那些关于航天员的“奇葩”研究：甘当“小白鼠”

航天 · 2016-11-23 03:38:39

斯科特·凯利与马克·凯利　　2016年菠萝科学奖日前揭晓，化学奖颁给了一项和“航天员体味”相关的研究。　　航天员闻起来是什么味？嗯，这是个严肃的问题。　　当然，人家这研究其实叫“航天器乘员舱中人体代谢痕量化学污染物产生速率”，由北京化工大学祁欣教授和中国航天员科研训练中心的研究员共同完成。　　听起来有点“污”。不过，针对航天员，各国都有“脑洞大开”“画风清奇”的研究。　　在征服星辰大海的长夜里，航天员远离他们曾经熟悉的地球重力，身处社会隔离的环境，置身狭小密闭的空间，往往还要担负着超负荷的工作压力。那些平日生活里琐碎庸常的细节，一下子变得至关重要；桩桩件件，都意义深刻——关乎航天员航天器内生活质量，关乎航天任务的成败，也关乎人类对大多数人未曾亲历的宇宙环境的理解。　　航天员到底啥味儿？　　人体代谢产生的化学物质是航天舱室中环境污染的重要来源之一，搞清楚这些污染物是什么、有多少，能为日后航天员的太空生活多加一道安全阀　　航天乘员舱是一个密闭环境，舱内气体质量得满足航天员生存的需要。就算能够控制好其他外在因素，但只要舱内有活人，人体代谢这事就无法避免。其实，人体代谢产生的化学污染物，是航天舱室中环境污染的重要来源之一。　　所以，搞清楚这些污染物是什么、有多少，就能为密闭环境中环境控制和生命保障系统的设计提供数据支持，为日后航天员的太空生活，多加一道安全阀。　　在前文所述的这项得到菠萝科学奖的研究中，研究人员选择了20名“标准”的中国男性志愿者——他们年龄在28到40岁之间，身高为165—175cm，体重为65—75kg，都挺健康，不吸烟，测试期间也不喝酒。　　好了，人选好了，实验可以开始了。　　受试者们要穿上密闭试验服，在环境实验室内做规定动作，来分别模拟航天员的安静状态、轻度活动状态和中度活动状态。他们的饮食也是参照航天员在轨飞行用餐标准，每日三餐，饮用纯净水。　　呼出气、人体排出气和汗液，就是研究人员要仔细分析的样本了。他们要动用气相色谱—质谱联用仪、气相色谱仪、紫外分光光度计等工具把这些代谢产物弄得明明白白。　　研究人员一共找到了16种化合物，包括烃类、醇类、酮类、醛类、酸类、含氮化合物，一些组分对人体具有一定的刺激、抑制和麻醉作用；不过从量上来看，一天内单人的人体代谢污染物不会对座舱环境带来危害。但考虑到累积效应，代谢污染物这事还真得仔细琢磨。　　怎么在太空中睡个好觉？　　睡眠不足会影响航天员身心健康，再加上昼夜节律紊乱，让他们疲劳加剧、认知功能下降，更严重的还会影响航天飞行安全　　早已有研究发现，航天员在天上睡不踏实。　　美国国家航空航天局（NASA）在1988年完成的调查发现，9次航天飞机任务的58名乘组人员报告，与在地球上每天睡眠7.9小时相比，在太空时每天平均睡眠时间只有6小时。许多人报告说，某些夜晚睡眠时间少于5小时，还有些人睡眠不足2小时。　　1999年，NASA回顾了79次航天飞机飞行任务的记录，发现94%的人在飞行过程中用药；用药的人次中，45%的航天员小伙伴表示——该睡的时候睡不着，才吃药。　　睡眠不足可是会影响航天员身心健康的，更严重一点，还会影响航天飞行安全。所以，研究人员又有了重要课题——弄清楚航天员为啥睡不好！　　有时是因为睡眠环境不佳，比如温度不适宜、睡袋不舒服、风扇噪声太大；有的是因为要执行关键任务突然改变作息时间。更棘手的是，睡眠改变也可能是太空环境使得航天员睡眠调节功能受损，再加上昼夜节律紊乱，让他们疲劳加剧、认知功能下降。　　所以，咋办？首先，是制定详细的作息制度；然后是采取各种措施提高航天员在轨睡眠的舒适度，让他们怎么舒服怎么睡；休息时，再仪式感地拉上舷窗窗帘，制造一下“夜晚到来”的感觉，尽量消除昼夜节律的影响；如果工作—休息计划调整，也可以根据需要，吃吃安眠药什么的……　　总之，这是个大课题。NASA等航天机构提出了睡眠仓研究计划，在生物医学路线图中将睡眠列为一项重要研究项目。　　生病了能不能打喷嚏？　　太空中零重力的环境，其实是细菌的迪斯尼乐园，一旦航天员生病，打个喷嚏都是不得了的事情，小细节的纰漏，就可能引发大麻烦　　2012年，布朗大学研究员伦纳德·麦摩尔（Leonard Mermel）探究了长时间航空行程中的健康风险问题。　　首先，是要研究历史资料。106次宇宙飞行任务，742名船员，其中发生了29起传染病传播事件。大部分都是发烧感冒之类的“小病”，不过也发生过真菌感染、泌尿感染和皮肤传染病，甚至还有类似流感和病毒性肠胃炎之类的病症报告。　　太空舱可不是“世外桃源”啊。在研究人员看来，更确切的说，这零重力的环境，其实是细菌的迪斯尼乐园。在地球上，打个喷嚏或者咳个嗽，感染性粒子大概会飞出去1到2米，然后它们就会乖乖地在重力的牵引下回到地面，安安分分。但在太空舱中，它们会到处活动；它们任意选择地点着陆，比如仪器面板、实验架还有食物表面。一旦航天员与它们亲密接触发生感染，他们对抗病原体的能力也要比地球上更弱。　　所以，一旦航天员生病，打个喷嚏都是不得了的事情。麦摩尔建议，要完善已有的疾病预防措施，扩大飞行前的全面检查，让航天员接受与手部卫生、环境清洁和其他健康实践相关的感染控制培训。　　在受到诸多限制的太空舱环境中，小细节的纰漏，就可能引发大麻烦。所以，得小心再小心。　　把双胞胎中的一个送上天会怎样？　　NASA确实“会玩”，人家找了一对同卵双胞胎航天员，让他们一个去天上一个住地上，来分析长期太空飞行对人体生理的影响　　在NASA进行的一项双胞胎实验中，一对好兄弟被分配了不同的任务，一个在地球一个上太空，来观察不同环境对他们产生的影响。上天的航天员是斯科特·凯利（Scott Kelly），留在地球上的是退役航天员马克·凯利（Mark Kelly）。　　斯科特是一个爱自拍、爱恶搞的空间站“宅男”。他通过发推特简直成了航天员界的“网红”。除了分享在太空站生活、工作的点滴，他还热衷以空间站各个角落为背景发自拍，不断寻找着自己最上镜的角度。这还没完，他还曾在空间站里扮演大猩猩，吓得英国航天员惶恐地飞速飘走……　　斯科特在空间站呆了340天，他成了在太空中连续生活时间最长的美国人。今年3月，和同伴们做了超过400项实验，看了10944次日出日落之后，斯科特回到了久违的地球。　　两名双胞胎都进行了全基因组测序，凯利兄弟的研究是世界上首次对两名基因完全相同的人类进行的对比研究。研究人员检测他们的基因表达、基因标记、染色体缩短情况以及其他健康与衰老方面的细微量变，在飞行前、飞行中和飞行后对他们进行持续观察。　　那么，在斯科特身上发生了什么神奇的变化呢？反正，最显而易见的是，他暂时长高了5厘米。不过NASA在声明中指出，“长高”只是因为脊柱在失重状态下被拉伸；回到地球之后，地球重力还是会将他“打回原形”的。　　更进一步的结果，说不定永远不可能公开。双胞胎兄弟的全基因组信息仅对参与研究的数位主要研究人员公开，而且未经兄弟二人同意，研究成果不得发表。　　回到地球的斯科特，一如既往地“话唠”，一如既往地爱自拍，以及一如既往地在推特上分享跟航天相关的一切。关于他们的后续研究，还在继续进行。　　菠萝科学奖　　菠萝科学奖，是由浙江省科协支持，浙江省科技馆与科技媒体果壳网合力打造的科学奖项和公益科普活动，致力于通过广泛征集科学领域内“好笑而严肃”的研究成果，邀请科学、文化、传媒等各领域知名学者与意见领袖参与策划和分享，向大众传播科学的有趣一面，普及科学知识，鼓励科学精神，其口号宗旨为“向好奇心致敬”。

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