我國航天醫(yī)學(xué)工程學(xué)發(fā)展歷程

我國航天醫(yī)學(xué)工程學(xué)發(fā)展歷程

196年4月12日之前，蘇聯(lián)的航空航天工程師加加林首次訪問了天空。人類登月夢想經(jīng)歷了47年的輝煌歷程，一個(gè)接一個(gè)地實(shí)現(xiàn)了向地球、向月球和建立空間站的歷史夢想。中國載人航天在奮力追趕世界先進(jìn)水平中隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展變化也走過了坎坷而獨(dú)特的發(fā)展歷程,取得了累累碩果,尤其是20世紀(jì)90年代初實(shí)施的載人航天工程取得了令世人矚目的輝煌成就。航天事業(yè)的發(fā)展極大地帶動與推進(jìn)了科學(xué)技術(shù)和學(xué)科體系的發(fā)展,我國40年的載人航天發(fā)展與實(shí)踐也催生和促進(jìn)了相關(guān)領(lǐng)域新學(xué)科和新技術(shù)的發(fā)展。其中一門綜合性新興學(xué)科——航天醫(yī)學(xué)工程學(xué)也應(yīng)運(yùn)而生,經(jīng)過40年的發(fā)展,形成了一套較為完整,特色鮮明的科學(xué)理論體系和工程實(shí)踐技術(shù),為我國載人航天的突破和發(fā)展做出了極其重要的貢獻(xiàn)。航天醫(yī)學(xué)工程學(xué)的形成與概念航天醫(yī)學(xué)工程學(xué)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用進(jìn)展航天醫(yī)學(xué)工程學(xué)科伴隨中國載人航天事業(yè)的發(fā)展歷程,經(jīng)歷了萌芽、初步形成、發(fā)展充實(shí)和日趨成熟4個(gè)發(fā)展階段。萌芽航天醫(yī)學(xué)工程學(xué)萌發(fā)于20世紀(jì)50年代末、60年代初,作為中國科學(xué)院、中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院和軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院相關(guān)專業(yè)的分支,開啟了空間科學(xué)探索的旅程。20世紀(jì)60年代,成功發(fā)射的系列生物探空火箭,將載有大鼠、小鼠、犬、果蠅及微生物菌種的生物艙送上73km高空,標(biāo)志著以載人飛行為目標(biāo)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)開始起步。初步形成1968年4月航天醫(yī)學(xué)工程研究所成立至20世紀(jì)90年代初,從宇宙醫(yī)學(xué)、空間物理學(xué)科集中整合,提出按照系統(tǒng)科學(xué)的思想,應(yīng)用系統(tǒng)工程的理論方法,統(tǒng)籌考慮航天員的安全、健康和工作能力,到“曙光”號任務(wù),返回式1型衛(wèi)星(FSW-1),CBS-1生物搭載艙實(shí)踐和國家“863”計(jì)劃航天領(lǐng)域設(shè)立的載人航天器環(huán)控生保及醫(yī)學(xué)防護(hù)技術(shù)預(yù)先研究,初步形成航天醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的基本脈絡(luò),促進(jìn)了飛船生命保障系統(tǒng)、航天員特殊環(huán)境因素選拔、航天環(huán)境醫(yī)學(xué)、工效學(xué)等工程應(yīng)用理論和模擬失重條件下人體生理效應(yīng)等航天醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究的發(fā)展。發(fā)展充實(shí)1992年國家載人航天工程的正式啟動,以明確的任務(wù)需求為牽引,航天醫(yī)學(xué)工程學(xué)得以快速發(fā)展。國內(nèi)開展了大量針對工程應(yīng)用的基礎(chǔ)性研究,充實(shí)和豐富了航天醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)理論成果,逐步形成了航天醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的總體框架。在充分吸收航天醫(yī)學(xué)、空間生命科學(xué)、環(huán)控生保工程技術(shù)的理論知識和工程技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上形成了以航天醫(yī)學(xué)、重力生理學(xué)、航天環(huán)境醫(yī)學(xué)、航天工效學(xué)、環(huán)境控制與生命保障工程技術(shù)(簡稱環(huán)控生保技術(shù))、航天食品工程技術(shù)為主要內(nèi)容的醫(yī)工結(jié)合理論和技術(shù)交叉融合的學(xué)科體系,突出體現(xiàn)了以航天員為中心的系統(tǒng)論和系統(tǒng)工程的原理。日趨成熟2003年“神舟”5號的首次載人飛行的實(shí)現(xiàn)使這一學(xué)科理論基礎(chǔ)得到實(shí)際工程的有效檢驗(yàn);2005年“神舟”6號多人多天的載人飛行任務(wù)的圓滿完成,我國航天員首次進(jìn)入軌道艙開展科學(xué)實(shí)驗(yàn),標(biāo)志著這一學(xué)科日趨成熟。進(jìn)入我國載人航天“三步走”第二步戰(zhàn)略發(fā)展階段后,在系統(tǒng)歸納總結(jié)載人航天第一步發(fā)展經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步梳理、整合、凝煉出了航天醫(yī)學(xué)工程學(xué)的概念、內(nèi)涵、特征,學(xué)科體系更加豐富完善。從理論研究到學(xué)科問題的研究,從總體上看是航天醫(yī)學(xué)工程航天醫(yī)學(xué)工程學(xué)概念與學(xué)科構(gòu)成航天醫(yī)學(xué)工程學(xué)是以載人航天任務(wù)為背景,適應(yīng)載人航天發(fā)展需要而形成和建立起來的一門醫(yī)工結(jié)合、多學(xué)科交叉集成的綜合性應(yīng)用學(xué)科。它以系統(tǒng)論為指導(dǎo),利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù),研究載人航天活動對人體的影響及其特征規(guī)律,研制可靠的工程對抗防護(hù)措施,設(shè)計(jì)和創(chuàng)造合理的人機(jī)環(huán)境,尋求載人航天系統(tǒng)中人(航天員/載荷專家)、機(jī)(載人航天器及運(yùn)載器)和環(huán)境(航天環(huán)境和飛行器內(nèi)環(huán)境)之間的優(yōu)化組合,確保航天活動中航天員的安全、健康和高效工作。它既源于航天醫(yī)學(xué)、空間生命科學(xué)、環(huán)控生保工程等學(xué)科基礎(chǔ),又具有鮮明的自身特色——凸現(xiàn)學(xué)科間的交叉融合和明確的飛行任務(wù)應(yīng)用背景。其學(xué)科構(gòu)成見圖1。航天醫(yī)學(xué)工程學(xué)體系框架航天醫(yī)學(xué)工程學(xué)科以人為中心,以實(shí)現(xiàn)載人航天任務(wù)中航天員的安全、健康和高效工作的需求為目標(biāo),在明確的任務(wù)驅(qū)動牽引下,遵循應(yīng)用基礎(chǔ)研究、應(yīng)用技術(shù)攻關(guān)、應(yīng)用技術(shù)工程化實(shí)踐的發(fā)展規(guī)律,綜合集成生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、電子學(xué)、機(jī)械工程等多學(xué)科知識、理論和技術(shù),通過醫(yī)學(xué)工程技術(shù)的交叉融合,形成了以確保航天員安全、維護(hù)航天員健康、提高航天員工作能力為主體的實(shí)施體系,構(gòu)成了交叉、綜合具有鮮明系統(tǒng)工程特征的新型學(xué)科體系(圖2)。以安全、健康和高效工作為目標(biāo)牽引的3大體系存在著相互影響、相互支撐的內(nèi)在聯(lián)系。確保航天員的安全是保障航天員健康飛行和高效工作的基礎(chǔ),逐步發(fā)展的維護(hù)航天員健康的醫(yī)學(xué)措施不斷對環(huán)控生保和航天服的實(shí)現(xiàn)又提出新的設(shè)計(jì)要求,不斷增加的任務(wù)負(fù)荷和飛行周期又會對航天員健康與訓(xùn)練提出了更高的要求。航天醫(yī)學(xué)工程學(xué)的研究進(jìn)展航天醫(yī)學(xué)工程學(xué)理論基礎(chǔ)和技術(shù)體系在預(yù)先研究的學(xué)術(shù)成果的積累提煉及工程型號任務(wù)的強(qiáng)有力驅(qū)動下,逐步完了成從理論預(yù)研到承擔(dān)型號任務(wù)的過渡,構(gòu)成了載人航天工程的重要支撐。國家載人航天工程一經(jīng)啟動,航天醫(yī)學(xué)工程學(xué)在長期預(yù)先研究所獲得成果的基礎(chǔ)上形成了航天員系統(tǒng)和飛船系統(tǒng)環(huán)境控制與生命保障分系統(tǒng)這兩個(gè)最具載人特色的工程型號系統(tǒng),在載人航天型號研制中發(fā)揮極其重要的作用。與此同時(shí),在載人航天實(shí)踐中,形成發(fā)展了航天員選拔訓(xùn)練技術(shù)、航天員醫(yī)監(jiān)醫(yī)保技術(shù)、環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)技術(shù)、航天服技術(shù)、載人航天環(huán)境模擬技術(shù)、載人航天生物醫(yī)學(xué)信息技術(shù)、航天食品工程技術(shù)等工程應(yīng)用技術(shù),不僅為確保載人航天任務(wù)的圓滿完成發(fā)揮了重要作用,也從工程應(yīng)用角度豐富了航天醫(yī)學(xué)工程學(xué)的學(xué)科體系和內(nèi)容。航天醫(yī)學(xué)工程學(xué)的發(fā)展充分體現(xiàn)了“任務(wù)帶學(xué)科,學(xué)科促任務(wù)”的指導(dǎo)思想,本部分將沿著航天醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基本體系框架,介紹航天醫(yī)學(xué)工程學(xué)的研究進(jìn)展及其對我國載人航天工程的重要貢獻(xiàn)。航天重力生理學(xué)與航天細(xì)胞分子生物學(xué)針對航天飛行中影響航天員健康的醫(yī)學(xué)問題,通過重力生理學(xué)、航天細(xì)胞分子生物學(xué)等航天基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的前期預(yù)研,構(gòu)成航天實(shí)施醫(yī)學(xué)應(yīng)用相關(guān)防護(hù)措施的依據(jù)和技術(shù)。伴隨我國載人航天實(shí)踐,航天基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究經(jīng)歷了生理現(xiàn)象觀察到細(xì)胞分子機(jī)理探討,從對抗防護(hù)措施理論研究到航天任務(wù)實(shí)際應(yīng)用,從地基模擬模型到天基實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)的三大飛躍。早在20世紀(jì)70年代,在“曙光”號任務(wù)中,正式開始了以航天醫(yī)學(xué)問題為目標(biāo)的航天醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究,主要研究了超重對心血管神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用。隨后伴隨“863”項(xiàng)目和載人航天工程的正式啟動,航天醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究不斷系統(tǒng)化、深入化。以大鼠、小鼠和家兔為對象,建立了限動和尾吊動物模型;以心血管、骨骼、免疫、肌肉系統(tǒng)生理變化為重點(diǎn),進(jìn)行了大量模擬失重對壓力感受器反射功能、腎功能、血管和細(xì)胞外液、血液流變性的影響研究。提出了改變失重或模擬失重狀態(tài)下的血液分布,調(diào)整對壓力感受器的刺激,可能是預(yù)防心血管失調(diào)的有效方法。研究了不同懸吊時(shí)間對大鼠椎骨骨質(zhì)和生物力學(xué)特性的影響。模擬失重、噪聲、輻射等復(fù)合環(huán)境因素可顯著降低小鼠免疫功能。利用7d、14d短期臥床實(shí)驗(yàn),觀察了臥床前后的立位耐力、壓力感受性反射功能、內(nèi)分泌水平等的改變。在著重研究了模擬失重條件下機(jī)體各系統(tǒng)適應(yīng)變化過程中,發(fā)現(xiàn)不同臥床時(shí)間中的機(jī)體各生理功能的不同反應(yīng)變化特征,下肢血管順應(yīng)性變化是立位耐力下降的重要影響因素等觀點(diǎn)。90年代后期,失重生理效應(yīng)的研究從早期的現(xiàn)象觀察發(fā)展為深入的機(jī)制探討。從細(xì)胞分子水平開展了航天醫(yī)學(xué)問題發(fā)生、發(fā)展的機(jī)理研究,通過以成骨細(xì)胞和心肌細(xì)胞為突破口的系統(tǒng)研究,提出重力敏感系統(tǒng)——細(xì)胞骨架系統(tǒng)中的分子表達(dá)與調(diào)控是進(jìn)行航天醫(yī)學(xué)防護(hù)的關(guān)注焦點(diǎn)的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)。1999年通過國際合作,在PHOTON生物衛(wèi)星上成功進(jìn)行了成骨細(xì)胞空間飛行實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了中藥復(fù)方可通過穩(wěn)定細(xì)胞骨架對抗微重力效應(yīng)的論點(diǎn)。2005年,通過“神舟”6號任務(wù),在國際上率先實(shí)現(xiàn)了空間飛行條件下心肌細(xì)胞實(shí)時(shí)研究,首次發(fā)現(xiàn)心肌細(xì)胞微絲與微管骨架對空間飛行的響應(yīng)方式和敏感度不同:微管對空間飛行條件更加敏感,發(fā)生解聚性變化;而微絲骨架保持了結(jié)構(gòu)與分布的相對完整性,為進(jìn)一步開展空間心血管功能紊亂的機(jī)理與防護(hù)對抗措施研究提供了細(xì)胞學(xué)依據(jù)。在防護(hù)措施上,研究了丹參、黃芪、刺五加、川芎、熟地、人參地上甙、西洋參、山楂、杜仲、人參根、銀杏葉、生地等中藥合劑對尾吊大鼠血粘度、紅細(xì)胞變形性、纖維蛋白原含量、血細(xì)胞壓積、紅細(xì)胞形態(tài)、肌肉重量、肌纖維類型和面積的影響,發(fā)現(xiàn)中藥合劑能有效改善血液流變學(xué)變化和肌肉萎縮,提高尾吊大鼠的細(xì)胞免疫功能。使大鼠心肌SDH活性減弱,ATP酶活性明顯降低,能耗減少。中藥具有對抗模擬失重引起的“脾氣虛”的效應(yīng)。探討了藥物、力刺激、磁場、生物工程技術(shù)等方法對失重導(dǎo)致的心血管、骨骼、肌肉、免疫功能等系統(tǒng)的防護(hù)對抗作用[12,13,14,15,16,17]。開展了重點(diǎn)針對空間運(yùn)動病、減壓病和立位耐力下降3大醫(yī)學(xué)問題研究,采取了藥物、適應(yīng)性訓(xùn)練與物理預(yù)防相結(jié)合的綜合防護(hù)措施。剛剛完成的我國首次60d頭低位人體臥床實(shí)驗(yàn)(“地星”1號),是交會對接任務(wù)中的一次綜合性大型醫(yī)學(xué)國際合作實(shí)驗(yàn)。初步驗(yàn)證了失重生理效應(yīng)防護(hù)措施的有效性,檢驗(yàn)空間醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)的可行性,積累中長期模擬失重導(dǎo)致的人體生理、心理變化特征等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在交會對接任務(wù)階段,將驗(yàn)證利用運(yùn)動、人工負(fù)荷、藥物進(jìn)行多因素、多途徑綜合防護(hù),協(xié)同對抗的總體構(gòu)想。形成了針對不同飛行時(shí)間、不同任務(wù)特點(diǎn)防護(hù)對抗措施:在短期飛行中,以補(bǔ)充體液為對抗立位耐力下降主要方法,在中短期飛行中必須增加運(yùn)動鍛煉、力學(xué)負(fù)荷、力學(xué)刺激等對抗防護(hù)措施。伴隨理論研究的不斷深入,具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的醫(yī)學(xué)細(xì)胞學(xué)天、地基實(shí)驗(yàn)技術(shù)體系和平臺也逐漸得以建立完善,構(gòu)建了系統(tǒng)設(shè)計(jì)性強(qiáng),天、地基配套性好的航天醫(yī)學(xué)細(xì)胞學(xué)空間實(shí)驗(yàn)技術(shù)平臺,形成了一系列包括人體臥床、大鼠尾吊、動態(tài)回轉(zhuǎn)、視動刺激的具有航天醫(yī)學(xué)特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃脱芯糠椒?研制了擁有國際先進(jìn)技術(shù)和設(shè)計(jì)理念的微重力效應(yīng)與超重效應(yīng)平臺,具備模擬航天特殊環(huán)境和實(shí)時(shí)空間飛行條件下進(jìn)行人體、動物、細(xì)胞、分子生物學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)條件和技術(shù)力量。建立了具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的醫(yī)學(xué)細(xì)胞學(xué)空間實(shí)驗(yàn)技術(shù)體系,實(shí)現(xiàn)了我國航天醫(yī)學(xué)從地基研究到空間實(shí)驗(yàn)的突破。航天環(huán)境醫(yī)學(xué)與航天工效學(xué)航天環(huán)境醫(yī)學(xué)的主要任務(wù)是開展航天環(huán)境有害因素(低壓缺氧、艙內(nèi)污染物、高低溫、振動、噪聲、電離輻射和非電離輻射等)的人體效應(yīng)及其防護(hù)研究,制定環(huán)境醫(yī)學(xué)標(biāo)準(zhǔn),提出艙內(nèi)環(huán)境工程設(shè)計(jì)的醫(yī)學(xué)要求,開展醫(yī)學(xué)評價(jià)。伴隨我國載人航天預(yù)研、“曙光”號任務(wù)、人-機(jī)-環(huán)境研究、和國家載人航天工程任務(wù)的發(fā)展與實(shí)施,提出制定了飛船工程設(shè)計(jì)的醫(yī)學(xué)要求的指導(dǎo)思想和原則;建立了載人飛船工程設(shè)計(jì)的醫(yī)學(xué)要求,提出大氣環(huán)境、溫度、濕度、有害氣體、力學(xué)環(huán)境、沖擊、噪聲等醫(yī)學(xué)要求的系列國家標(biāo)準(zhǔn);制定的《飛船乘員艙大氣環(huán)境控制工程設(shè)計(jì)的醫(yī)學(xué)要求》成為我國載人飛船工程設(shè)計(jì)依據(jù)。完成了系列“神舟”任務(wù)中載人飛船乘員艙環(huán)境的醫(yī)學(xué)評價(jià),為后續(xù)任務(wù)中載人航天器的工程設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。特別是針對首次載人飛行試驗(yàn)的環(huán)境醫(yī)學(xué)問題和“神舟”6號飛行任務(wù)的新增項(xiàng)目,增加了艙內(nèi)有害氣體、振動和能量物質(zhì)代謝等評價(jià)內(nèi)容;充實(shí)發(fā)展了我國載人航天環(huán)境醫(yī)學(xué)的理論和醫(yī)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。充分體現(xiàn)人的因素的航天工效學(xué)經(jīng)歷了從重視機(jī)器性能到以航天員為中心的動態(tài)發(fā)展歷程。建立了航天員人體尺寸測量數(shù)據(jù)庫、覆蓋艙內(nèi)布局、人工控制、顯示照明、報(bào)警設(shè)計(jì)等等內(nèi)容的工效學(xué)評價(jià)要求、體系和評價(jià)方法,將設(shè)計(jì)評價(jià)、計(jì)算機(jī)模型評價(jià)、主觀評價(jià)、特性測試評價(jià)相結(jié)合,并在工程實(shí)踐中提出工效學(xué)評價(jià)與工程設(shè)計(jì)同步、與工程研制并行的先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想,及時(shí)糾正了工程設(shè)計(jì)中存在的缺陷與隱患,提出了明確的工效學(xué)要求,圓滿完成了載人飛行器的工效學(xué)要求與評價(jià)任務(wù),確保了“神舟”5號、6號飛行任務(wù)中航天員的高效工作。航天員選拔訓(xùn)練、航天員心理學(xué)與航天實(shí)施醫(yī)學(xué)以教育訓(xùn)練學(xué)原理為基礎(chǔ)的航天員選拔訓(xùn)練技術(shù)與理論,以面向應(yīng)用為目標(biāo)的航天心理學(xué)以及以醫(yī)學(xué)選拔、醫(yī)監(jiān)醫(yī)保為主要研究內(nèi)容的航天實(shí)施醫(yī)學(xué)3個(gè)學(xué)科方向在學(xué)科發(fā)展中相互交融,在工作實(shí)踐中密切配合,緊緊圍繞航天員選拔訓(xùn)練和醫(yī)監(jiān)醫(yī)保實(shí)施的主線,確保航天員以良好的身體素質(zhì)、心理素質(zhì)和專業(yè)技能園滿完成飛行任務(wù)。“神舟”5號、6號任務(wù)的圓滿完成向世界展示了中國航天員的風(fēng)貌,標(biāo)志著我國已成為繼俄羅斯和美國之后擁有系統(tǒng)、完善的航天員選拔、訓(xùn)練體系的國家。我國的航天員選拔訓(xùn)練起步于“曙光”號任務(wù),針對性地開展了航天員的醫(yī)學(xué)和特因選拔、失重飛機(jī)選拔、倒立位模擬失重、電動轉(zhuǎn)椅實(shí)驗(yàn)等基礎(chǔ)工作。1992年載人航天工程項(xiàng)目啟動至1997年第一批預(yù)備航天員產(chǎn)生,針對航天員的選拔訓(xùn)練方法、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了一系列預(yù)先研究,完成了2名航天員教員的選拔和培訓(xùn)。伴隨著“神舟”5號的任務(wù)準(zhǔn)備,形成了適合中國國情的航天員選拔訓(xùn)練體系、標(biāo)準(zhǔn)、程序和方法。堅(jiān)持多維一體的系統(tǒng)性、循序探索出漸進(jìn)性原則,遵循知識掌握和技能形成規(guī)律,科學(xué)統(tǒng)籌安排的指導(dǎo)思想,建立了包括基礎(chǔ)理論、體質(zhì)訓(xùn)練、航天環(huán)境適應(yīng)性訓(xùn)練、心理訓(xùn)練、專業(yè)技術(shù)訓(xùn)練、飛行程序與任務(wù)模擬訓(xùn)練、救生訓(xùn)練及大型聯(lián)合演練等內(nèi)容的訓(xùn)練理論和胸背向超重對抗技術(shù)、飛行程序與任務(wù)模擬訓(xùn)練技術(shù)、心理放松與表象訓(xùn)練技術(shù)等科學(xué)有效的航天員專項(xiàng)訓(xùn)練技術(shù);探索出科學(xué)有效的實(shí)施模式,確保航天員訓(xùn)練零損傷、零事故?！吧裰邸?號任務(wù)中創(chuàng)建了執(zhí)行載人航天飛行任務(wù)航天員乘組的選拔技術(shù)體系,研發(fā)了乘組選拔評價(jià)的輔助決策支持系統(tǒng),提出了飛行乘組相容性和協(xié)同配合能力的訓(xùn)練方法,有效提升了乘組的工作效能。為“神舟”5號、6號任務(wù)訓(xùn)練選拔出優(yōu)秀出色的飛行乘組,圓滿完成了“神舟”5號、6號飛行任務(wù)。航天員醫(yī)監(jiān)醫(yī)保的主要任務(wù)是根據(jù)不同的任務(wù)特點(diǎn),實(shí)施飛行前、中、后和日常工作中的醫(yī)學(xué)監(jiān)督與醫(yī)學(xué)保障,確保航天員飛行中的健康。并通過航天生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)的突破與實(shí)現(xiàn),為飛行航天員健康監(jiān)測提供裝備設(shè)施。航天員醫(yī)監(jiān)醫(yī)保源于軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院宇宙醫(yī)學(xué)研究所醫(yī)學(xué)保障室。在“曙光”號任務(wù)期間,主要任務(wù)是保障被試者在實(shí)驗(yàn)中的安全,負(fù)責(zé)航天醫(yī)學(xué)工程研究實(shí)驗(yàn)中被試者的日常醫(yī)監(jiān)醫(yī)保。無論從組織結(jié)構(gòu)設(shè)置、醫(yī)護(hù)裝備配置都相對簡單。載人航天工程啟動后,特別是“神舟”5號、6號的兩次載人飛行,促進(jìn)了航天員醫(yī)監(jiān)醫(yī)保技術(shù)的快速發(fā)展和完善,形成了明確的任務(wù)目標(biāo)體系:即通過全面監(jiān)測、分析、評估航天員個(gè)體及群體健康狀況,實(shí)施醫(yī)學(xué)保障,預(yù)防和消除不良因素對航天員健康的影響,維護(hù)航天員身心健康;重點(diǎn)強(qiáng)化航天員訓(xùn)練期及航天前、中、后的醫(yī)學(xué)監(jiān)督與醫(yī)學(xué)保障,使之適應(yīng)于航天特殊環(huán)境因素的訓(xùn)練和航天飛行;建立各類航天員(指令長、飛行工程師)的醫(yī)學(xué)選拔方法和標(biāo)準(zhǔn),對預(yù)備航天員進(jìn)行醫(yī)學(xué)選拔和航天飛行過程中的醫(yī)學(xué)救援。發(fā)展建立了具有中國特色的健康維護(hù)體系,提出了“預(yù)防性原則、實(shí)時(shí)性原則及預(yù)見性原則”的健康保障原則;將中醫(yī)藥理論、方法與航天醫(yī)學(xué)相結(jié)合,創(chuàng)立了特色的航天員個(gè)體化診療方法,確保了飛行任務(wù)中的航天員健康。優(yōu)化了航天員航天生理功能檢查方法,確定了航天員個(gè)體生理參數(shù)在各種條件下的極值范圍,建立了適合中國航天員的航天生理功能評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系,為航天實(shí)時(shí)醫(yī)監(jiān)提供了客觀依據(jù)。繼“神舟”5號首次“1人1天”載人飛行任務(wù)后,又突破了“多人多天”在軌的航天員醫(yī)學(xué)健康保障技術(shù)和飛行后航天員健康康復(fù)技術(shù)。針對短期在軌飛行特點(diǎn),以恢復(fù)體液平衡和重力再適應(yīng)為重點(diǎn),對飛行后乘組實(shí)施了運(yùn)動療法、中藥調(diào)理、推拿按摩等醫(yī)學(xué)康復(fù)治療;“神舟”6號飛行任務(wù)證明飛行乘組心理、生理狀態(tài)良好,心率穩(wěn)定,遙測心電正常,體溫及血壓正常,無醫(yī)學(xué)病癥發(fā)生,較快地適應(yīng)了失重狀態(tài),醫(yī)學(xué)保障措施科學(xué)有效。確保了“多人多天”飛行任務(wù)中的航天員健康和及時(shí)恢復(fù),對航天員安全高效地執(zhí)行飛行任務(wù)做出了重要貢獻(xiàn)。創(chuàng)造性地將航天醫(yī)學(xué)理論與中醫(yī)藥研究有機(jī)結(jié)合。以航天員訓(xùn)練、飛行和返回地面不同階段身體各系統(tǒng)生理適應(yīng)反應(yīng)有關(guān)資料為依據(jù),對我國航天員、被試者在模擬航天不同時(shí)期的機(jī)體反應(yīng)態(tài)進(jìn)行中醫(yī)辨證分型。發(fā)揚(yáng)中醫(yī)治未病思想,強(qiáng)調(diào)預(yù)防為主、寓治于防、強(qiáng)身固本;初步形成了載人航天不同時(shí)期中醫(yī)藥防治理論,建立了具有中國特色和自主知識產(chǎn)權(quán)的中西醫(yī)結(jié)合的短期飛行航天員健康保障體系。航天營養(yǎng)與食品工程航天營養(yǎng)與食品工程是確保航天員健康的重要。經(jīng)過40年的努力,初步形成了以航天營養(yǎng)代謝研究為基礎(chǔ)、以航天食品質(zhì)量與安全管理體系為手段、以船載航天食品研制為目的的具有典型醫(yī)工結(jié)合特色的研究體系。航天營養(yǎng)研究從20世紀(jì)70年代“曙光”號航天計(jì)劃時(shí)起步,研制出我國第一代航天食品,以此在地面進(jìn)行了大量模擬失重動物實(shí)驗(yàn)和人體實(shí)驗(yàn),進(jìn)行了營養(yǎng)代謝和能量代謝測試,積累了第一手資料,為后續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。載人航天工程啟動后,在短短的10余年間,形成了航天員地面訓(xùn)練期間、飛行前、飛行中及返回后康復(fù)期膳食營養(yǎng)指導(dǎo)與評價(jià)體系,完善了航天飛行營養(yǎng)素供給量標(biāo)準(zhǔn)的研究方法,形成了系列標(biāo)準(zhǔn),為大型地面臥床實(shí)驗(yàn)、密閉艙實(shí)驗(yàn)及“神舟”5號、6號航天食品的研制提供了科學(xué)依據(jù)。航天食品研究隨載人航天工程的啟動而進(jìn)入了飛速發(fā)展時(shí)期,經(jīng)過從無到有、從單一到復(fù)雜、從供給標(biāo)準(zhǔn)到口味豐富的發(fā)展歷程。突破了短期載人飛行航天食品及包裝自主研制的工程技術(shù),建立了航天食品研制技術(shù)平臺和人才隊(duì)伍,形成了包括航天食品標(biāo)準(zhǔn)體系、過程控制、分析檢測與風(fēng)險(xiǎn)評估方法在內(nèi)的航天食品質(zhì)量管理與安全控制體系。研制出了六大類上百個(gè)具有中國飲食文化特色的航天食品,實(shí)現(xiàn)了“安全、營養(yǎng)、方便、多樣”的目標(biāo),保障航天員圓滿完成了兩次航天飛行任務(wù)。形成了以銀離子制備、檢測和消毒等成套的航天飲水制備技術(shù)。航天生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)航天生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)是實(shí)施航天員醫(yī)監(jiān)醫(yī)保的重要技術(shù)支撐。通過研制的一系列醫(yī)監(jiān)裝備,確保航天飛行和地面試驗(yàn)中人體生理信息準(zhǔn)確提取與及時(shí)傳輸,是醫(yī)監(jiān)決策必備的支撐裝備。這涉及生物醫(yī)學(xué)傳感器技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)信號測量與處理技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)信號遙測技術(shù)等。從我國第一只上天小狗的心電、呼吸、心率和血壓等生理指標(biāo)的記錄,到國家“七五”攻關(guān)項(xiàng)目研制的心電電極、呼吸傳感器、體溫傳感器、血壓測量傳感器,為解決載人航天飛行任務(wù)中生物醫(yī)學(xué)傳感器技術(shù)難題奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。在“神舟”1~4號無人飛行任務(wù)中,突破了飛船擬人載荷技術(shù),解決了失重條件下模擬航天員的耗氧和產(chǎn)熱等難題,為環(huán)控生保系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)和研制提供了重要參數(shù)。在“神舟”5號、6號任務(wù)中又不斷攻克了心電、呼吸、體溫和血壓在軌測量等關(guān)鍵技術(shù),解決了航天員的生理信號監(jiān)測問題。在生理信號傳輸中建立了嵌入式心率提取算法,首次采用了雙口RAM、FIFO等技術(shù)解決了多CPU之間的協(xié)調(diào)技術(shù)難題,研制的醫(yī)監(jiān)決策支持系統(tǒng)采用數(shù)字濾波、小波分析等數(shù)字信號處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了航天員心電、呼吸信號的智能化處理。在新型電子設(shè)備研制中,以DSP技術(shù)替代了單片機(jī),成功實(shí)現(xiàn)了生理信號放大器的小型化,解決純氧環(huán)境下使用的安全性和信號的無線傳輸?shù)燃夹g(shù)難題。根據(jù)中長期航天員在軌飛行健康監(jiān)測的醫(yī)學(xué)需求,積極開展了連續(xù)血壓、無創(chuàng)心功能、無創(chuàng)肺功能測量等關(guān)鍵技術(shù)研究,為后續(xù)任務(wù)進(jìn)行充分的技術(shù)儲備。環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)技術(shù)環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)技術(shù)是載人航天工程中最具有“載人”特征的關(guān)鍵技術(shù)之一,也是載人航天的標(biāo)志性技術(shù),直接關(guān)系到航天員的生命安全。環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)依其工作原理分為非再生式、物理化學(xué)再生式和受控生態(tài)再生式3類。非再生式環(huán)控生保技術(shù)是我國載人航天領(lǐng)域開展較早的預(yù)研項(xiàng)目,在“曙光”號任務(wù)中就開展了飛船環(huán)控生保系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、供氣調(diào)壓、通風(fēng)凈化、溫濕度控制、水管理以及特種航天傳感器等關(guān)鍵技術(shù)研究。20世紀(jì)80年代和90年代初在衛(wèi)星上進(jìn)行了部分關(guān)鍵技術(shù)的飛行試驗(yàn)驗(yàn)證和研究,其中包括返回式1型衛(wèi)星密閉艙壓力控制系統(tǒng)和生物搭載實(shí)驗(yàn)艙等。生物搭載實(shí)驗(yàn)艙系統(tǒng)是一個(gè)用動物(小白鼠)進(jìn)行空間飛行試驗(yàn)驗(yàn)證的功能完整的小型環(huán)控生保系統(tǒng),于1990年10月5日~13日經(jīng)過8d的軌道飛行后隨衛(wèi)星安全返回地面。飛行過程中實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)的大氣壓力、溫濕度、CO2濃度等參數(shù)均符合設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。20世紀(jì)90年代以后,在“863”預(yù)研項(xiàng)目的支持下,尤其是通過“神舟”1~6號飛船環(huán)控生保系統(tǒng)的研制,突破并掌握了座艙供氣調(diào)壓、通風(fēng)凈化、溫濕度控制、微重力環(huán)境下氣液分離和液體管理、測量控制、壓力應(yīng)急狀態(tài)下生命保障、火煙探測及滅火、航天員在軌生活保障等關(guān)鍵技術(shù),確保了載人飛船密閉艙內(nèi)適宜的生存環(huán)境和必要的生活支持條件,為實(shí)現(xiàn)我國載人航天工程從無人飛行試驗(yàn)到載人航天飛行、從“1人1天”飛行到“多人多天”飛行的跨越奠定了基礎(chǔ)。根據(jù)載人航天計(jì)劃,開展了關(guān)鍵技術(shù)研究并獲得突破性進(jìn)展。物理化學(xué)再生式環(huán)控生保技術(shù)是發(fā)展空間站應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。在“863”預(yù)研項(xiàng)目的長期支持下,目前已經(jīng)形成了以空間站應(yīng)用為目標(biāo)、以物理化學(xué)再生式技術(shù)為核心的完整的環(huán)控生保系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)和研制體系,建立了模擬空間站密閉艙的再生式環(huán)控生保系統(tǒng)技術(shù)試驗(yàn)平臺,并首次在其中進(jìn)行了“3人62天”連續(xù)的以再生生保技術(shù)為主的系統(tǒng)集成試驗(yàn)。試驗(yàn)中再生生保系統(tǒng)提供了3人100%氧的需要,32%的飲用水和全部的衛(wèi)生用水。通過試驗(yàn),驗(yàn)證了物理化學(xué)再生式環(huán)控生保系統(tǒng)的核心技術(shù)、掌握了系統(tǒng)集成技術(shù)、系統(tǒng)運(yùn)行流程及規(guī)律,初步獲取了指導(dǎo)我國未來空間站環(huán)控生保系統(tǒng)設(shè)計(jì)、研制的若干總體性指標(biāo),如功耗、體積、重量、熱管理參數(shù)、信息交換量等,為空間站環(huán)控生保系統(tǒng)的研制奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。受控生態(tài)生命保障系統(tǒng)是實(shí)施未來深空探測和月球/火星基地等長期載人航天計(jì)劃所必不可少的重要系統(tǒng)。世界各航天大國均在該領(lǐng)域投入了大量的人力和物力,競相開展相關(guān)研究。20世紀(jì)90年代以來,我國已在受控生態(tài)生保系統(tǒng)的概念構(gòu)型、系統(tǒng)配置、植物篩選培養(yǎng)、藻類培養(yǎng)、廢物處理與循環(huán)利用等方面開展了大量的基礎(chǔ)性研究。研制了受控生態(tài)生保技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等大型試驗(yàn)研究設(shè)備,篩選出小麥、生菜等若干種受控生態(tài)生保系統(tǒng)候選植物,初步摸索了1人對維生素、氧氣、飲用水的需求量與植物栽培面積之間的對應(yīng)關(guān)系,下一步將在此基礎(chǔ)上開展受控生態(tài)生保系統(tǒng)整合試驗(yàn)研究。在進(jìn)行基礎(chǔ)性研究的同時(shí),開展了受控生態(tài)生保系統(tǒng)空間搭載驗(yàn)證試驗(yàn)的相關(guān)研究工作,先后研制出空間植物栽培裝置、空間微生物廢物處理裝置和空間微藻光生物反應(yīng)器等地面試驗(yàn)樣機(jī),并進(jìn)行了全面的地基試驗(yàn)驗(yàn)證,為后續(xù)天基試驗(yàn)產(chǎn)品的研制奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。航天服工程航天服是載人航天活動所必需的個(gè)人防護(hù)和作業(yè)保障關(guān)鍵系統(tǒng)。根據(jù)功能劃分,有艙內(nèi)航天服和艙外航天服兩類系統(tǒng):艙內(nèi)航天服的主要功能是在飛船座艙壓力應(yīng)急時(shí)為航天員提供嚴(yán)重缺氧和減壓的防護(hù)保障;艙外航天服主要功能是為在極端嚴(yán)酷的空間環(huán)境下進(jìn)行出艙作業(yè)的航天員提供良好的生存防護(hù)和任務(wù)必須的工作能力保障。我國“曙光”號計(jì)劃中就開始進(jìn)行用于載人飛行的艙內(nèi)航天服研制,由于工程項(xiàng)目終止而未能完成。1992年開始根據(jù)我國載人航天工程要求,研制用于飛船壓力應(yīng)急使用的艙內(nèi)航天服系統(tǒng)。我國艙內(nèi)航天服為一體軟式全壓服結(jié)構(gòu),系統(tǒng)具有良好的氣密性能,可靠的壓力控制和維持能力,良好的操作活動性能和適度的體型適應(yīng)調(diào)節(jié)功能,適應(yīng)人體生理要求的通風(fēng)供氧分配能力,良好的視覺保障性能。系統(tǒng)能夠根據(jù)人體在航天座椅中長時(shí)間束縛的耐受性要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)形態(tài)調(diào)節(jié)和控制,保證了較長時(shí)間壓力應(yīng)急的耐受安全性要求。與航天服配套的通信頭戴裝置為航天員提供了著服狀態(tài)下的天地語音通信功能,具有高噪聲防護(hù)功能和高噪聲環(huán)境下語音通信性能。艙內(nèi)航天服技術(shù)上達(dá)到了國際在用系統(tǒng)的先進(jìn)水平。艙外航天服是航天員進(jìn)入開放的宇宙空間進(jìn)行作業(yè)的關(guān)鍵保障和支持系統(tǒng)。它需要具備良好的空間環(huán)境綜合防護(hù)能力,其關(guān)節(jié)系統(tǒng)在預(yù)定的壓力制度下應(yīng)提供比艙內(nèi)航天服更好更全面活動性能,具有脫離母船獨(dú)立工作時(shí)的人體熱平衡控制、氧氣供給和壓力調(diào)控、服內(nèi)微大氣環(huán)境的通風(fēng)凈化等環(huán)境控制和生命保障功能,以及在主要系統(tǒng)故障情況下的保障應(yīng)急供氧能力,保障艙外活動時(shí)的遙測通信能力。根據(jù)我國載人航天發(fā)展規(guī)劃,在“863”項(xiàng)目的支持下,1998年開始進(jìn)行出艙活動航天服關(guān)鍵技術(shù)研究。在艙內(nèi)航天服、座艙環(huán)控生保研制的技術(shù)基礎(chǔ)上,跟蹤國際上先進(jìn)艙外服技術(shù)發(fā)展,先后開展并完成了航天服熱防護(hù)技術(shù)、關(guān)節(jié)和氣密軸承技術(shù)、水升華器冷源技術(shù)、外層防護(hù)材料復(fù)合織造技術(shù)、艙外服總體方案等關(guān)鍵技術(shù)項(xiàng)目研究,取得了多項(xiàng)突破性成果。為我國艙外航天服工程研制奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。航天環(huán)境模擬試驗(yàn)及飛行訓(xùn)練仿真技術(shù)航天環(huán)境模擬試驗(yàn)技術(shù)主要是通過在地面建立模擬空間和飛行動力學(xué)環(huán)境的設(shè)備設(shè)施為航天員選拔訓(xùn)練和醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)及工程產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)的獨(dú)特技術(shù)平臺和技術(shù)保障。在載人航天的實(shí)踐中,航天員系統(tǒng)通過等效再現(xiàn)原理,環(huán)境參數(shù)模擬、環(huán)境效應(yīng)模擬、數(shù)字仿真模擬等技術(shù),建立了載人航天人工大氣環(huán)境、空間環(huán)境、飛船動力學(xué)環(huán)境、失重環(huán)境等的系列地基模擬技術(shù),研制了乘員艙大氣環(huán)境模擬設(shè)備、載人空間環(huán)境模擬設(shè)備、載人超重環(huán)境模擬設(shè)備、中性浮力模擬設(shè)備和載人振動與沖擊模擬設(shè)備等載人航天環(huán)境模擬設(shè)備,為航天醫(yī)學(xué)工程研究以及相關(guān)產(chǎn)品的研制提供了有效的試驗(yàn)保障,對促進(jìn)航天醫(yī)學(xué)工程研究、提高載人航天器可靠性和確保航天員安全發(fā)揮重要作用。航天飛行訓(xùn)練仿真技術(shù)主要是采用實(shí)物、半實(shí)物和數(shù)字方法模擬航天器飛行中所產(chǎn)生的人的視覺、觸覺、聽覺等感知,為航天員提供載人航天器的設(shè)備操作、飛行程序及飛行任務(wù)方面的訓(xùn)練。早在“曙光”號任務(wù)時(shí)期,結(jié)合人機(jī)工效研究對飛行訓(xùn)練仿真技術(shù)進(jìn)行了初步摸索,研制了面向人工控制訓(xùn)練的早期模擬器。國家載人航天工程啟動以來,航天飛行訓(xùn)練仿真技術(shù)作為航天醫(yī)學(xué)工程學(xué)的重要分支得以飛速發(fā)展。創(chuàng)建了適合中國載人航天實(shí)際的航天飛行仿真技術(shù)方法、平臺和體系,研制了單項(xiàng)任務(wù)訓(xùn)練器和模擬“神舟”飛船飛行全過程的固定基全任務(wù)飛行訓(xùn)練模擬器,為“神舟”5號、6號任務(wù)航天員訓(xùn)練提供了十分重要的設(shè)備保障。航天醫(yī)學(xué)工程學(xué)體系方法載人航天是一項(xiàng)巨大復(fù)雜的系統(tǒng)工程,航天醫(yī)學(xué)工程學(xué)的核心目標(biāo)是確保航天員飛行中的安全、健康和高效工作。圍繞這一目標(biāo),在載人航天的實(shí)踐過程中,建立、發(fā)展了學(xué)科特色鮮明的航天醫(yī)學(xué)工程學(xué)體系方法。應(yīng)用系統(tǒng)工程理論,將載人航天系統(tǒng)的可靠性、安全性、可維修性與人的因素有機(jī)結(jié)合,以滿足全系統(tǒng)的進(jìn)度、功能、接口等要求為目標(biāo),進(jìn)行系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì),形成了航天醫(yī)學(xué)工程總體技術(shù)理論,成為指導(dǎo)任務(wù)完成的重要總體技術(shù)基礎(chǔ)。人是載人航天的核心,以人為本的設(shè)計(jì)理念是航天醫(yī)學(xué)工程學(xué)的突出特點(diǎn),一切從航天員的安全、健康和高效工作出發(fā),形成了獨(dú)特的醫(yī)工結(jié)合體系方法。航天醫(yī)學(xué)需求和目標(biāo)是開展任務(wù)研究與研制的基礎(chǔ),工程技術(shù)是保障目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的途徑和手段。凸顯醫(yī)學(xué)與工程結(jié)合性,以滿足人的醫(yī)學(xué)需求為工程研制目標(biāo)的醫(yī)工結(jié)合體系方法,在解決載人航天的理論實(shí)踐問題中發(fā)揮了重要作用。創(chuàng)新性提出醫(yī)學(xué)項(xiàng)目工程化的管理方法并成功應(yīng)用于60d人體臥床實(shí)驗(yàn)。針對涉及人體的航天醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)具有周期長、影響因素復(fù)雜、測試項(xiàng)目多、相互干擾大、參試人員多等特點(diǎn),運(yùn)用系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)思想,借鑒工程化管理經(jīng)驗(yàn)和方法進(jìn)行項(xiàng)目策劃、組織、實(shí)施,提出大型綜合醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)管理與分析共享、實(shí)驗(yàn)過程控制要素、醫(yī)學(xué)異常現(xiàn)象跟蹤處理方法是工程化控制重點(diǎn)的理念。航天醫(yī)學(xué)工程學(xué)發(fā)展展望國際空間站、重返月球和載人火星登陸已成為國際載人航天的發(fā)展路線圖的明確站標(biāo)。根據(jù)我國“載人航天三步走計(jì)劃”我國的載人航天活動也將實(shí)現(xiàn)4個(gè)過渡,即由短期飛行過渡到中長期飛行,由艙內(nèi)活動過渡到艙外活動,由近地軌道過渡到深空探測,由地基模擬研究過渡到空間在軌研究。這一切都對航天醫(yī)學(xué)工程提出了新任務(wù)和新挑戰(zhàn),圍繞保證航天員安全、健康和高效工作,航天醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的理論研究和工程研制重點(diǎn)也將有所轉(zhuǎn)移。航天員選拔與訓(xùn)練的主要任務(wù)是針對不同的任務(wù)目標(biāo)研究預(yù)備航天員選拔策略,乘組搭配及乘組整體效能;制定飛行工程師、載荷專家及女航天員的選拔方法和標(biāo)準(zhǔn),建立