神舟十二号载人飞船顺利发射升空,将进行大规模生命科学研究

2021-06-17 JACKZHAO MedSci原创

时隔近五年,我国再次发射载人飞船。

据央视新闻消息,2021年6月17日9时22分,我国长征二号F运载火箭搭载神舟十二号载人飞船顺利升空,发射地点位于酒泉卫星发射中心。这是继2016年10月神舟十一号飞行任务以来,时隔近五年,我国再次发射载人飞船。

本次搭乘神舟飞船的航天员分别是:聂海胜、刘伯明和汤洪波。三名航天员中,特级航天员聂海胜参加过神舟六号、神舟十号载人飞行任务,特级航天员刘伯明参加过神舟七号载人飞行任务,二级航天员汤洪波是首次飞行。

“神舟飞船是航天员实现天地往返的‘生命之舟’”。五院总体设计部神舟十二号载人飞船系统总体副主任设计师高旭介绍,神舟十二号飞船由轨道舱、返回舱和推进舱构成,全船共有14个分系统。

神舟十二号航天员主要完成四项任务

  根据任务安排,神舟十二号飞行中,航天员乘组将在轨完成四个方面的主要工作:

  一是要开展核心舱组合体的日常管理。包括天和核心舱在轨测试、再生生保系统验证、机械臂测试与操作训练,以及物资与废弃物管理等。

  二是要开展出舱活动及舱外作业。包括舱外服在轨转移、组装、测试,进行两次出舱活动,开展舱外工具箱的组装、全景摄像机抬升和扩展泵组的安装等工作。

  三是要开展空间科学实验和技术试验。进行空间应用任务实验设备的组装和测试,按程序开展空间应用、航天医学领域等实(试)验,以及有关科普教育活动。

  四是要进行航天员自身的健康管理。按计划开展日常的生活照料、身体锻炼,定期监测、维持与评估自身健康状态。

天和核心舱和天舟二号组合体目前状态良好,满足与神舟十二号交会对接以及航天员进驻的条件。

天和核心舱提供了3倍于天宫二号空间实验室的航天员活动空间,配备了3个独立卧室和1个卫生间,保证航天员日常生活起居。航天食品方面,配置了120余种营养均衡、品种丰富、口感良好、长保质期的航天食品。就餐区域配置了食品加热、冷藏及饮水设备,还有折叠桌,方便航天员就餐。锻炼区配备有太空跑台、太空自行车,用于航天员日常锻炼。通过天地通信链路和视频通话设备,可实现空间站与地面的双向视频通话和收发电子邮件。载人环境控制方面,相比前期载人飞行任务,空间站核心舱配置了再生式生命保障系统,包括电解制氧、冷凝水收集与处理、尿处理、二氧化碳去除,以及微量有害气体去除等子系统,能够实现水等消耗性资源的循环利用,保障航天员在轨长期驻留。

关于航天医学领域等实(试)验方面,已经做了诸多探索空间实验室任务中,针对未来空间站载人飞行需求,航天员系统进一步开展了16项实验研究和技术验证,探索了中长期载人航天飞行人的问题,验证了部分驻留保障关键技术,为空间站研制、驻留保障及空间实验提供了技术支撑,积累了数据和经验。主要体现在以下方面:

一是验证了长期载人驻留健康保障关键技术和新技术。

开展了太空跑台束缚系统验证试验,验证了太空跑台束缚系统的功能、性能和人体适用性,为空间站太空跑台的研制和在轨锻炼方案设计提供了依据。

研制了基于虚拟现实技术具有高度沉浸感的航天员在轨心理舒缓系统,验证了长期飞行航天员心理保障支持新技术;为丰富未来空间站飞行航天员身心健康保障措施提供了重要技术支撑,积累了宝贵经验。

开展了天地远程医疗会诊模式试验。首次建立了天地远程医疗系统,并对远程医疗会诊模式进行了验证,为空间站任务天地远程医疗系统的建立奠定了坚实的技术基础和技术支撑。

首次研发了乘员物资管理系统和交互式电子手册,并在轨进行了使用和验证,可以对航天食品等各类消耗品实现自动化动态管理,有效提高了航天员在轨工作效率,也为空间站长管运营提供技术借鉴。

首次利用超声医学技术和激光多普勒技术系统在轨开展了心血管功能研究,首次获得了中国航天员在失重环境下超声医学影像数据资料,开创了应用激光多普勒技术在轨实施无创血管内皮功能研究的国际先例;为后续载人空间站超声医学影像技术的常规应用,丰富航天员健康在轨评估技术奠定了良好的基础,积累了宝贵的经验。

二是首次开展了在轨维修人因工程技术研究。

系统实施在轨人体运动特性规律研究、不同作业姿态下航天员施力特性研究、复杂任务时间资源占用分布分析及评估方法研究、脑机交互技术在轨适用性验证实验研究,为空间站人机界面工效学设计及航天员作业任务设计提供依据。

三是成功开展了空间植物栽培关键技术验证试验。

通过在轨试验,验证了航天员在轨组装、播种、间苗和植株照料方案的有效性;验证了植物栽培基质中水分和养分供应技术的正确性,对推动载人航天长期飞行受控生态生保技术发展起到了促进作用,实践证明也是调节航天员在轨生活的有效手段。

四是通过对人的感知觉(视觉、听觉、味嗅觉)、精细操作认知能力、生物节律、营养代谢、情绪变化特征等研究,获取了大量宝贵的数据,为长期飞行航天员健康保障措施制定和在轨操作相关设计提供数据支撑。

中国载人航天工程官方网站发布空间站建设期的航天医学实验任务情况称,建设期将以保障航天员长期在轨驻留能力为核心,以健康维护技术研究为主线,系统策划、统筹布局实验项目。5个应用方向、30个实验项目覆盖了制约人类长期航天飞行“人-系统风险”机制及其关键科学问题,系统收集、积累空间环境效应及人因研究数据,建立较为完善的“人-系统风险”评估体系,开展创新性防护技术研究,为长期航天飞行进行理论和技术储备。

空间站航天医学实验总体规划的5个方向的总体考虑为:

针对长期飞行对航天员健康影响与防护技术研究,瞄准长期飞行的医学风险,系统开展失重生理效应、机制、防护新技术前沿研究,发展医学风险的预测、评估与减控能力。在研究内容上,通过多层次、多系统、谱学筛选与聚焦靶点等相结合的系统深入研究,努力实现失重生理效应与防护的理论创新和技术发展。

针对空间辐射对航天员健康的影响与防护技术研究,瞄准辐射风险可接受水平确立与辐射防护难题与热点。在辐射剂量方面,以人体辐射敏感器官剂量测量技术为突破口,积累我国轨道长期飞行的人体组织器官剂量,建立相关辐射安全评价方法;在辐射生物效应与防护方面,开展辐射敏感器官损伤机制与防护新技术研究,为后续深空星际探索奠定理论技术基础。

针对航天员行为与能力研究,瞄准航天飞行人-系统作业主要风险,聚焦长期飞行人的行为能力变化及其测评和调控技术、未来智能化人机交互与功能分配等热点问题,开展探索性研究,获取人在空间能力发挥要素的新认识,研发有效的行为与绩效维护新技术,为实现航天飞行中人-系统的高效整合提供有力技术支撑。

针对先进的在轨监测与医学处置技术研究,建设期主要瞄准人体健康精准在线监测需求,发展高敏感性芯片技术、长时间动态可穿戴监测技术等健康监测发展热点,研发适宜于长期飞行的航天员健康监测新技术。

针对传统医学航天应用技术研究,发挥“中医治未病”的优势,建立基于传统医学理论与方法的航天员健康诊断与评价技术,发展面向长期飞行的航天医学问题防治的药物、穴位刺激、导引等新方法。

综上,航天医学实验聚焦长期载人航天飞行的医学问题,从人体效应观察到生物学机制研究、从理论探索到防护技术应用、从健康诊断评估到医学干预技术研究,统筹布局,系统地开展航天医学实验五个方向的研究,确保能够代表当前航天医学领域的理论和技术发展前沿需求,具有较强的创新性和工程可实施性。

生物研究在太空很活跃

医学研究是太空实验应用的重点,主要内容包括研究人体对空间环境的适应性及应对措施;大量采集人体在空间环境下的生理新数据,帮助航天员克服长期航天不利影响的防护措施,提高医学监督与医学保障系统支持载人航天的能力。在国际空间站俄罗斯实验舱和美国实验舱的应用项目中,医学研究占43%。曾在“国际空间站”上进行的第一项中国科学实验,也属于医学与生物学研究。

空间生物学研究在空间环境特殊因素作用下生物活动的现象和本质。其研究对象包括微生物、植物、动物。几十年来,许多生物卫星和其他航天器将一些动物和植物种子载入太空,观察空间环境对生物的影响。航天员对带上太空的微生物、植物、动物进行了长期观察和反复实验,并取得了十分突出的成果。在国际空间站俄罗斯实验舱和美国实验舱的应用项目中,生物研究所占比例达32%。

1957年11月3日,苏联发射了第二颗人造卫星“伴侣2号”,上面携带了小狗“莱伊卡”,它成为第一个进入太空的哺乳动物。迄今为止,先后进入太空参与太空科研的实验动物包括猴、狗、兔、猫、鼠、鱼等许多种类的水生和陆生动物。

美国科学家曾在航天飞机上做过著名的苔藓实验,结果让科学家们很意外。他们看到,在地球上生长的苔藓,重力完全控制着它们的生长方向:苔藓垂直向上生长,就像玉米地里的幼芽一样。但在航天飞机中生长的苔藓,按照以前太空中植物生长的情况,科学家们推测应该是随机、无序地生长。但实际上苔藓却是长成非常有序的、顺时针的螺旋形状。研究人员推测,在太空中苔藓螺旋形状的出现,是另外一种隐藏在它们体内的机制在起作用。在地球上,这种机制被重力的作用所抑制,到太空后重力的抑制作用消失了,苔藓内在的机制起主导作用,使它们长成这种可爱的螺旋状。

生物工程是太空科学实验的又一重点项目,主要研究、制备在医学、生物学和药物学方面有潜在应用价值的生物材料。太空制药是利用卫星、飞船等返回式飞行器搭载有治疗作用的微生物菌种进入太空,在强辐射、微重力等太空特殊环境因素作用下,菌种发生遗传形状变异,返回后再经地面筛选出良性菌种,培育出的药品。

在空间微重力条件下,细胞在融合液中的重力沉降现象消失,可以提高电融合杂种细胞活力,为人类探索利用微重力资源进行太空制药新方法。

“太空蛋白质晶体生长”实验是载人航天活动中的重要项目,各国都很重视。因为蛋白质是生命的物质基础,要解开生物体的奥秘和研制特效的新药,首先要有优质蛋白质结晶,才能了解它们结构和功能的秘密。但在地面上,由于受重力影响,很难制成大而纯的蛋白质晶体。在失重条件下,蛋白质晶体可比在地球上生长得更纯净、更大。通过对这些晶体的分析,科学家们能更好地了解蛋白质、酶和病毒的性质,也许会因此而研制出新药和更好地了解生命的基本构造。其实验结果已促使全球许多制药公司与航天部门合作,研究出治疗癌症、糖尿病、肺气肿和免疫系统失调的药品或方法。

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  1. 2021-06-18 1352007743m

    人类的明星!

    0

  2. 2021-06-17 Lzc0814

    1

    0

  3. 2021-06-17 hubo_

    征途是星辰大海

    0

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