人类飞向太空的尝试

魏金河

地球是人类的安乐之乡

也许是造物主的特惠，地球为人类的生存和发展提供了一切必需的条件：稳定的大气压力（101kPa），适度的氧浓度（大气的21%）适宜的温度、湿度和充足的洁净淡水。在这样一个物理和化学的环境中，动物和植物的相互依存构成了一个十分复杂而又完善的生态系统，既为人类提供了丰富多样的食物，又保证了大气和水环境的动态平衡。

地球周围的大气层是人类安全的头号保护伞。厚度约100千米的主要由氮、氧和水汽组成的大气，极大地减弱了来自太阳的辐射（如紫外线）的危害，并使大量的撞击地球的流星化为乌有。较强的地磁场又将来自银河系及太阳的高能带电粒子俘获集中在远离地球表面的区域，从而成为人类的又一保护伞。

因此，地球不仅是人类的摇篮，面且是人类的安乐之乡。那么，人类一旦离开地球，进入茫茫太空，又将如何生存呢？

人类在太空中短期飞行的尝试

1961年4月12日，前苏联航天员加加林乘“东方”1号宇宙飞船在离地球200千米左右的轨道上飞行了108分钟，开创了人类探索太空的新纪元。美国航天员阿姆斯特朗等3人乘“阿波罗”11号飞船在1969年7月16日首次登上月球和俄罗斯航天员玻利亚可夫在“和平”号空间站连续飞行428天都是人类探索太空的重要里程碑。

在这些成功的尝试中，航天员的生存靠的是载人航天器中的人工环境。利用环境控制和生命保障技术，工程师们根据航天医学的要求，在座舱内建立了与地球大气环境相似的人工环境（包括大气压力、气体成分、温湿度等），并能不断地清除人体和工程部件释放出的有害物质，使航天员好像生活在地球上的一个小房间内。航天员离开座舱在太空中行走也是在舱外航天服所提供的人工环境的保护之下才得以实现。

那么，这种尝试的初步成功是否表明人类在地球以外的生存不成问题了呢？事实上，问题不仅存在，而且解决的难度极大。

人在太空生存所面临的问题

在基本生存条件的创造与维持方面，有氧、水、食品和能源的供给问题，目前的技术状态，除能源外，其他三项资源还主要或全部靠来自地面的补给，这就严重限制了人的活动范围。

除此之外，更重要的是在太空生活中存在着威胁人的安全和健康的基本因素，这些因素靠一般的工程手段是难以克服的。它们是失重、辐射和心理应激。

失重。人的系统发育是在地球表面的1g重力环境中完成的，因此它的各种生理系统均适应于在1g重力场中以直立为主的状态。在空间飞行中或在其他星球上着陆时，重力或者消失或者有较大的变化，如月球上重力为1/6g，火星上的重力约为1/3g。重力的这种突然变化必然会对人体产生一系列深刻的影响。从目前已知的资料来看，失重对人体生理系统的影响，大体可分为三个层次。首先是整体层次上的影响。人作为具有智慧的个体，其最高层次的活动就是与外界环境进行信息交换。人体平衡和定向的控制就依赖于对重力、视觉和身体内部力学状态的信息的感知和综合。其中对重力的感知由内耳中的前庭器官特别是耳石器来完成。在地面上，中枢神经系统对来自前庭、眼及本体感受器的信息的各种组合已形成了相应的感觉-运动模式，并作为一个动态的软件包存于脑中，从而可使人体依据不同的情况自动而协调地完成各种动作。进入失重状态后，来自前庭的信息和本体感受器的信息发生异常，使得脑中的感觉-运动模式发生紊乱，从而引起身体平衡和定向控制失调，并通过脑干、小脑、下丘脑之间的神经通路引起自主神经反应，产生头晕、呕吐等类似运动病的症状。在已飞行过的航天员中，有一半左右出现过这种称为空间运动病的症状，对航天任务的完成产生不利影响。但是，这种紊乱毕竟主要是软件性质的，人脑具有很强的编程能力，大约3天左右，新的感觉-运动模式即可形成。不过失重对脑的高级活动的影响还会持续更长的时间。

第二层次的影响是系统级的，如体液系统、血液系统及心血管系统等，其中直接受失重影响的是体液系统。人进入失重状态下，一个明显的宏观现象就是体液（先是血液，后是细胞外液和细胞内液）的失向转移（约2～3升）。产生头胀、鼻塞等现象，而更深刻的效应是所谓的头、胸部的“洪水”现象，即体液过剩。而在胸部的中央静脉区存在着多种感受器，监视该区容量和压力的变化，因此，这种体液的异常过剩必然会引起一系列的调节反应。这些反应的最终效果是增加尿的生成速度，使体内水分和钾、钠等离子排出量增加，从而缓解胸部体液的聚积。体液容积的这种反应性的下降，又影响到血液成分的不平衡，如血球浓度过高，因而导致造血功能的变化，减缓红细胞的生成，最终使细胞的质量维持在一个低于正常值的水平上。这种系统级的反应变化：仍然是适应性的，是从地面1g作用下的平衡状态到微重力条件下的新平衡态的变化。这种变化过程一般在几周内完成。上述由体液头向转移诱发的生理变化是多方面的，几乎涉及到所有的生理系统，因此对人体的影响是深刻的，目前所知的还只是一些可观察的现象。

失重对人体作用的第三层次是最基本的层次，即重力变化对细胞分子的直接作用。这种作用的典型代表是肌肉、骨骼在失重后的废用性变化。在重力作用下与姿势维持有关的肌肉，如小腿的比目鱼肌，失重后因张力变小而趋向萎缩，部分红肌（即慢肌）纤维变为白肌（快肌）。承重骨，如下肢骨、脊椎骨等，失重后因载荷减少而导致明显的骨钙丢失。重力变化的直接作用还表现在免疫系统的变化上，由免疫器官、免疫细胞和免疫分子组成的复杂的免疫系统的功能，在失重后有下降的表现。当然，免疫功能的变化还与航天的综合应激有关，即通过神经、内分泌系统的变化而影响免疫系统。重力变化的直接作用可以通过比较在1g重力环境和微重力环境中培养的离体细胞的发育状况得到证实。已有的数据表明，在微重力环境中培养的肌细胞、骨细胞和免疫细胞均出现“发育不良”的现象。这种直接作用的效应既然存在，就必然是普遍而持久的。但是，目前对这一层次效应的认知是远远不够的。

辐射。在失去了大气层和地磁场的保护后，空间飞行所面临的辐射强度必然要高于地面。所幸的是，在已进行的30多年的载人航天过程中，尚未发现直接由辐射所引起的严重医学问题。但随着飞行范围的扩大、飞行时间的延长，来自太阳和银河系的电离辐射的危险便成为一个令人十分关切的问题。目前所能考虑到的保护措施主要有：加强舱内和个人的辐射剂量的监测和报警；在航天器内设辐射屏蔽区（全面加强屏蔽的代价太大）及采用药物或特种食物提高人体的抗辐射能力。

心理应激。构成航天心理应激的主要因素有：航天的高风险性造成的精神紧张，远离地球社会和家庭的孤独感，狭小空间中的单调乏味生活形成的精神压抑。这些因素的综合作用轻则使得航天员的情绪变坏，重则引起心理疾病。心理状态的恶化，又继而引起内分泌功能和免疫功能的下降，从而导致工作能力下降，机体抵抗力减弱，后果是可想而知的。己知，多数航天员在空间生活一段时间后，脾气变坏，工作效率变差，因此，航天医学界十分重视航天员心理素质的选拔和飞行中心理状态的调控。在长期的空间飞行中，心理状态的调整问题会变得更加突出。乘员之间的友好相处，特别是男女共同飞行，居住工作环境的改善，食品的多样、可口，文化生活的丰富多彩和增加与家庭成员通讯的频度都是有利于缓解航天心理应激的重要措施。