人類飛向太空的嘗試

魏金河

地球是人類的安樂之鄉

也許是造物主的特惠，地球為人類的生存和發展提供了一切必需的條件：穩定的大氣壓力（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。在這樣一個物理和化學的環境中，動物和植物的相互依存構成了一個十分復雜而又完善的生態系統，既為人類提供了豐富多樣的食物，又保證了大氣和水環境的動態平衡。

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

因此，地球不僅是人類的搖籃，面且是人類的安樂之鄉。那么，人類一旦離開地球，進入茫茫太空，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，前蘇聯航天員加加林乘“東方”1號宇宙飛船在離地球200千米左右的軌道上飛行了108分鐘，開創了人類探索太空的新紀元。美國航天員阿姆斯特朗等3人乘“阿波羅”11號飛船在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”號空間站連續飛行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境。利用環境控制和生命保障技術，工程師們根據航天醫學的要求，在座艙內建立了與地球大氣環境相似的人工環境（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，使航天員好像生活在地球上的一個小房間內。航天員離開座艙在太空中行走也是在艙外航天服所提供的人工環境的保護之下才得以實現。

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題了呢？事實上，問題不僅存在，而且解決的難度極大。

人在太空生存所面臨的問題

在基本生存條件的創造與維持方面，有氧、水、食品和能源的供給問題，目前的技術狀態，除能源外，其他三項資源還主要或全部靠來自地面的補給，這就嚴重限制了人的活動范圍。

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、輻射和心理應激。

失重。人的系統發育是在地球表面的1g重力環境中完成的，因此它的各種生理系統均適應于在1g重力場中以直立為主的狀態。在空間飛行中或在其他星球上著陸時，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對人體產生一系列深刻的影響。從目前已知的資料來看，失重對人體生理系統的影響，大體可分為三個層次。首先是整體層次上的影響。人作為具有智慧的個體，其最高層次的活動就是與外界環境進行信息交換。人體平衡和定向的控制就依賴于對重力、視覺和身體內部力學狀態的信息的感知和綜合。其中對重力的感知由內耳中的前庭器官特別是耳石器來完成。在地面上，中樞神經系統對來自前庭、眼及本體感受器的信息的各種組合已形成了相應的感覺-運動模式，并作為一個動態的軟件包存于腦中，從而可使人體依據不同的情況自動而協調地完成各種動作。進入失重狀態后，來自前庭的信息和本體感受器的信息發生異常，使得腦中的感覺-運動模式發生紊亂，從而引起身體平衡和定向控制失調，并通過腦干、小腦、下丘腦之間的神經通路引起自主神經反應，產生頭暈、嘔吐等類似運動病的癥狀。在已飛行過的航天員中，有一半左右出現過這種稱為空間運動病的癥狀，對航天任務的完成產生不利影響。但是，這種紊亂畢竟主要是軟件性質的，人腦具有很強的編程能力，大約3天左右，新的感覺-運動模式即可形成。不過失重對腦的高級活動的影響還會持續更長的時間。

第二層次的影響是系統級的，如體液系統、血液系統及心血管系統等，其中直接受失重影響的是體液系統。人進入失重狀態下，一個明顯的宏觀現象就是體液（先是血液，后是細胞外液和細胞內液）的失向轉移（約2～3升）。產生頭脹、鼻塞等現象，而更深刻的效應是所謂的頭、胸部的“洪水”現象，即體液過剩。而在胸部的中央靜脈區存在著多種感受器，監視該區容量和壓力的變化，因此，這種體液的異常過剩必然會引起一系列的調節反應。這些反應的最終效果是增加尿的生成速度，使體內水分和鉀、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性的下降，又影響到血液成分的不平衡，如血球濃度過高，因而導致造血功能的變化，減緩紅細胞的生成，最終使細胞的質量維持在一個低于正常值的水平上。這種系統級的反應變化：仍然是適應性的，是從地面1g作用下的平衡狀態到微重力條件下的新平衡態的變化。這種變化過程一般在幾周內完成。上述由體液頭向轉移誘發的生理變化是多方面的，幾乎涉及到所有的生理系統，因此對人體的影響是深刻的，目前所知的還只是一些可觀察的現象。

失重對人體作用的第三層次是最基本的層次，即重力變化對細胞分子的直接作用。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維持有關的肌肉，如小腿的比目魚肌，失重后因張力變小而趨向萎縮，部分紅肌（即慢肌）纖維變為白肌（快肌）。承重骨，如下肢骨、脊椎骨等，失重后因載荷減少而導致明顯的骨鈣丟失。重力變化的直接作用還表現在免疫系統的變化上，由免疫器官、免疫細胞和免疫分子組成的復雜的免疫系統的功能，在失重后有下降的表現。當然，免疫功能的變化還與航天的綜合應激有關，即通過神經、內分泌系統的變化而影響免疫系統。重力變化的直接作用可以通過比較在1g重力環境和微重力環境中培養的離體細胞的發育狀況得到證實。已有的數據表明，在微重力環境中培養的肌細胞、骨細胞和免疫細胞均出現“發育不良”的現象。這種直接作用的效應既然存在，就必然是普遍而持久的。但是，目前對這一層次效應的認知是遠遠不夠的。

輻射。在失去了大氣層和地磁場的保護后，空間飛行所面臨的輻射強度必然要高于地面。所幸的是，在已進行的30多年的載人航天過程中，尚未發現直接由輻射所引起的嚴重醫學問題。但隨著飛行范圍的擴大、飛行時間的延長，來自太陽和銀河系的電離輻射的危險便成為一個令人十分關切的問題。目前所能考慮到的保護措施主要有：加強艙內和個人的輻射劑量的監測和報警；在航天器內設輻射屏蔽區（全面加強屏蔽的代價太大）及采用藥物或特種食物提高人體的抗輻射能力。

心理應激。構成航天心理應激的主要因素有：航天的高風險性造成的精神緊張，遠離地球社會和家庭的孤獨感，狹小空間中的單調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。心理狀態的惡化，又繼而引起內分泌功能和免疫功能的下降，從而導致工作能力下降，機體抵抗力減弱，后果是可想而知的。己知，多數航天員在空間生活一段時間后，脾氣變壞，工作效率變差，因此，航天醫學界十分重視航天員心理素質的選拔和飛行中心理狀態的調控。在長期的空間飛行中，心理狀態的調整問題會變得更加突出。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激的重要措施。