人類飛向太空的嘗試

魏金河

地球是人類的安樂(lè)之鄉(xiāng)

也許是造物主的特惠，地球?yàn)槿祟惖纳婧桶l(fā)展提供了一切必需的條件：穩(wěn)定的大氣壓力（101kPa），適度的氧濃度（大氣的21%）適宜的溫度、濕度和充足的潔凈淡水。在這樣一個(gè)物理和化學(xué)的環(huán)境中，動(dòng)物和植物的相互依存構(gòu)成了一個(gè)十分復(fù)雜而又完善的生態(tài)系統(tǒng)，既為人類提供了豐富多樣的食物，又保證了大氣和水環(huán)境的動(dòng)態(tài)平衡。

地球周圍的大氣層是人類安全的頭號(hào)保護(hù)傘。厚度約100千米的主要由氮、氧和水汽組成的大氣，極大地減弱了來(lái)自太陽(yáng)的輻射（如紫外線）的危害，并使大量的撞擊地球的流星化為烏有。較強(qiáng)的地磁場(chǎng)又將來(lái)自銀河系及太陽(yáng)的高能帶電粒子俘獲集中在遠(yuǎn)離地球表面的區(qū)域，從而成為人類的又一保護(hù)傘。

因此，地球不僅是人類的搖籃，面且是人類的安樂(lè)之鄉(xiāng)。那么，人類一旦離開(kāi)地球，進(jìn)入茫茫太空，又將如何生存呢？

人類在太空中短期飛行的嘗試

1961年4月12日，前蘇聯(lián)航天員加加林乘“東方”1號(hào)宇宙飛船在離地球200千米左右的軌道上飛行了108分鐘，開(kāi)創(chuàng)了人類探索太空的新紀(jì)元。美國(guó)航天員阿姆斯特朗等3人乘“阿波羅”11號(hào)飛船在1969年7月16日首次登上月球和俄羅斯航天員玻利亞可夫在“和平”號(hào)空間站連續(xù)飛行428天都是人類探索太空的重要里程碑。

在這些成功的嘗試中，航天員的生存靠的是載人航天器中的人工環(huán)境。利用環(huán)境控制和生命保障技術(shù)，工程師們根據(jù)航天醫(yī)學(xué)的要求，在座艙內(nèi)建立了與地球大氣環(huán)境相似的人工環(huán)境（包括大氣壓力、氣體成分、溫濕度等），并能不斷地清除人體和工程部件釋放出的有害物質(zhì)，使航天員好像生活在地球上的一個(gè)小房間內(nèi)。航天員離開(kāi)座艙在太空中行走也是在艙外航天服所提供的人工環(huán)境的保護(hù)之下才得以實(shí)現(xiàn)。

那么，這種嘗試的初步成功是否表明人類在地球以外的生存不成問(wèn)題了呢？事實(shí)上，問(wèn)題不僅存在，而且解決的難度極大。

人在太空生存所面臨的問(wèn)題

在基本生存條件的創(chuàng)造與維持方面，有氧、水、食品和能源的供給問(wèn)題，目前的技術(shù)狀態(tài)，除能源外，其他三項(xiàng)資源還主要或全部靠來(lái)自地面的補(bǔ)給，這就嚴(yán)重限制了人的活動(dòng)范圍。

除此之外，更重要的是在太空生活中存在著威脅人的安全和健康的基本因素，這些因素靠一般的工程手段是難以克服的。它們是失重、輻射和心理應(yīng)激。

失重。人的系統(tǒng)發(fā)育是在地球表面的1g重力環(huán)境中完成的，因此它的各種生理系統(tǒng)均適應(yīng)于在1g重力場(chǎng)中以直立為主的狀態(tài)。在空間飛行中或在其他星球上著陸時(shí)，重力或者消失或者有較大的變化，如月球上重力為1/6g，火星上的重力約為1/3g。重力的這種突然變化必然會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生一系列深刻的影響。從目前已知的資料來(lái)看，失重對(duì)人體生理系統(tǒng)的影響，大體可分為三個(gè)層次。首先是整體層次上的影響。人作為具有智慧的個(gè)體，其最高層次的活動(dòng)就是與外界環(huán)境進(jìn)行信息交換。人體平衡和定向的控制就依賴于對(duì)重力、視覺(jué)和身體內(nèi)部力學(xué)狀態(tài)的信息的感知和綜合。其中對(duì)重力的感知由內(nèi)耳中的前庭器官特別是耳石器來(lái)完成。在地面上，中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)來(lái)自前庭、眼及本體感受器的信息的各種組合已形成了相應(yīng)的感覺(jué)-運(yùn)動(dòng)模式，并作為一個(gè)動(dòng)態(tài)的軟件包存于腦中，從而可使人體依據(jù)不同的情況自動(dòng)而協(xié)調(diào)地完成各種動(dòng)作。進(jìn)入失重狀態(tài)后，來(lái)自前庭的信息和本體感受器的信息發(fā)生異常，使得腦中的感覺(jué)-運(yùn)動(dòng)模式發(fā)生紊亂，從而引起身體平衡和定向控制失調(diào)，并通過(guò)腦干、小腦、下丘腦之間的神經(jīng)通路引起自主神經(jīng)反應(yīng)，產(chǎn)生頭暈、嘔吐等類似運(yùn)動(dòng)病的癥狀。在已飛行過(guò)的航天員中，有一半左右出現(xiàn)過(guò)這種稱為空間運(yùn)動(dòng)病的癥狀，對(duì)航天任務(wù)的完成產(chǎn)生不利影響。但是，這種紊亂畢竟主要是軟件性質(zhì)的，人腦具有很強(qiáng)的編程能力，大約3天左右，新的感覺(jué)-運(yùn)動(dòng)模式即可形成。不過(guò)失重對(duì)腦的高級(jí)活動(dòng)的影響還會(huì)持續(xù)更長(zhǎng)的時(shí)間。

第二層次的影響是系統(tǒng)級(jí)的，如體液系統(tǒng)、血液系統(tǒng)及心血管系統(tǒng)等，其中直接受失重影響的是體液系統(tǒng)。人進(jìn)入失重狀態(tài)下，一個(gè)明顯的宏觀現(xiàn)象就是體液（先是血液，后是細(xì)胞外液和細(xì)胞內(nèi)液）的失向轉(zhuǎn)移（約2～3升）。產(chǎn)生頭脹、鼻塞等現(xiàn)象，而更深刻的效應(yīng)是所謂的頭、胸部的“洪水”現(xiàn)象，即體液過(guò)剩。而在胸部的中央靜脈區(qū)存在著多種感受器，監(jiān)視該區(qū)容量和壓力的變化，因此，這種體液的異常過(guò)剩必然會(huì)引起一系列的調(diào)節(jié)反應(yīng)。這些反應(yīng)的最終效果是增加尿的生成速度，使體內(nèi)水分和鉀、鈉等離子排出量增加，從而緩解胸部體液的聚積。體液容積的這種反應(yīng)性的下降，又影響到血液成分的不平衡，如血球濃度過(guò)高，因而導(dǎo)致造血功能的變化，減緩紅細(xì)胞的生成，最終使細(xì)胞的質(zhì)量維持在一個(gè)低于正常值的水平上。這種系統(tǒng)級(jí)的反應(yīng)變化：仍然是適應(yīng)性的，是從地面1g作用下的平衡狀態(tài)到微重力條件下的新平衡態(tài)的變化。這種變化過(guò)程一般在幾周內(nèi)完成。上述由體液頭向轉(zhuǎn)移誘發(fā)的生理變化是多方面的，幾乎涉及到所有的生理系統(tǒng)，因此對(duì)人體的影響是深刻的，目前所知的還只是一些可觀察的現(xiàn)象。

失重對(duì)人體作用的第三層次是最基本的層次，即重力變化對(duì)細(xì)胞分子的直接作用。這種作用的典型代表是肌肉、骨骼在失重后的廢用性變化。在重力作用下與姿勢(shì)維持有關(guān)的肌肉，如小腿的比目魚(yú)肌，失重后因張力變小而趨向萎縮，部分紅?。绰。├w維變?yōu)榘准。旒。?。承重骨，如下肢骨、脊椎骨等，失重后因載荷減少而導(dǎo)致明顯的骨鈣丟失。重力變化的直接作用還表現(xiàn)在免疫系統(tǒng)的變化上，由免疫器官、免疫細(xì)胞和免疫分子組成的復(fù)雜的免疫系統(tǒng)的功能，在失重后有下降的表現(xiàn)。當(dāng)然，免疫功能的變化還與航天的綜合應(yīng)激有關(guān)，即通過(guò)神經(jīng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)的變化而影響免疫系統(tǒng)。重力變化的直接作用可以通過(guò)比較在1g重力環(huán)境和微重力環(huán)境中培養(yǎng)的離體細(xì)胞的發(fā)育狀況得到證實(shí)。已有的數(shù)據(jù)表明，在微重力環(huán)境中培養(yǎng)的肌細(xì)胞、骨細(xì)胞和免疫細(xì)胞均出現(xiàn)“發(fā)育不良”的現(xiàn)象。這種直接作用的效應(yīng)既然存在，就必然是普遍而持久的。但是，目前對(duì)這一層次效應(yīng)的認(rèn)知是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

輻射。在失去了大氣層和地磁場(chǎng)的保護(hù)后，空間飛行所面臨的輻射強(qiáng)度必然要高于地面。所幸的是，在已進(jìn)行的30多年的載人航天過(guò)程中，尚未發(fā)現(xiàn)直接由輻射所引起的嚴(yán)重醫(yī)學(xué)問(wèn)題。但隨著飛行范圍的擴(kuò)大、飛行時(shí)間的延長(zhǎng)，來(lái)自太陽(yáng)和銀河系的電離輻射的危險(xiǎn)便成為一個(gè)令人十分關(guān)切的問(wèn)題。目前所能考慮到的保護(hù)措施主要有：加強(qiáng)艙內(nèi)和個(gè)人的輻射劑量的監(jiān)測(cè)和報(bào)警；在航天器內(nèi)設(shè)輻射屏蔽區(qū)（全面加強(qiáng)屏蔽的代價(jià)太大）及采用藥物或特種食物提高人體的抗輻射能力。

心理應(yīng)激。構(gòu)成航天心理應(yīng)激的主要因素有：航天的高風(fēng)險(xiǎn)性造成的精神緊張，遠(yuǎn)離地球社會(huì)和家庭的孤獨(dú)感，狹小空間中的單調(diào)乏味生活形成的精神壓抑。這些因素的綜合作用輕則使得航天員的情緒變壞，重則引起心理疾病。心理狀態(tài)的惡化，又繼而引起內(nèi)分泌功能和免疫功能的下降，從而導(dǎo)致工作能力下降，機(jī)體抵抗力減弱，后果是可想而知的。己知，多數(shù)航天員在空間生活一段時(shí)間后，脾氣變壞，工作效率變差，因此，航天醫(yī)學(xué)界十分重視航天員心理素質(zhì)的選拔和飛行中心理狀態(tài)的調(diào)控。在長(zhǎng)期的空間飛行中，心理狀態(tài)的調(diào)整問(wèn)題會(huì)變得更加突出。乘員之間的友好相處，特別是男女共同飛行，居住工作環(huán)境的改善，食品的多樣、可口，文化生活的豐富多彩和增加與家庭成員通訊的頻度都是有利于緩解航天心理應(yīng)激的重要措施。