载人航天计划及其医学研究(图)

    航天医学是随着载人航天活动产生和发展的，下面简要地介绍美国和前苏联及俄罗斯的载人航天计划及有关的医学研究。

　　苏联/俄罗斯的载人航天计划

　　在载人航天的历程中，很多方面苏联/俄罗斯是早于美国的。他们是第一个将人送上太空、进行出舱行走并创造了在太空停留438天的最长记录。苏/俄的载人航天计划分为以下几步：
　　
　　“东方号”（1961.4－1963.6） “东方号”飞船是苏联最早发射的载人飞船，“东方”1号在1961年4月12日将苏联航天员加加林送上天，开创了载人航天的新纪元。“东方号”飞船共发射6次，由于它座舱容积小，只能容纳1名航天员，其最长飞行时间是5天。“东方”号飞行的目的是考验飞船及其各系统的可靠性，并了解人在失重飞行时生理系统和工作能力的变化。在这次短暂的飞行中记录的医学参数有心率、呼吸描记图，心电图、心震图、脑电图、眼电图、肌电图、体温、皮肤电反应等。通过最长5天的飞行，证明人可以生活在失重环境下。同时，“东方”2号的航天员季托夫在太空中第1次出现了运动病症状，在航天医学研究中，也载入了空间运动病研究的史册。

　　“上升号”(1964.10～65.3) “上升号”飞船基本与“东方号”相似，只是将内部结构作了一些改动，增加了航天员的座位，使其可以容纳3名航天员。“上升1号”是3名航天员，“上升2号”为了出舱试验，航天员穿舱外航天服，故只有2名航天员。“上升号”飞船发射的目的是试验乘载多名航天员时飞船系统的可靠性、考察航天员舱外活动和相互配合的能力及航天员在舱外活动时生理指标的变化。虽然“上升号”飞行的时间只有一天多，只发射了2次，但它为苏联在空间竞赛中赢得了几个第一：第一次多人飞行成功，第一次实现了人在太空行走，第一次在航天中有生理学家进行医学检查，研究了失重下的听力、肺功能、前庭功能状态和肌肉强度等人体生理功能的变化。飞行结果证明人可以适应舱外活动环境。

　　“联盟号”（1967.4-） 这是苏联最重要、发射最多的载人航天器。每次可以运载1～3名航天员。它的目的是提供一种可以与空间站连接的多用途飞船，这种飞船可以作为组装空间站的基地，向空间站供应物品及进行航天中独立的科学研究。“联盟号”飞船由轨道舱、返回舱和服务舱组成。轨道舱分为工作区和生活区两部分，是航天员工作和生活的地方。舱的前端有一个可以与“礼炮”号和“和平”号空间站对接的窗口，航天员可以通过它进出空间站。“联盟号”自飞行以来，为了适应新的空间站进行了不断的改型，改型的“联盟T”号和“联盟TM”号飞船，乘载的航天员增加，对接交会系统更完善。“进步号”货运飞船也是由“联盟号”飞船改进的，只是不载人，它不定期地将补给用品送到长期飞行的空间站中，再将空间站上的垃圾等废物装入舱内，在返回大气层时将其销毁。由于“联盟号”中参加的航天员多、飞行时间长，所以在“联盟号”计划中对失重时航天员生理系统的变化、航天中防护措施的采用和医学检测方案进行了广泛的研究，取得了大量有用资料。

　　“礼炮号”空间站（1971－1990） 1971年苏联发射了世界第一个载人空间站“礼炮－1”号空间站。从此，“联盟号”飞船结束了其独立执行任务的作用，而成为空间站的运输飞船。“礼炮号”的发射标志着人类的航天活动从飞行时间短、规模小的载人飞船，进入到飞行时间长、规模大的空间应用探索和试验阶段。苏联共发射了7个“礼炮号”空间站，其中“礼炮6号”空间站最重要，它容积大、设备全、前后有两个对接口，可以同时与两艘飞船对接。“礼炮6号”先后接纳了16艘飞船、33名航天员，在空间运行了4年10个月。1983年发射的“礼炮7号”，其中的3名航天员创造了当时最长连续飞行的记录——237天。“礼炮7号”的航天员瓦休提恩因患病，飞行了65天就返回地面。由于航天员在“礼炮号”中可以停留很长时间，因此在上面进行了航天员长期失重时生理系统适应性的研究。同时“礼炮号”中的体积大，可以安放很多训练工具，如跑台、自行车功量计、下身负压装置等，可以进行失重飞行期间对抗措施的研究。在航天中还采用了一系列综合的心理保障计划，克服航天带来的心理障碍。

　　“和平号”空间站(1986－2001) 1986年2月，苏联将“和平号”空间站的核心舱送到太空，人们把“和平号”空间站比喻为“太空列车”：它有6个接口，可以与多个航天器对接而成为“人造天宫”，在这个“天宫”中可同时容纳6名航天员。“和平号”空间站原计划运行5年，可是它却超期服役了10年。

　　“和平号”空间站的生命虽然短暂，但却是辉煌的一生。在15年内，有32艘“联盟号”飞船和62艘“进步号”货运飞船与之连接，先后有28个长期考察组和16个短期考察组在上面进行考察活动，有12个国家的135名航天员在“和平号”上工作过，其中俄罗斯航天员玻利亚科夫创造了在太空连续生活438天的世界记录。“和平号”空间站完成了23项国际科学考察任务，进行了1.65万次的科学实验，它不仅为人类开发太空积累了丰富的经验和获得了具有重大实用价值的成果，而且为人类在太空生活、征服火星准备了条件。因此人们对它的离去有着难以割舍的复杂感情。苏/俄在空间站中进行了大量的医学观察和研究，包括从细胞和分子水平上进行的研究。长期飞行的医学研究结果表明人体是可以适应失重环境的，不同生理系统的适应过程不同。失重首先引起机体内环境机制的紊乱，然后激活特殊的功能系统以适应新环境。但是，长期飞行也引起生理系统出现一定程度的病理学改变，如抗重力肌萎缩、骨质疏松、立位耐力下降、心电图改变等。同时，在长达1年多的飞行中，人可以在失重环境中很好地生活和工作的功劳还要归功于飞行中防护措施的应用，如果不采用防护措施就不可能维持航天员飞行中的健康和工作能力以及返回后的再适应能力。但是，也观察到尽管采用了不同的防护措施，还不能防止失重的不利影响，目前，对于航天中一些变化的机理也不清楚。所以重力生理学的研究还是任重道远，有广阔的发展前景。在“和平号”空间站中除了继续研究长期失重对人体的影响和防护措施外，对其发生的原因也进行了深入的研究。在“和平号”空间站的飞行中也出现了一些医学问题，如第二批乘员中的俄罗斯航天员拉维金因飞行中出现明显的心律紊乱而中止飞行，提前返回地面；2名长期飞行的航天员在飞行后期身体状态极度变差，而不得不将每天的工作时间减少到4小时。

　　美国的载人航天计划

　　水星计划（1958－1963）  该计划共进行了17次飞行，6艘飞船是载人的，其中两次是亚轨道飞行，4次是轨道飞行。第1次真正载人航天的时间是1962年2月发射的“水星6号”。

　　因为这是美国的第一次载人航天，很多医学和工程学的问题有待飞行实践来解决。因此，此计划的目的与苏联的“东方号”飞船相似，目的是试验飞船各工程系统的性能，初步了解失重对人体生理系统和工作能力的影响。“水星”座舱比较小，只可载1名航天员，飞行时间是2天。

　　“双子星座”计划（1961～1966）  共进行过2次不载人飞行和10次载人飞行。“双子星座”计划的任务是为美国的登月计划作技术准备，发展轨道交会、对接、机动变轨和舱外活动能力，并研究人在失重条件下的耐受限度。“双子星座”由再入舱和对接舱构成，飞船的形状呈长圆锥形，像一口钟，里面可容纳2名航天员，人在太空中停留了4小时～14天，美国航天员在“双子星座”计划中第一次进行了出舱活动和首次完成了会合和对接的特技飞行。在双子星座飞行中进行了一些生物医学的研究，证明失重对心血管、血液、肌肉、骨骼系统都有影响，但不是致命的，可以进行更长时间的飞行。

　　“阿波罗”计划（1961～1972）  在“阿波罗”计划执行的时间里共进行了16次发射，其中有3次是载人绕月球轨道飞行，6次登月飞行。有29名航天员参加了飞行，其中12人登上月球。阿波罗飞船由指令舱、服务舱和登月舱组成，可乘坐3人。在人类的载人航天史中，“阿波罗”计划的最伟大意义是将人送上了月球，在月面上进行了考察、取标本，然后安全地返回地面。这是一个前所未有的人到达外星球的宏伟计划。

　　“阿波罗”计划受到广泛的生物医学工作者的支持，它与以前的在地球轨道的医学研究不同，有三个独立的研究目标：

　　1、   确保航天员的安全和健康，在登月后如果有病，航天员不可能马上返回，所以必须制定一个尽可能减少飞行期间发病和采用紧急救护的措施；

　　2、   阻止将有害微生物从地球带到月球或从月球传到地球，需加强检疫和去除污染工作；

　　3、   研究人暴露在特定空间环境下的问题。如失重引起的心血管失调对再进入月球的影响、辐射的影响等。

　　阿波罗任务表明航天员在相当于地球重力1/6的月球上可以有效地工作。但在阿波罗飞行任务中，登月的航天员中也发现了一些医学问题。例如，“阿波罗15号”中的两名登月航天员在月球表面工作和返回后，其中一名叫欧文的航天员在返回地球后2个月发生心肌梗塞；到目前为止，有39名航天员患白内障，其中很大一部分是参加过“阿波罗”登月计划的。这些例子说明登月飞行与地球轨道飞行也有不同之处。但总的来看登月中没有发生严重影响航天员健康的问题，证明人可以进入其他星球工作。

　　天空实验室  天空实验室是美国试验性的空间站，在1973年共发射了3次载人飞行。天空实验室的特点是容积大，它由对接舱、轨道舱、服务舱、生活舱、太阳能电池帆板等组成，每次可载3名航天员，航天员的替换和物资设备的补充由阿波罗飞船运送。由于其容积大和飞行时间长（飞行时间分别为28天、59天和84天），为科学试验和人体生理功能的研究提供了良好的条件。美国在“天空实验室”中进行了大量医学实验，观察长期飞行过程中心血管系统、骨骼系统、血液系统和水、电解质的动态变化过程及对抗措施的研究。通过天空实验室上的研究，人们知道失重时人体的基本生理变化。至今，很多航天中的医学数据取之于天空实验室的测试结果。但是，对一些反应的起因仍然不能作出解释，对体内不同生理系统的相互关系也不十分清楚。这三次任务最重要的贡献是证明人可以在太空中生活和工作几个月。
  
　　航天飞机计划  航天飞机是美国新型的往返于地球轨道的一种载人航天器，与以前的载人航天器相比，外形、内部结构和发射、着陆方式都是不同的，它的研究工作开始于20世纪60年代，1971年正式开始了航天飞机的研制工作，80年代初航天飞机研制成功并投入使用。航天飞机由轨道器、外贮舱和两个固体火箭助推器组成。轨道器中一般可容纳7～10人，空间停留的时间一般为8天。航天飞机由于可以反复使用，并可以携带大型的实验设备进入太空，所以为科学实验提供了很好的条件，可以在太空中进行材料加工、制药、医学等试验，也可以进行卫星的发放、维修、回收和作为空间站的运输工具。在航天飞机计划中，还发射了三次空间生命科学实验室，专门进行生物－医学实验。空间实验室为进行这些研究提供了足够的房间和实验设备。空间实验室的研究包括标准的医学工具，多用途、可反复使用的微型设备，实验植物和动物的生活环境。在这三次飞行中，进行了大量、深入的生物医学实验，获得了大量医学研究数据。更重要的是空间实验室中有一群训练有素的航天员和科学家。他们在太空中进行了从细胞水平到整体水平的医学研究。航天员在太空中要采集血样，分离血样，记录自己的生理反应，提出和参加各种实验，进行植物和动物实验，他们在太空中要像在地面实验室中一样的工作。

　　国际空间站  1984年美国就进行了空间站方案的论证和设计，直到1994年俄罗斯加入，才将其称为国际空间站，目前参加国际空间站的国家主要是美国、俄罗斯、欧空局、日本、加拿大等16国。国际空间站是一个结构十分复杂、规模庞大和功能广泛的大型空间设备，它由1个基础舱、6个实验舱、1个居住舱、2个连接舱及服务系统和连接系统组成，俨然就像一座太空城。1998年俄罗斯研制的第一个组件－功能货物舱（曙光号）进入太空，国际空间站正式动工兴建。同年12月，美国的“团结号”节点舱升空，与“曙光号”对接，美国和俄罗斯的6名航天员成为空间站的第一批居民，1999年美国航天飞机又送上7名航天员，成为空间站的第二批居民。2000年，俄罗斯建造的“星辰号”服务舱对接到空间站，它是航天员的主要工作区和服务区。建成后国际空间站的规模是“和平号”空间站的5倍，可容纳6～7名航天员在上面工作，它的在轨工作时间是10～15年。这座国际空间站的建成，是21世纪人类征服太空的象征，它为人类移居太空奠定了基础。

　　国际空间站的生理学研究很多是继承了“和平”号空间站的研究项目。主要是研究长期失重对人体的影响。验证以前的一些实验结果，采用新的检测方法进行更深入的研究，并对长期失重防护措施进行了重点的研究。国际空间站的医学研究是为人类进入其他星球（月球和火星）作准备的。（沈羡云）