拙不堪,软弱无力,甚至不会走路,需要依靠悬浮平台才能移动。
  中国著名科幻作家刘慈欣的“三体”三部曲则预言,未来人类从某种程度上讲克服了由微重力因素导致的太空病。在三部曲的第二部《黑暗森林》里,人类已经建成了抵抗外星侵略的舰队。这些太空巨舰内部有一定的人造重力场,只属于低重力环境,加之其他科技手段,在太空战舰上服役的军人不仅不受太空病困扰,而且身材修长,魅力四射。
  人类通过改造自身以适应太空环境,免于太空病的困扰,也是科幻作品中的常见题材。在约翰·斯卡尔齐的《幽灵旅》中,未来的人类特种部队通过基因改造等手段,拥有了完全不同于普通人类的身体结构,不仅不再担心太空微重力环境和宇宙射线,甚至能直接在近于真空的环境中生存一段时间。
  还有些科幻作品讨论了人与地外生命接触时可能出现的感染、寄生等问题,这或许也可以归入“太空病”的范畴。罗伯特·海因莱因的《傀儡主人》,描写了外星软体动物对人类的寄生;《星际迷航》系列电影和电视剧里,也出现过使用外星寄生虫做刑讯逼供的情节。但到目前为止,人类还没有发现地外生命的确切证据,所以,对于这一类“太空病”,我们在做好检疫的基础上,暂时还不需要太担心。
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