空間站長期居留消防員的生活及健康問題

空間站長期居留消防員的生活及健康問題

自半個世紀(jì)以來，人類首次提出了前所未有的太空研究計劃。21世紀(jì)將是一個“太空競爭的時代”,以近地空間站為主要特征的空間探測,將增加新的成員——中國;美國、俄羅斯均提出重返月球和登陸火星計劃;歐盟、日本、印度、加拿大等國,也提出了各自的太空探測計劃和時間表。中國實施載人航天計劃以來,已順利完成載人航天兩步一階段的任務(wù),正在向第三步目標(biāo)——載人空間站目標(biāo)進發(fā)。在載人飛船探測階段,航天員的生命保障和工作狀態(tài)倍受關(guān)注。然而,在空間站探測階段,更應(yīng)該關(guān)心航天員的生活。因為在空間站上的航天員,相比繞地飛船試驗要經(jīng)歷更長時間在空間駐留,要克服頻繁的、長期的晝夜輪換(90min為1日)對心理的影響;要克服長期的失重和宇宙輻照等對生理的影響;要克服長期與熟悉的地球生活的隔離與寂寞;要進行多學(xué)科、多專業(yè)、多人次團隊的合作等。這些都可能對航天員的身體健康、心理健康和工作狀態(tài)產(chǎn)生嚴(yán)重影響,對探測任務(wù)是否圓滿完成產(chǎn)生重大影響。因此,國際空間站建設(shè)過程中,非常重視航天員的生活和健康保障。為了更好地滿足航天員的生活和心理需求,國際空間站已實現(xiàn)個人利用因特網(wǎng),航天員可通過遠(yuǎn)距離操作地面上的計算機進行上網(wǎng),除了可以瀏覽網(wǎng)頁,還可以用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)跟家人進行視頻電話的私人交流。過去幾十年來,航天員在太空探索中的作用表明,人在太空探測實踐方面具有不可替代的作用,尤其是在復(fù)雜任務(wù)的完成、科學(xué)實驗以及設(shè)備檢修和故障排除等方面更是具有不可比擬的優(yōu)勢,發(fā)展載人航天是太空探索的重要途徑。但載人航天相對非載人而言需要承擔(dān)更大的風(fēng)險和挑戰(zhàn),需要解決航天員在空間飛行和太空長期駐留所必須面對的各種問題,如生活、工作、娛樂和健康等。本文將針對空間站航天員長期空間飛行和駐留所面臨的各種問題和挑戰(zhàn)進行研究,介紹了國際空間站為保障航天員的工作、生活和健康所采取的措施,提出我國發(fā)展載人空間站對航天員生活、健康保障的建議。1運營所面臨的挑戰(zhàn)國際空間站的實踐經(jīng)驗表明,長期空間飛行和駐留的航天員,將面臨許多問題和挑戰(zhàn)。一方面航天員的工作、生活環(huán)境與地球相比發(fā)生了很大的變化,面臨失重、輻照、頻繁的晝夜轉(zhuǎn)換和起居、飲食、睡眠、洗澡等不便。另一方面,由于他們長期和熟悉的地球人類隔離,在身心健康等方面也面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)?？傮w來說,航天員所要應(yīng)對的挑戰(zhàn)主要來自以下3個方面:1)由長期失重給航天員生活帶來的不便;2)長期空間隔離所帶來的社會心理問題;3)由失重和高強太空輻射帶來的生理風(fēng)險。1.1重飛行的危害在長期空間飛行和駐留中,由于人體幾乎處于零重力狀態(tài)水平,從而極大地改變了人體肌肉、骨骼的受力和體液的分布狀態(tài),進而可能對人體的生理機能帶來損傷。實踐證明,失重是人類在空間飛行當(dāng)中所面臨的最嚴(yán)峻的威脅。經(jīng)過40多年的研究,證明失重可以影響航天員所有的生理系統(tǒng),使其出現(xiàn)紊亂。例如,航天員在飛行中或飛行后出現(xiàn)了空間運動病、航天貧血癥、心血管功能失調(diào)、免疫功能下降、骨質(zhì)疏松、肌肉萎縮等。與此同時,失重還會影響航天員的生活和工作,失重會讓人失去觸覺,航天員的行走、坐立或睡眠均需要借助于物體的輔助。為了解決這一問題,國際空間站采用了多項措施,為航天員的生活提供保障。1環(huán)保、持天然膳食空間站上的食物主要是經(jīng)過冷藏、脫水或熱穩(wěn)定處理的食物,飲料也是脫水的。航天員將收集食物盤和廚房用具,從存儲間找出各自包裝好的膳食,準(zhǔn)備食物(必要時可以進行復(fù)水),加熱食物(微波、強力通風(fēng)對流式烤箱),然后放在盤子上開吃。吃完后,他們會將用過的物品放到垃圾壓實機中,然后清潔和存放廚房用具和盤子。通常來講,航天員大約在太空飛行前的5個月就已經(jīng)開始選擇自己的菜單了。2擦浴溫度的確定雖然空間站配有淋浴,但大多數(shù)航天員都使用浴巾或濕的小毛巾進行擦浴。這樣可以減少水的消耗。每名航天員還將配有個人衛(wèi)生套件,包括牙刷、牙膏、洗發(fā)水、剃須刀和其他基本化妝用品。3計算機的平均存儲區(qū)國際空間站的一個居住艙可供4名航天員休息,每個艙室里都有睡袋,帶有計算機的桌子和腳套。居住艙還有一個起居室,里面有廚房、桌子和存儲區(qū)。這是航天員吃飯和開會的地方。該艙還將包括供乘員進行衛(wèi)生保健的地方,其中除了存儲空間外還有鍛煉和醫(yī)療用的設(shè)備。4呼吸固定器航天員不是睡在床上,而是睡在垂直固定于艙壁上的睡袋中。他們需要滑入睡袋并拉上拉鏈。睡袋上還配有手臂約束器,以防止睡覺時手臂在頭上方浮動。5影響評論員的身心特征乘員在空間站內(nèi)不必穿上航天服,其行走時需要借助與空間站兩壁的攀爬把手;而在建造和維護國際空間站時必須穿上航天服進行太空行走。因為太空行走是在低于空間站的壓力下工作,所以航天員在太空行走之前必須先降低空間站的氣壓,以調(diào)節(jié)他們的身體,否則,太空行走者可能會患上減壓病?？偠灾?太空的微重力環(huán)境不但對航天員的多項生理機能造成較大的影響和損傷,也會給航天員的生活帶來諸多的不便。目前失重對人體的影響機理仍然在不斷的探索過程中,探索對失重影響的防護措施和在失重條件下航天員的生活和工作方式在較長一段時間依然是載人航天領(lǐng)域一個重要的研究方向。1.2國際東北部的強化任務(wù)在載人航天的初期,無論是美國還是前蘇聯(lián)都沒有對航天員的心理問題給予足夠的重視。但是隨著載人航天的不斷深入,特別是空間站和載人登月等,由長期空間飛行或駐留帶來的航天員的社會心理問題日漸顯現(xiàn),已經(jīng)成為影響長期空間飛行任務(wù)能否順利實行至關(guān)重要的因素。在太空探測過程中,航天員將不得不忍受長時間的空間飛行,期間他們只能同由極少數(shù)人構(gòu)成的團隊相處,忍受包括同親友的長期分離、與地球的有限通信、隱私缺失等諸多因素的挑戰(zhàn)。這一問題如果不能得到很好的解決,將給航天員個人甚至整個集體帶來極大負(fù)面影響,進而給航天任務(wù)的完成帶來極大的潛在風(fēng)險。根據(jù)目前載人航天的實踐,航天員在長期的空間飛行過程中其心理狀態(tài)將經(jīng)過比較顯著的3個階段:1)在空間飛行的初期,航天員面臨的問題主要在適應(yīng)新的繁忙環(huán)境所帶來的精神緊張、睡眠紊亂和感覺改變等方面。這些現(xiàn)象往往只發(fā)生在那些身體狀態(tài)不良的人身上。2)隨著空間飛行的深入,航天員將逐漸出現(xiàn)所謂的“衰弱”綜合癥,主要表現(xiàn)為疲勞增加和活力下降。具體表現(xiàn)為睡眠質(zhì)量下降,精力得不到恢復(fù);言語遲鈍,經(jīng)常出現(xiàn)口誤、重復(fù)、措辭陳腐、句子結(jié)構(gòu)簡單等問題;操作錯誤概率增加;對外界刺激表現(xiàn)為不適當(dāng)?shù)倪^激情感性反應(yīng);對單調(diào)生活的耐受力下降。但這個階段的心理變化通常不影響他們完成主要目標(biāo),也不改變他們?nèi)粘９ぷ鞯男再|(zhì),主要體現(xiàn)為人際溝通的方式和范圍變窄,和對信息和人際方面產(chǎn)生過激情緒反應(yīng)傾向等。3)如果在出現(xiàn)上述問題后,沒有采取心理上的保障措施,航天員的“衰弱”將會在這一階段加劇。將表現(xiàn)為與地面人員或乘員之間的人際互動過于正式或敵意;具有易變的、不穩(wěn)定的心境和負(fù)性情感性反應(yīng);在人際關(guān)系發(fā)展上伴有強烈的維護自身地位和利益的傾向;交流中的主動性下降;人際關(guān)系刻板,堅持個人的情感性,對自身問題和人際互動細(xì)節(jié)的敏感性增加;不喜歡或抵制作息制度的改變;過分關(guān)心地面專家對自己的工作和健康狀況的評價;對將來工作程序的系統(tǒng)分析計劃、監(jiān)督具有強迫傾向,對今后的評價和討論也有強迫傾向。國際空間站為解決這一問題,采取了下述措施:空間站航天員之間需要通話,出艙活動需要通話,更需要與地面站的工作人員、家人溝通。為此,國際空間站為乘員配備上IP電視電話系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)可以與乘員通電話、開電話會議,也可以與地面的家人進行視頻通話。2實驗艙運行期間出現(xiàn)情況只有工作而沒有娛樂會使航天員的性情變得暴躁。在宇宙飛船或航天飛機、太空實驗室或空間站實驗艙運行期間,已經(jīng)出現(xiàn)過這種現(xiàn)象。乘員確實需要休閑。國際空間站為乘員配備了多媒體系統(tǒng),利用該系統(tǒng),航天員可以播放音樂、電視或點播流媒體電視,也可以上網(wǎng)和玩電子游戲、閱讀電子書籍或者給朋友發(fā)電子郵件或窗外看到的美麗太空圖片。3生產(chǎn)心理保障組為了保障航天員生理和心理的健康,國際空間站配備了遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng),利用該系統(tǒng),在地面上組織由航天醫(yī)生、心理學(xué)家、精神病專家組成的航天員生理心理保障組,負(fù)責(zé)對航天員的生理、心理和行為進行定期監(jiān)測、診斷和分析,并對各種心理和行為問題提供咨詢和提出解決辦法。因此,航天員所面臨的社會心理問題是長期載人航天飛行過程中必須面對的一個重要問題,直接關(guān)系空間飛行任務(wù)執(zhí)行的質(zhì)量。目前美國和俄羅斯等航天大國均在南極洲等地球上的極端環(huán)境當(dāng)中對航天員長期空間飛行過程中的心理和行為狀態(tài)進行模擬,力圖找出最適當(dāng)?shù)男袨楹退幚韺Σ?最終達(dá)到降低空間飛行的心理風(fēng)險的目的。1.3太空服的使用空間輻射是長期載人航天中必須面對的另一個重要問題。在宇宙空間當(dāng)中,由于失去了地球大氣和磁場的保護,太空中的星系輻射、太陽粒子輻射和地磁輻射的劑量大大超過了地球,對航天員的身體健康帶來極大的影響。到目前為止,距離深入理解太空輻射對航天員的健康所帶來的影響機理還有很大的距離。除了眾所周知的癌癥風(fēng)險之外,高強度的太空輻射還可能對中樞神經(jīng)系統(tǒng)帶來極大的損傷。另外,近來的研究發(fā)現(xiàn)太空輻射還可能對生殖細(xì)胞造成損傷,進而通過遺傳對后代的健康造成影響。目前,尤其是在艙外工作當(dāng)中,穿戴航天服是應(yīng)對空間輻射的唯一有效辦法,空間站上使用的太空服將使用宇宙飛船或航天飛機上的太空服的增強版。它們在以下方面經(jīng)過改進:1)內(nèi)部組件更易于更換;2)二氧化碳吸收筒可重復(fù)使用且可拆卸;3)采用金屬尺寸調(diào)整環(huán),可以針對不同使用者來調(diào)整太空服的大小;4)采用增強彈性和靈活性的新手套;5)無線電功能得到增強,具有更多頻道,可以多人同時交談;6)采用新的加熱器和冷卻系統(tǒng)關(guān)閉裝置(空間站上的太空行走者必須能夠適應(yīng)在較冷的陰影中工作;而航天飛機上的太空行走者可以在太陽下工作,這是因為航天飛機可以很輕松地轉(zhuǎn)向太陽光);7)安裝在頭盔內(nèi)的泛光燈和聚光燈;8)噴氣包,用于在緊急情況下使未拴掛到空間站的航天員(如果他將要飄離國際空間站)飛回空間站?？傮w來說,航天員在空間飛行中需要面臨復(fù)雜的環(huán)境風(fēng)險,對航天員的生活和健康保障也需要采取綜合措施,如圖1所示。2進行技術(shù)的進步是對重太空自然環(huán)境是無法改變的,因此為了改善和提高航天員太空生活的環(huán)境和條件,提高航天員的工作效率,改善航天員的生活質(zhì)量,只有通過技術(shù)的進步為航天員不斷地提供更加良好的艙內(nèi)和艙外活動的人工條件和設(shè)備設(shè)施。2.1可佩戴多媒體系統(tǒng)從工作角度來說,航天員在太空中的工作主要分為艙內(nèi)工作和艙外工作。艙內(nèi)工作主要是進行飛行器監(jiān)控和維護、開展各種科學(xué)實驗研究和進行太空生產(chǎn),需要經(jīng)常與乘員或地面指揮人員進行通話、電視電話或舉行會議;艙外工作主要是進行裝配維修、收放衛(wèi)星、工程技術(shù)實驗等,需要與指揮人員通話,發(fā)送艙外航天員自拍的視頻等。從生活娛樂角度說,為了放松航天員的身心,緩解疲勞和壓力,提高工作效率,需要為航天員配備合適的多媒體電子娛樂工具。在休閑或睡覺時,航天員可以播放音樂、電視,可以上網(wǎng)瀏覽網(wǎng)頁或點播流媒體電視,可以閱讀電子圖書或發(fā)送電子郵件以及自拍的太空圖片、玩電子游戲等。因此,為了滿足在空間站內(nèi)外環(huán)境下航天員工作和生活的要求,克服微重力的影響,研制了一種可穿戴多媒體系統(tǒng),該系統(tǒng)主要特點如下:1)具有電話、可視電話/會議等通信功能;支持音樂、電視媒體播放;支持網(wǎng)絡(luò)瀏覽和流媒體點播等功能。2)采用可穿戴式結(jié)構(gòu),由頭戴式攝像頭、耳麥、眼鏡式顯示器和腕式觸摸控制鍵盤組成,支持WiFi無線接入。3)該終端分為艙內(nèi)型、艙外型。4)地面配備相應(yīng)的多媒體網(wǎng)絡(luò)終端,主要支持可視電話等。航天員可穿戴多媒體系統(tǒng)框圖如圖2所示。該系統(tǒng)是保障空間站航天員工作、生活和娛樂的有效工具。和目前地面流行的筆記本式計算機、3G手機或iPhone/iPad相比,可穿戴型更適合空間站的使用,它最大的優(yōu)勢是不需要手持,從而大大解放了航天員的手。另外,采用液晶眼鏡顯示器,屏幕大、清晰度高,航天員娛樂休閑效果好。頭戴式攝像頭、耳麥,能保證航天員隨時隨地都可以接聽電話、參加會議和發(fā)送視頻給對方?？纱┐?也不需要固定的位置和特定的場合,人人都可配置,隨時隨地都可使用。2.2東北部綜合醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)模型空間站遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)是保障空間站航天員生理與心理健康的有效手段。在長期的空間飛行和空間站駐留當(dāng)中,需要由有經(jīng)驗的航天醫(yī)學(xué)專家、航天員心理學(xué)家組成一個航天員醫(yī)學(xué)和生理學(xué)健康保障小組,利用空間站配備的綜合遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng),定期進行航天員的生理和心理監(jiān)控檢查、訪問和治療;利用航天員醫(yī)學(xué)監(jiān)控數(shù)據(jù)系統(tǒng),實時記錄、分析從空間站發(fā)回的航天員的各種生理數(shù)據(jù)、電視圖像及通話內(nèi)容,與每名航天員平時基線數(shù)據(jù)、波動范圍和指標(biāo)的臨界標(biāo)準(zhǔn)相比較,從而判斷或預(yù)測這些變化的生理、病理意義,對航天員的身體狀態(tài)做出結(jié)論,決定航天員是否能繼續(xù)執(zhí)行飛行任務(wù),為航天員提供適當(dāng)?shù)尼t(yī)學(xué)監(jiān)護和醫(yī)學(xué)保障。為了保障長期飛行和駐留在空間站航天員的生理和心理健康,需要