空间站在召唤

2020-08-31 01:35赵雁
神剑 2020年4期
关键词:航天实验

赵雁

2019年10月19日,随着最后一名志愿者顺利结束卧床,中国航天员科研训练中心再次创下航天新纪录——国际上同步实施规模最大,国内时间最长的“地星二号”36人90天头低位卧床实验获得圆满成功。

面对即将建成的中国空间站,满足航天员在太空驻留180天的任务需求,我们迫切需要了解和掌握长期飞行的失重效应是怎样的?健康风险在哪里?怎样实行有效的防护措施?而这项实验正是为此展开的。

主持这项充满艰巨挑战大型实验的正是李莹辉。

有半年多时间,李莹辉一直处于双城模式,深圳、北京两地跑,和她见一面必须见缝插针。

李莹辉微信头像也早已换成蓝白色充满科幻意味的实验标志——“地星二号”。恰逢新中国成立70周年,图標中似手掌托起的是一颗镶嵌着五星的红心,底下一行蓝字点出了她的关注所在——90天头低位卧床实验。

在李莹辉的科研经历中,这又是一个冲击国际学科高峰的开创性实验。她的事业履历里有太多这样的“首次”。2005年,在中国的飞船上,开展国际上首次心肌细胞空间实验;12年前,主持国内首次“地星一号”60天头低位卧床实验,为此后神舟十一号飞行任务中两名航天员33天太空飞行提供了健康保障;2009年,作为中方责任总师,她主持了国际上首次人类模拟载人飞行“火星500”任务,凭借实验的良好设计,凭借中国志愿者王跃的优秀品质和团队紧密合作,中国成为国际上首批掌握载人火星飞行核心数据的国家之一,在国际上有了话语权;2016年,她主持了国内首次着眼深空探测与星际驻留任务的“绿航星际”4人180天太空实验,让中国人掌握了飞向火星,飞向地外星球生存技术的核心数据……

一张迷人的“网”

在航天界,李莹辉的名字很响亮,她是中国载人航天工程航天员系统副总师,空间站航天医学实验领域责任总师,航天医学基础与应用国家重点实验室主任,国际宇航科学院通讯院士。

她所带领的实验室是我国载人航天领域唯一研究航天医学的国家重点实验室团队。

说起与航天结缘,一位老领导曾经幽默比喻李莹辉是“自投罗网”,然而二十多年过去,她却觉得被这张充满无穷奥秘的迷人的“网”笼罩是人生最美好幸福的事情,她愿意毕生深潜其中。

1996年,分子生物学专业博士毕业后,做着出国打算的李莹辉很偶然来到中国航天员科研训练中心前身航天医学工程研究所,此时,除了对航天神秘的认识,高大上的仰望,她再无所知。老所长对所从事工作的描述深深打动了她,“人类一项伟大事业”“中国载人航天刚刚起步,作为医工结合的单位,大有可为”“细胞分子机制研究是科学前沿,探索载人航天很需要这样的人才”至今刻印在她脑海里。怀揣为国家工程效力的愿望,加之对航天事业的仰望,她留下来,从此心无旁骛。

此时,中国的飞船还没有上天,一切尚在研究准备之中。一来研究所,她就在老专家汪恭质的带领下开始了863课题做细胞学研究。

当年底,在研究所的学术年会上,李莹辉所做的《回转模拟失重对心肌细胞的影响》的学术报告脱颖而出,获得一等奖。坐在台下的科研人员在屏幕上看到生长了100多天的原代心肌细胞有力地搏动,感觉非常新鲜,都很激动。这一幕令李莹辉很受鼓舞。

学术年会结束,李莹辉碰到所长。所长说:“博士要发挥更大作用,你就学科发展在载人航天的方向写个报告拿给我看看。”

那段时间,李莹辉翻阅了大量国内外航天医学的有关文献,认真了解学科的难点薄弱点和制约因素。循着这些线索,立足现实,她写出了一份详尽的报告及发展规划。

这份沉甸甸的报告被高度重视,并很快付诸调整实施。

1998年3月底,领导找李莹辉谈话,决定让她带领20多人,新组建个研究室。面对领导委以的重任,李莹辉却感到了压力,甚至有些犹豫。因为她一看队伍组成,“很蒙”,成员来源一个是动物房保障人员,一个是搞食品营养骨代谢的,一个是生化检验做免疫切片的,大部分是做服务保障的,真正做细胞学研究的只有少数几个人。任务有两项,一是做好研究所与生物相关的实验保障;二是在发展前沿技术上做些探索研究。

如何研究?李莹辉有些迷茫,也有些不甘心。然而老所长醍醐灌顶的一句话令她豁然开朗:“一个队伍能走到哪里,要看你这个带头人怎么考虑,怎么带。”

保障工作必须做好是前提,但探索研究做到什么程度更不能流于平庸,科学研究必须有清晰的思路和自己的特色。

几十年的航天实践证实,空间环境在航天员生理、病理方面的表现,其所有作用都是通过细胞个体、细胞内部及细胞间的相互作用反映出来的。

近些年,科学家们已经从空间飞行效应的现象观察深入到这些变化的机理研究,从宏观的整体组织水平深入到微观的细胞分子水平,以期通过研究空间环境因素导致人体生理、病理变化的内在发生机理,提出和制定针对性强的有效对抗防护措施。实际上,俄罗斯、美国、法国等许多国家已经开始围绕“细胞”展开该领域的角逐。

中国人也要有一席之地。

李莹辉决心以此入手。她做了一个研究室完整的框架及发展规划,明确了以细胞分子为核心的航天医学研究为学术方向。

研究所下拨27.3万元实验室建设经费被她视为巨资,精打细算,一分钱也不敢造次。几个月后,一个以重力环境为实验机制,研究形态学、细胞、生化、分子、重力环境的实验室平台出现在研究所老办公楼6层,把之前零敲碎打、分散的项目全部整合起来,从取样到分析一条龙完成,实验做起来顺手,效率高。来参观新实验室的领导和同事看了赞不绝口,都说这钱花在刀刃上,用得值。就这样,实验室运行起来。

战绩不俗的新兵

当时,研究室只有26个人,具有博士学位的不超过6人,没有成果,没有论文。为了打开眼界,便于开展研究和学术交流,她打出“航天细胞分子生物学研究室”的牌子。

事在人为,属虎的李莹辉身上有一股虎劲。她带领研究室从零开始,瞄准我国载人航天发展中的紧迫需求、重大科学问题和关键技术,围绕国际航天医学前瞻性、探知性的发展方向,开展了航天医学的应用基础研究。利用空间实时飞行、地面模拟等研究模型,在细胞分子学水平探索微重力因素对细胞的影响及其药物防护作用。

在大家的努力下,不久他们不仅拿到863课题,还拿到那几年研究所稀缺的“宝贝”——自然科学基金项目,隔年又拿了一个。按照李莹辉的话说,项目开张,算是把摊子支起来。

虽说出道短,但战绩不俗。他们很快在国际合作的舞台开始崭露头角。1999年,李莹辉带领课题组通过与欧空局的合作,在PHOTO-12返回式卫星上成功进行了空间成骨细胞搭载飞行实验,研究了空间飞行对成骨细胞的影响。

当时国际上有8个国家参加搭载实验。卫星返回地面时,只有3家细胞是活的,中国是其中之一,就是李莹辉带领的团队。

到2001年,之前取得不俗战绩的团队再获邀请,准备第二次参加搭载实验,然而卫星发生爆炸。

虽说心血付之东流,但团队的敬业精神和技术能力获得合作方的青睐和佩服。“从你们身上知道中国为什么发展这么快。”他们开始长期合作。

心血管功能障碍是航天医学领域首先要面对的拦路虎。

他们从做心肌细胞开始。

培养细胞不仅需要细心严谨,还要有“高招”。而“高招”建立在对细胞培养成千上万次的摸索上。

由于空间实验机会难得,样品数量有限,实验费用高昂,开展地面模拟研究就成为航天医学研究的必备手段。他们建立了回转器模拟失重动态心肌细胞培养模型,使具有正常搏动功能的心肌细胞在体外条件下连续培养126天;在建立该实验模型的基础上,针对微重力条件下的心肌收缩功能下降进行相关重点研究。

中国的航天医学事业起步较晚,为了尽快迎头赶上世界步伐,李莹辉不再亦步亦趋,而是带领科技队伍从设计思路和理念上寻求突破。他们研制出空间细胞自动培养装置,这个小烤箱般的盒状装置,看着貌不惊人,却堪称“宝盒”。它将地面上复杂的细胞培养实验平台浓缩整合,可以在太空重力环境试验中,实现细胞自动培养、细胞图像实时记录、细胞固定以及细胞生长环境监测等多种功能,为开展空间医学实验研究提供技术平台。

有意思的是,在第一届由中法两国政府进行的空间论坛期间,法方对中方研制的空间细胞自动培养装置产生了浓厚兴趣。然而,当法方代表团成员参观这台机器的地面样机时,却连称“ Stupid! Stupid!”(真愚蠢)。这令中方人员大为吃惊。一向自信的李莹辉心里没了底,“难道我们的技术这么差劲?”

接着,法方专家指着李莹辉设计的细胞装置说:“你们的设计很聪明,我们以前没想到。”这才打消了科研人员的疑虑。这件事让李莹辉更坚定地认识到,开展基础研究,要想与国际同行竞争,必须有过人的设计思路。也正是从这件事开始,法方专家告诉李莹辉:“只要你想在我们的失重飞机上做研究,我们随时为你敞开大门。”

此后,他们和法方建立了失重飞机搭载合作研究的长期合作关系,我国自主研制空间细胞学实验装备系统成功迈向国际空间平台。正是通过国际合作,他们利用失重飞机抛物线飞行提供的短期失重、超重条件,研究重力变化对多种细胞的影响,取得多项重要成果。

上天培养细胞有四难:一是连续不可控的状态,环境苛刻,面对振动、失重、辐射等极端环境。一般培养细胞最少需要5毫升营养液,而因航天器重量和体积原因,给他们的只有1毫升,还要保证细胞生存的时间足够长。二是带上天的细胞只有一次机会,需要100%的成功率。三是在极少样本基础上,要获得最多的有效数据,难度大。四是对国际合作来说,面对国际同行,既有技术上的互相学习,也要有自己的特色绝活,才能让国际同行佩服你。比如做细胞荧光骨架,国际上能做的不多,但李莹辉团队能做,而且做得非常好。

敢想才有敢为

2003年,神舟五号将航天员杨利伟送入太空并安全返回,杨利伟各项身体指标均为正常,我国首次载人航天飞行获得成功,而我国航天医学研究也迈出了坚实的第一步。

这一刻,等候在航天城的科研人员欢呼雀跃,李莹辉带着研究室打出的欢迎人群中唯一的单位横幅“航天细胞分子生物学研究室热烈欢迎航天英雄凯旋!”在人群中特别醒目。

很多媒体都把这一幕收入镜头,照片被放在报纸头版头条,頗具广告效应。多年后谈起,李莹辉依旧自豪,还有些小小的得意。对这个一手创建的研究室,她有着母亲对孩子般的宠溺。

杨利伟首飞成功后,李莹辉又生发了新思路。“我们不能老在地面上玩,光用别人的装置,我们能不能在自己的航天器上搭载,在自己的技术体系里做实验研究?”

她的想法得到了支持。于是有了“国际首次”。

他们在神六飞行任务中第一次有了航天医学实验项目,做出了国际上第一例原代心肌细胞搭载,验证了药物对于心肌细胞的保护作用,可谓非常成功,上了《中国科学通报》的封面文章。

研究室从最初的“无名小卒”开始名扬国外。

此时,李莹辉开始对未来航天细胞分子生物学研究体系有了更为长远的构想。她和团队20多人在老办公楼那间不大的、老旧的会议室里颇有滋味地总结过去,畅想未来。她鼓励大家大胆想,大胆说,会议室的气氛被这些心怀理想热情的科研人员烘得发烫。但李莹辉的一句话,却让大家一度失声。

“我们能不能走入国家队,把实验室做成人才高地、学术高地、技术平台高地的国家重点实验室?”

是啊,就20多人的小团队,不论是在科研条件还是科研成果上都还和国家重点实验室存在巨大差距。他们研究航天生理学的一台重要设备“立位倾斜床”是1978年研制的,主要科研设备还停留在20世纪八九十年代的水平。

打造国家重点实验室,好比痴人说梦。

不管是被群嘲笑话,还是被说成痴心妄想,不管是鼓励,还是有些不自信的顾虑,总之“走入国家队”被郑重写上研究室五年发展规划中。

“前沿”是李莹辉做事的关键词。先行一步甚至多步是她一贯的思维。

当前航天医学所面临的最大挑战是,如何在较长的空间飞行期间,针对空间环境因素进行有效的医学防护和对抗,将空间环境对人的影响降低到最低程度。他们正是瞄准这一目标,花了两年时间准备,在 2007年.他们依靠自主研制的卧位实验床,成功完成了由21人参加的我国首次“地星一号”60天头低位卧床实验,获得了长期模拟失重条件下的中国人自己的系统生理、心理数据,比肩国际先进水平。

所谓首次,意味着风险。这次实验也是我国首例第一次大规模在社会招募实验志愿者。

风险大,规模大,研究室之前没有组织大型试验的经验……这些都没有成为阻碍实验的拦路虎。作为实验负责人,李莹辉以此为契机,开始了我国航天医学伦理审查的实践之路,首次建立了医学伦理委员会审查制度。

他们疾速奔跑追赶前沿。

追赶前沿不是嘴上功夫,是行动上的严苛和高标准。每一次实验李莹辉都特别强调,一个实验研究得出的数据结果和总结出的经验,如果历经时间淘洗,几十年后还能被引用,就是“金数据”。所以她尤其重视实验和数据的严谨性。向实验要“金数据”,“让技术总结报告出彩”成为她的动员令。

只要说到工作,说到实验,李莹辉眼睛里揉不进一粒沙子,平日春风化雨,有着佛性笑容,菩萨心肠的她,也能拍桌子翻脸无情,科研人员凌树宽就领教过。为做好神舟六号飞行任务的细胞试验,一次李莹辉大发雷霆。因为当时他在每天做的实验记录上只填写了“正常”二字。

“什么叫正常?什么叫不正常?每天的细胞形态什么样?指标记录了没有?李副总质问我的喊声满楼道都能听见。”

事后李莹辉说:“毕竟资源有限,尤其是搭载上天的机会更有限,没有机会重来。最可怕的是千辛万苦过后,因为实验条件的一个小疏漏,导致整个结果不可信。我们输不起!”

在实验室,加班加点在李莹辉这里从来不作为评价勤奋工作的量尺,而是看问题是否得到解决。不付出超出一般的努力何谈取得成功?

在实验室年轻人眼中,李莹辉的劲头让年轻人也自叹不如。李铠是她带出的学生,导师深夜还在办公室和学生讨论问题很平常,深夜三四点收到导师的回复邮件也不意外。他说,看到导师这样,他只有更努力。这大概就是榜样潜移默化的力量。

虽然一天忙到晚,可是李莹辉对最新文献从不错过,机场、飞机上、车上、开会间隙,都被她有效利用。李铠最佩服导师敏锐的“科研嗅觉”和“点石成金”的神奇能力。她常常组织大家讨论科研思路、课题发展方向、论文思路。讨论没有论资排辈,畅所欲言,各抒己见。她总能从庞杂的线索中,理出头绪。让大家从重重迷雾中拨云见日。一项研究是否成功,顶层策划见高低,她总有“金点子”。设计的实验和得出的数据结果不仅有创新点,不仅漂亮,还严谨可靠。

她不怕挑战,此时总会抛出自信的一句话:是骡子是马拉出来遛遛。

研究室成立十年时,他们的SCI文章从无到有,有了几十篇。拿到各类课题项目上千万元,取得了一系列成果奖。

此时,李莹辉有了信心,开始动笔写国家重点实验室申请书。她的书柜中一直保存着实验室建设计划任务书,纸页虽已泛黄,却像一个坐标,一枚启动阀,源源不断为她输入奋斗的动力。

跑步跨入国家队

参加国家重点实验室评审的一位专家参观他们的科研条件时感叹道:“载人航天是高科技,你们用这样的条件支撑了这么重大的任务,很不容易。”

2009年9月18日,国家重点实验室正式获批建设。那一年,他们有了第一个973课题。12月1日,航天医学基础与应用国家重点实验室正式挂牌成立。

此时距离李莹辉当初立下跨入国家队的五年规划,时间未满。2012年4月10日实验室通过科技部验收,标志着我国初步建立技术先进、特色鲜明的航天医学研究体系。以此为契机,他们也进入了一个飞速发展期。实验室的平台技术能力、创新能力和开放能力得到了大幅提升。

形成從地基模拟到天基验证的失重生理效应与防护的特色实验平台;具备支撑细胞分子、动物和人体等不同层次开展创新性航天医学实验研究能力的研究基地。打造了多个烙着中国人自主设计研制的重要设备平台——

多功能卧位实验床,是模拟失重心血管和骨骼肌肉系统生理效应的全自动数字化平台;

支持超重、变重力和失重等复杂力学环境条件下细胞生物学效应研究的实验系统的多功能天地基航天医学细胞学实验技术平台,如今已发展到第三代;

能实现人体在模拟失重下的跑步运动,也能实现模拟月球重力下的跑步运动的零重力运动锻炼研究平台,使我国成为世界上第3个拥有此设备的国家,载人空间站失重防护任务获得有力保障;

他们致力于破解失重生命谜题,建立了模拟中长期飞行微重力效应的猕猴模型,形成一条从细胞、模式动物到非人灵长类,互为支撑、相互关联呼应的研究体系链,为深入揭示航天医学问题提供了可比性极强的数据和技术支撑。

2010年,她们团队又开展了22名志愿者参加的我国首次女性15天头低位卧床实验,掌握了中国女性在短期模拟失重条件下的生理变化特征,为探索我国交会对接任务女性在轨失重生理效应的规律特点,研究女性在轨防护措施应用原则及评估防护效果提供了实验数据,为决策女航天员参加飞行任务提供支撑。

实验室密切跟踪国际前沿动态,积极推进国际合作交流,与美、俄、法、德等国的航天医学机构建立了良好的合作关系,提升科研能力,彰显航天大国的国际影响力,完成了多项重要成果。

2013年,她担任了空间站航天医学实验领域责任总师,作为航天医学国家队统领规划,形成了《航天医学实验空间发展规划》。2018年3月19日,我国空间站航天医学实验领域第一批项目指南正式对外发布,50个亮点设计个个耀眼。

这中间熬了多少夜?经历了多少激流险滩、生死攸关的学术争论?她从不愿回顾。

在进入国家重点实验室的三层楼梯口,贴着研究室2015—2025年发展规划。从任务支撑、科学产出、学术影响力、人才方阵、国际化平台、服务社会(社会责任)一点点具体描画,指标要求明晰。在李莹辉眼里这将是实验室的黄金十年。“十年梦”却不是虚梦,不是空梦。

在科技部面向全国竞争的重大仪器开发专项,李莹辉带领团队再次创造历史,在6000多个竞争项目中一举夺魁,中国空间站即将拥有在轨核酸分析技术。

她带领团队用一个个饱满的成果再次证明航天医学基础与应用国家重点实验室的实力。

痛并快乐着

为航天医学体液研究设备开发与应用项目,他们酝酿了一年多。

准备期间,号称实验室“五朵金花”的几员女将封闭起来没日没夜准备报告。其时正是春光明媚踏青的好时候,她们却干劲犹酣。

最懂母亲的莫过于女儿。女儿熟悉李莹辉投身工作的那股子拼命劲儿,从小就适应了。上小学时,有一次放学忘了拿钥匙回不去家。女儿就在家属院的石桌上安安静静地写作业等大人回家。李莹辉知道后,心里也心疼。她对女儿说:“妈妈工作,你学习,我们各有分内的事,一切靠自己,不要指着别人越俎代庖,帮助你,督促你。”

因此,“自我管理”成为女儿头顶的“紧箍儿”,被时时谨记。从小到大,李莹辉没操心过女儿学习,女儿被培养成她眼里“最省心的孩子”。连老师布置的家长听写,也变成了好朋友间互相听写。代表人生新阶段的仪式——上大学去学校报到,女儿自己把行李打得好好的,等妈妈回来道别。李莹辉偶尔在家做顿饭,那一天会被家人感叹“特别美好”。如今女儿也是位投入的工作达人,李莹辉看她常常加班,开她玩笑,孩子一本正经作答:加班不是很正常嘛。

女儿懂事更懂人情,她贴心地向妈妈建议:“妈妈你干活可以拼命,但不能要求每个人和你一样。我是长大习惯了,可别人拖家带口,孩子还小呢!”

然而周末的一幕,令李莹辉百感交集。“五朵金花”的家人孩子们来慰问了。那边妈妈们为报告讨论激烈,这边家人们拿出各自准备的好吃的,甭管孩子年龄大小,都忙着跑前跑后忙着当好服务员,把一个个餐盘端上会议桌摆好,点缀上事先采的野花,让辛苦的妈妈养养眼,“假装”一起去踏了青。那天的午餐虽然简单却盛满温情,所有的辛苦劳累挫折都在家人的支持鼓励和其乐融融的氛围中被吹散了。

李莹辉从不认为做科研就是苦行僧,将事业与生活、亲情对立起来。她说:“当你真正充满激情,投身其中,便会发现它的美,得到无与伦比的快乐。而你的快乐也会感染和影响爱你的亲人,得到他们的理解和支持。”

2019年的中秋节,90天头低位卧床实验进入四分之三进程,正是最难熬的时段,一心挂念着志愿者和几个月从早忙到夜、身心俱疲的科研人员,李莹辉专门从北京赶往深圳实验现场和大家共度佳节。在象征团圆温情的节日,《十五的月亮》歌声响起,把她的思绪拉回临行前与母亲的告别。父亲去世后,李莹辉刚把90岁的老母亲从宁夏接到家中不久,母亲满心以为女儿能陪在身边一起过个团圆节。在得知女儿又要出差,老人神情失落。

“也不知明年中秋节咱娘俩儿还能不能一起过。”老人有些伤感,叹口气,低下头,想了想,又说:“你忙的是大事,该去。别惦记我。”

一向做事干脆,从不拖泥带水的李莹辉第一次觉得转身离去的脚步那么艰难和犹豫。是啊,母亲身体不好,她也怕。不论自己年纪多大,不管多忙多累,看到母亲在,就是最大的安慰。多年来自己陪伴亲人的时间太少了,如今连母亲这个小小的愿望都不能满足,她真的内疚心酸。然而深明大义的老母亲的理解,更让她针扎般心疼。

唯有做到最好,才是对亲人理解和支持的最好回报。

李莹辉将科研赋予英雄主义和浪漫主义色彩。

几乎所有的实验,李莹辉都要亲身尝试。

她是中国坐失重飞机训练时间最长的人,时间之长甚至超过了航天员。从2005年起,她飞了近500个抛物线。“对于做航天医学的人来讲,这是非常难得的机会。只有亲身体验失重环境,才知道如何为航天员创造更加适人的环境。”

李莹辉第一次在国外坐失重飞机,身边的一个男性外国专家就晕倒了,飞机不得不提前返回。外方专家担心李莹辉吃不了苦,问她下午还想不想飞。李莹辉想都没想,“机会难得,怎么不飞?”其实,李莹辉的心里也在打怵。和人们想象中太空失重的美妙浪漫不同,每次3个多小时的抛物线飞行,失重和超重交替进行,恶心、呕吐、眩晕是常有的事。“忽上忽下,非常痛苦,但我强忍着不能呕吐。如果表现不好,下一次可能就没机会飞了。毕竟我代表中国。”

不仅如此,她还不是一个“听话”的人,总是想着自加难度系数,多种尝试。坐失重飞机,为了防止出现眩晕呕吐,教练要求头部尽量不动,但她一定要轉转头试试。做2g重力,也要求不要动,她一定要做一套操。因为拥有亲身感受,掌握第一手资料比什么都重要。

她把自己当成最佳的受试者。卧床实验志愿者体验神经肌肉刺激时反映疼,她就去试试,针扎在哪里会疼感明显,到底有多疼。至于自己抽血采血等常规测试,对她就太普通了。只有亲身体会,才能心中有数,才会令人信服。

李莹辉“贪心”,常说搞研究不但要吃着碗里的看着锅里的,还要看向外面,搜索一切有可能的线索。她爱用一个听起来轻松的“玩”来提及正在研究的项目,然而背后付出的心力脑力和体力,她不会说。

人体低代谢研究也进入她“玩”的视野。

还是因为航天。

物质供应是制约人能飞多远的最大阻力。在国外科幻电影反映的星际旅行中,为了节省能耗,通常对航天员采用睡眠冷冻法。但这种方法有一个弊端,就是在没有实施唤醒的时间,航天员完全处于无意识状态,更谈不上工作能力。

还有没有更好的办法?

如果能把人吃多少喝多少降下来,会比整个载人航天系统工程做多少努力都容易实现。想法起心动念于4人180天实验。为此李莹辉又翻阅大量文献资料,中国的传统医学养生法——“辟谷”进入她的视线。当人体进入低代谢状态,既能保持头脑清醒,又具备一定工作能力,这样的结果有没有可能适用于人类星际旅行,减少工程代价?这个想法有没有科学依据?成不成立?

研究不付诸实践就是空谈。当确认想法科学合理有依据,她从自己做起,她尝试了多日科学辟谷,在她的带动下,研究室的人也被发动起来,拿自己实验,辟谷的时间一天比一天长,各项数据积累越来越多,结果也越来越有意思。

于是在2018年夏天,她成功主持“12人24天人体低代谢调节技术实验”,同步建立模型,在6个主要时间节点完成了常规生理指标、血常规、血生化、尿常规生化、代谢激素、营养状态、心理认知等4大类114项生理和心理指标,获得9000余个数据,各项指标满足设定要求,志愿者身体状况良好,实验取得圆满成功。

实验表明,低代谢研究非常有价值,可以保证航天员时刻保持清醒状态,有应对紧急情况的能力。不仅能降低空间探索工程代价,对大众健康也非常有利。她还要继续深挖。

李莹辉也浪漫,加班到深夜走到楼下透透气。回头一望,实验室的楼层灯光明亮,好像镶在夜空中一条晶莹清透的玉带,在她眼里那景色美轮美奂,充满诗情画意。那一刻她为这支坚强温暖、志同道合的团队骄傲,一股豪情油然而生,空气中似乎也有了甜丝丝的味道。

向世界发出中国声音

与20年前初次参加国际合作项目时的忐忑紧张相比,今天我国的航天医学研究已经有充分的自信与其他航天大国站在了同一起跑线上,这与李莹辉团队的努力密不可分。

“航天医学研究没有中国参加将是最大的遗憾!”作为中国航天医学研究顶级专家的李莹辉在参加国际项目合作中不止一次听到这样的话,这是同行强烈要求她所带领的团队加入时的开场白。

由俄罗斯组织的人类首次模拟火星载人航天飞行试验“火星-500”国际合作项目便是我国航天医学高速发展走向国际的一个缩影。

“火星-500”试验主要是探索人类模拟登陆火星过程中所能够耐受的一切,包括将来人类真正登陆火星所需要的生理心理保障和物质保障。主要任务是探索“人与环境”相互作用,了解长期密闭环境下乘组人员健康状态及工作能力状况,特别是获取超长飞行时间、资源有限、无法实施身体及心理特殊治疗等条件下的相关数据。

面对这一挑战人类极限,探索红色星球的科学试验,世界多国都想参与其中。那次试验,在全球4000多人中严格选拔,中国航天员教员王跃过关斩将,成为6名入选志愿者中唯一的亚洲面孔,和3名俄罗斯人、1名意大利人、1名法国人组成乘组。不仅如此,实验室设计提交并顺利完成了“长期密闭环境人体中医辨证研究”“地面模拟环境对近日生物节律与氧化应激的影响研究”和“长期密闭环境及不同文化对乘组个体非语言交流的影响研究”3项前沿性研究项目,使中国成为这一具有里程碑式重大意义、影响深远的国际合作的主成员国,掌握了中国自己的核心数据。

要在密闭环境中工作生活520天,完成各种实验任务,志愿者能完成吗?需要给他怎样的技术心理支持和保障?

只能成功,不能失败。

两年多时间,作为火星-500项目中方责任总师的李莹辉从实验项目筛选、人员选拔到方案审定,每一份技术文件,每一个保障环节,从送志愿者王跃进舱到迎接他回家流程的每一个细节,她都仔细把关审定,亲身参与。

进舱前一晚,李莹辉和王跃有过一次深入交谈。面对即将远离祖国,远离亲人,挑战极限,执行长达520天任务的王跃,她不仅是一位领导,也是他的战友和亲人。而此时的王跃已经历过各种严格封闭强化训练的考验和磨砺,做好了迎战准备。进舱前,他愿意把藏在心里的许多感受向最信任和尊重的人倾吐出来。

王跃告诉她,最艰难的是在极端环境训练中,零下30℃的冬天,他们被拉到远离莫斯科几百公里的荒野,大雪掩过膝盖。王跃是其中体格最瘦小的,一百二十斤的他要把一个将近二百斤的同伴徒手拉回十多公里外的营地,当时真觉得挺不住了。可是一想到自己代表航天员中心,代表中国,就咬牙挺过来。

对于国家在航天人心中的分量,李莹辉感同身受。“一件事只有认定它的意义,才有可能投入。每一个人都潜藏为国家出力的动力。当你走入这支队伍的时候,国家的责任就在你的肩上。”

在国际交流合作的舞台上,离祖国越远,爱国越成为李莹辉和同事们一种身体力行的自觉,也是最真切的爱国主义教育。一举一动所代表的不是个人的小事,而是事关中国形象的大问题。因而每个人都对自身的要求更嚴、更高。也因为背后有国家的支撑,有坚定的信念,他们能有勇气完成许多不可能的任务。

她脑海里过电影般,第一次带王跃来到俄罗斯时,那个抑制不住兴奋地说着“谢谢辉总带我出来玩”的年轻人的样子就在眼前。不过短短几个月,他从一名旁观者到参与者,迅速成长为能为祖国承担重任的勇士,令她心生无限感慨:这就是祖国的力量。

“你今天走向国际,国家是你最大的动力,想想国家,想想鲜艳的五星红旗,就有了战胜一切困难的勇气。你是代表祖国出征,有技术、有能力完成好任务,我们支持你。”

那天,他们聊了很久,李莹辉要他放心,告诉他有坚强的团队支持,各种保障、技术准备充分,他不是一个人在战斗。

分别时王跃说:“让我抱抱您吧!”就像行将出征的孩子,渴望输入力量和温暖的拥抱。李莹辉怎么会拒绝这样的请求,她像送别出征孩子的母亲般紧紧拥抱了他。

她坚信眼前这个年轻人。

第二天进舱前,王跃回头挥手向大家告别,微笑着轻轻说了句:祖国,再见。

这一声告白,令一向淡定的李莹辉热泪盈眶。

漫长的520天,心理支持尤为重要。哪一个阶段为王跃送什么东西,选什么材料增加斗志,给他力量,传递积极向上的乐观情绪,都是李莹辉团队深思熟虑的结果。

有一张照片李莹辉一直留着。那是在实验末期,也是人情绪波动最大的时候。正值新年,王跃用准备的笔墨、宣纸、剪纸,给乘组伙伴们每人写了一幅字,有“恭喜发财”“早生贵子”等等祝福的话,他给自己写的是“前程似锦”,充分表达了信心。照片传出来,李莹辉心里一下踏实了。

2011年11月4日,当6名志愿者在520天后,迈出火星飞船试验舱门,世界媒体把镜头对准中国小伙王跃时,他挥手致意,手臂上的火红的国旗徽章映衬着他那张坚定沉稳带着微笑的脸,显得格外动人,在李莹辉心中定格为一幅最美的图画。

挑战前沿是最好的爱国

无论多大的困难,到李莹辉这里都是云淡风轻。要向高峰冲刺,风险和失败如影随形。

她从不愿意强调困难,但她也害怕失败。因为她主持开展的工作和实验,基本都是“系统级”“大型”“首次”,失败已不是一个人的事,哪个环节出了问题,都是前功尽弃。但她尽量不去想压力,而是把注意力都集中在一步一个脚印压实去干,每一个细节每一个设计抠细致。

遇到坎,她有以不变应万变的“五步法则”,贯穿科研始终。一是查资料,二是找论据,三是做实验,四是拿数据,五是做判断。困难伴随五部曲,一个个缴械投降,迎刃而解。

敢于挑战不是蛮干,挑战也不是无原则无目标的挑战,有完备的预案有破解的对策,是挑战恪守的底线。对风险的判断,李莹辉心里有数。

2016年,“绿航星际”4人180天受控生态生保系统集成试验正式启航。面向中长期驻留任务中食品与营养保障、生活保障、卫生制度及作息制度验证,进一步研究认识了志愿者长期处于特定封闭条件下的生理学、心理学、行为学及工效学等方面的特点和规律和心理支持、医监医保及生活物资管理等空间站项目有关的技术验证与数据积累。

依旧是勇开先河的国内之最,李莹辉再次担当试验负责人。

受控生态生保系统,是载人航天系统的重中之重。全面构建能够有机融合物化再生和环境控制技术的,在密闭的人—环境体系中实现食物、大气、水的高效循环再生,似乎还像在科幻片《火星救援》中的那样遥不可及。美国“生物圈2号”密闭生态系统的失败,让人们普遍认为,我们现有的技术不可能构建一个自我循环的密闭生态系统。

实验面临时间长、环境控制难、志愿者心理波动等诸多困难。

知難而退,从来不是李莹辉的人生选择,迎难而上,才是航天人李莹辉的生命底色。

为了掌握未来深空探测与星际驻留任务中的生命保障与健康维护核心技术,验证中国第三代环境控制与生命保障技术研究成果,针对180天空间站任务需求,李莹辉组织开展了长期飞行中人与受控生态环境相互依存的生命保障模式实验。

挑战艰巨,但她有底气。

底气来自哪里?来自火星-500试验任务的经验和大量数据支撑。她不仅要打有准备之仗,还要立足未来工程应用,严谨把控实验设定,做出特色,而不仅仅是开放性学术研究。

种植什么样的种子?水循环和大气循环如何运作?人与环境相互作用需要测量多少指标?志愿者心理变化如何疏导?李莹辉都在细细斟酌。

实验环环相扣,就像多米诺骨牌一样,任何一个环节出问题都会导致全面倒塌。

从实验准备开始,李莹辉的神经高度紧张,严阵以待。然而,一个个麻烦还是接踵而至:

进舱前,设备调试期间,遇上保证温度的一个制冷液的管子破裂,一夜之间,几吨液体泄漏。

还是进舱前,零地检查标准是3V,报上来却是4V,就这一个V的电压,有的人不以为然,说这不是上天,只是地面试验,在误差标准内,应该没问题。李莹辉却与1V电压较上劲。她毫无通融地说:“坚决不行。必须查,要一查到底!”

最终结果出来,吓得人出身冷汗。一根电缆型号不匹配,藏着大隐患。当初说她小题大做的人完全噤声。

不放过任何蛛丝马迹。抠住每个环节,完全按照上天型号工程要求来,是她坚守的实验底线。

实验期间还遇到“吸铁鬼”事件,种植的绿油油的小麦苗,突然在一夜之间全黄了。作为受控生态系统,平台14个子系统运行经过精密测算,种植的小麦不仅是食物来源之一,也是氧气来源之一,如此不找出原因导致麦苗大量死亡,生态链中断,后果不堪设想。

那两天,志愿者总在植物舱转来转去,查看采样,添加营养剂。舱外李莹辉和同事们分析讨论,彻夜不眠,各种尝试。又紧急调请国内农业专家,终于查出“元凶”,原来是舱内环境多因素组合形成综合效应,偷偷吸走植物里的铁元素。不把“吸铁鬼”控制住,再怎么添加也留不住,导致铁缺乏。这个环节在国内外任何一份资料里也不会有提示,只有亲身试验,才可能发现,它也给未来环控系统设计带来很多启发帮助。

实验后期胜利在即,许多人都在向李莹辉祝贺时,他们却不知道,实验团队正经历着他们的“至暗时刻”——

此时,一名志愿者因为出现严重幻觉,什么也做不了,连续失眠睡不着觉,情绪正处于崩溃边缘。

如果有一个人退出,那就意味着实验终止。在实验前,领导多次嘱咐,对这一摸索性实验,意外情况随时发生,一切以人为要,做到哪一步就是哪一步。但李莹辉没有退缩,越是在挫折时候,越需要冷静。她请来多位医学专家,经严格医学认定,认真评估,专家慎重作出结论:这是志愿者心理上的幻觉。

作为极限挑战,志愿者的反应非常正常。

只要不是生理疾病导致的,就要尽最大可能去纠正、扭转。

李莹辉镇定指挥,科学分步安排社会心理支持、专业心理支持、团队支持等配套措施,很快,证明措施有效。实验按计划继续进行。而这一案例,也为后续长期载人飞行任务积累了宝贵经验。

这名志愿者不仅坚持完成试验,还获得当地政府颁发的“五四青年奖章”。后来见到李莹辉非常亲热,也成为如今90天头低位卧床实验志愿者重要的社会心理支持人员。他把自己的亲身经历讲出来,令志愿者信服,起到很好的激励作用。

2016年12月14日,新华社、中央电视台发布重磅消息:4名志愿者完成全部任务,顺利出舱。密闭试验舱内物质闭合度高,氧气达到100%、水达到99%、食物达到70%,完成了载人试验系统内物质流的动态平衡调控,生保系统良好。这不仅为我国空间站任务提供了有力的技术支持,还为未来地外星球基地生命保障技术的预先研究打开了新局面。

挺过这些艰难的过程,李莹辉特别有成就感,但180天试验也为她增添了一重身份:高血压患者。180天实验前,李莹辉血压正常,現在全靠吃药维持。

但她从来没有抱怨过、后悔过。

2019年10月21日,在华盛顿举行了第70届国际宇航联大会。开幕式当天的第一场全会活动上,1000多名现场观众通过手机投票提出了“在这个会议上,我想念一个重要的航天局,中国国家航天局去哪里了”的问题,并将其置顶。经证实,中方代表团集体缺席当年的国际宇航联大会,原因是美方没有及时发放签证。然而恰在此时,10月26日,中国召开了第一届中国空间科学大会。此次大会上,李莹辉作为载人航天领域的专家为大会作了题为“航天飞行中的医学风险与挑战”的特邀报告,受到与会代表的热烈欢迎。

此时,她特别感慨地回想起两年前在国际空间科学大会上,自己代表中国载人航天医学专家,做了4人180天集成实验的专题报告。一个多小时的报告结束后,有上百名国际同行的会场先是陷入几秒安静,继而响起经久不息的热烈掌声。一位外国专家说,“我们真的不敢相信,中国人率先完成了这么有难度的受控生态生保实验”。面对同行的赞叹,她由衷感到骄傲和自豪,因为,这不仅仅是一个人一个团队获得的荣耀,更是国家载人航天事业飞速发展的缩影,是自主创新科技进步带来的成就。

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