劉聲遠(yuǎn)

在科幻電影中，宇航員飛往火星看來很容易。例如，在一部火星題材的影片中，男主人公飛往火星之旅一帆風(fēng)順，直到登陸火星后遇到沙塵暴才讓他寸步難行。在另一部同類題材的影片中，男主人公飛往火星的過程也很順利，直到在火星移民局遭遇武裝襲擊才出現(xiàn)挫折。

充滿風(fēng)險(xiǎn)

但在現(xiàn)實(shí)中，不要說火星上的極端天氣，也不要說火星移民局的武裝人員，只說往返火星的旅途就充滿危機(jī)。首次載人火星之旅，很可能由4～6名宇航員用大約3年時間來完成。這3年中，他們在火星表面要停留6～9個月，其余的時間均是在狹小空間里完成往返火星的旅途。

載人飛船離開地球去火星（想象圖）。

載人飛船離開火星返回地球（想象圖）。

一旦離開地球引力和磁場的保護(hù)，太空中的微重力和輻射就成為很大的擔(dān)憂：微重力導(dǎo)致宇航員顱內(nèi)堆積體液，這可能引發(fā)視覺障礙;在整個行星際旅途中，宇航員都會被高能帶電粒子持續(xù)轟擊，因?yàn)檫@些粒子能輕易穿透飛船的保護(hù)殼?？茖W(xué)家尚不清楚這種粒子輻射的危害究竟有多大，但實(shí)驗(yàn)室研究表明，太空輻射會增加宇航員患癌癥和其他疾病的風(fēng)險(xiǎn)。

載人火星任務(wù)的時間之長也意味著風(fēng)險(xiǎn)。與載人登陸火星相比，載人登月只算是小菜一碟。撇開幾個宇航員因長時間困在飛船上的狹小空間里而可能出現(xiàn)的心理障礙之外，因火星之旅耗時比月球之旅長很多倍，所以宇航員在火星之旅途中患病或受傷的風(fēng)險(xiǎn)也大得多?；鹦桥c地球之間的距離是月球與地球之間距離的大約600倍，從火星發(fā)出的光速通信信號要20分鐘后才能到達(dá)地球。因此，一旦火星機(jī)組出現(xiàn)緊急情況，向地面控制中心求助就根本來不及。美國宇航局的最壞打算是：首次載人火星之旅過程中可能出現(xiàn)人員死亡。

盡管有這些風(fēng)險(xiǎn)，一些國家仍都已宣布有意送宇航員（航天員）去火星。美國宇航局希望在2030年前后執(zhí)行載人火星任務(wù)。為此，該局科學(xué)家正在研發(fā)載人火星之旅所需的一系列醫(yī)療設(shè)備和藥物。必須承認(rèn)，載人火星之旅的醫(yī)療裝備仍處在早期研發(fā)階段，其中一些項(xiàng)目可能完全行不通，例如萬能診斷手杖仍是一個遙遠(yuǎn)的夢想。但科學(xué)家正在研發(fā)反重力太空服、抗輻射藥物和微型醫(yī)療工具，并且希望它們在大約10年后就能被用于保障火星宇航員的健康和安全。

制造引力

在微重力環(huán)境中飄浮看起來是那么輕松愜意，但實(shí)際上對健康很不利。當(dāng)身體無須承受自身重量時，肌肉和骨骼就會退化。在載人太空飛行初期，這是一個大問題。1970年6月，蘇聯(lián)的“聯(lián)盟9號”機(jī)組在太空生活18天（這創(chuàng)下了當(dāng)時的紀(jì)錄）后返回地球，當(dāng)時一名航天員在走出登陸艙時身體虛弱得都無法自己拿頭盔。今天，國際空間站上的宇航員通過每天鍛煉幾小時來保持體力。但在微重力條件下生活會遇到的其他問題，依然懸而未決。

地球引力讓人體的體液通常停留在下半身。而在太空中，體液因不受引力影響而流向人的頭部，顱內(nèi)壓因此增加。這種感覺有點(diǎn)像是人坐在椅子上，然后把頭夾在雙膝之間。

宇航員在太空中每天需要鍛煉幾小時，才能讓自己的肌肉和骨骼不會嚴(yán)重退化。

下身負(fù)壓服使用真空壓強(qiáng)令受試者的體液流向足部，從而模擬引力效果。

科學(xué)家推測，眼球后面的壓力持續(xù)升高會造成視覺障礙，例如大約半數(shù)太空宇航員所出現(xiàn)的遠(yuǎn)視。能感知引力的內(nèi)耳前庭器官在平衡和運(yùn)動控制中起著重要作用，而太空中的失重會影響前庭器官。一名宇航員說，在太空長時間生活后返回地球當(dāng)天他就能很容易地走直線，但好幾天后才能繞著圈子走而不至于撞墻。

為確保宇航員在火星旅途中行走和工作方便，火星飛船可能會配備人工重力機(jī)，例如下身負(fù)壓艙。該裝置向人的下半身施加真空壓強(qiáng)（將人從腰部到腳都封閉起來）。真空的作用是重建向下的引力——讓人的雙足緊貼下身負(fù)壓艙地面，從而讓體液流向腿足。

在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，已被植入裝置以檢測顱內(nèi)壓的志愿者的下半身被封閉在下身負(fù)壓艙內(nèi)。在實(shí)驗(yàn)中，志愿者必須躺著，讓顱內(nèi)壓接近宇航員在太空中的顱內(nèi)壓。當(dāng)人在地球上從站立改為躺臥，其顱內(nèi)壓會從約為0升到大約15毫米汞柱，而宇航員在太空中的顱內(nèi)壓就約是15毫米汞柱。在2019年發(fā)布的另一項(xiàng)研究中，隨著科學(xué)家緩慢增加志愿者下身負(fù)壓艙的真空壓強(qiáng)，他們的平均顱內(nèi)壓從15毫米汞柱降到9.4毫米汞柱。

需要在下身負(fù)壓艙中待多久，才能讓人體免遭體液在太空中上升到頭部所帶來的負(fù)面效應(yīng)？科學(xué)家對此還不清楚。但考慮到待在下身負(fù)壓艙里可能是一天中大部分時間的要求，科學(xué)家已研發(fā)出在日?；顒悠陂g可以穿戴的下身負(fù)壓服雛形。它包括有內(nèi)置鞋和環(huán)腰密封器的兩條工作褲。真空壓強(qiáng)迫使穿戴下身負(fù)壓服者的體液流向足部?？茖W(xué)家說，雖然下身負(fù)壓裝置仍是人工重力的初級形式，但這類裝置比另一些種類的人工重力裝置（如離心機(jī)）更容易被送到太空。

通過讓人體旋轉(zhuǎn)，離心機(jī)模擬了地球引力對人的作用。

大獵鷹飛船

大獵鷹飛船是第一艘已經(jīng)開始建造并測試的載人火星飛船，其最終目標(biāo)是同時運(yùn)送數(shù)十名宇航員前往火星。一旦抵達(dá)火星，飛船上的推進(jìn)劑制造工廠就會立刻以火星上的本地資源為原料，制造飛船返回地球所需要的甲烷和氧氣。該飛船全長55米，直徑9米，不裝載燃料時凈重85噸。

離心機(jī)通過離心力來模擬重力。當(dāng)你把繩子的一端系在一個裝著水的桶上，手拿繩子的另一端用水桶旋轉(zhuǎn)，水桶到達(dá)你頭頂上時水不會流下來，這便是離心力的作用。旨在幫助宇航員適應(yīng)微重力的離心機(jī)的外形有點(diǎn)像一臺旋轉(zhuǎn)木馬，但旋轉(zhuǎn)的不是小馬，而是床?！膀T馬人”躺在床上，頭朝“旋轉(zhuǎn)木馬”的中心?！澳抉R”旋轉(zhuǎn)，施加水平方向的向外離心力，作用于“騎馬人”的腳。這種離心力猶如地球?qū)θ说囊?。發(fā)射一臺房間大小的離心機(jī)到太空飛船上，比發(fā)射一件下身負(fù)壓服困難得多。但一些科學(xué)家認(rèn)為，全身離心體驗(yàn)有助于對付下身負(fù)壓服不能解決的問題（如內(nèi)耳問題）。

為了調(diào)查離心機(jī)對感覺控制的效果，科學(xué)家讓22名志愿者在離心機(jī)上躺了60天，以此模擬微重力條件下的生活。其中16名志愿者每天接受旋轉(zhuǎn)總共30分鐘。另外6名未被旋轉(zhuǎn)。在志愿者躺上離心機(jī)實(shí)驗(yàn)前后，科學(xué)家測試他們的平衡功能，讓他們參加翻越障礙課程并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。雖然測試數(shù)據(jù)還很有限，但看來人工重力對運(yùn)動控制有幫助。

抵御輻射

微重力對火星機(jī)組可能會是一個挑戰(zhàn)，但宇航員對這個挑戰(zhàn)很熟悉，畢竟很多宇航員都已在太空接受了微重力的考驗(yàn)，科學(xué)家也找到了一些對付微重力影響的辦法。而另一方面，宇航員迄今沒有長期接觸的深空輻射的確是一大風(fēng)險(xiǎn)。

太陽系充滿被稱為星系宇宙射線、以接近光速穿行的帶電粒子。這些粒子可以輕易穿透金屬。它們可殺死細(xì)胞，或在DNA內(nèi)部導(dǎo)致變異。與身在地球上的人一樣，空間站上的宇航員在很大程度上也受到地球磁場保護(hù)，基本上避開了這些小小的“宇宙核彈”。但在前往火星途中，預(yù)計(jì)宇航員每天所接受的輻射量幾乎達(dá)2毫西弗，相當(dāng)于每6天接受一次全身CT檢查。

迄今為止，唯一遭受過深空輻射的人是登月宇航員，但他們受到深空輻射的時間不到兩周?；鹦侵脜s要漫長許多，科學(xué)家尚不確定宇航員在此期間會遭遇多么嚴(yán)重的深空輻射傷害。但通過對動物和細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家判斷結(jié)果不妙。

在2018年進(jìn)行的這類實(shí)驗(yàn)中，模擬太空輻射的粒子束損害了心臟和血管組織，這表明火星機(jī)組在任務(wù)過程中患上心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)較高。在2019年進(jìn)行的一項(xiàng)同類實(shí)驗(yàn)中，接觸模擬深空輻射的實(shí)驗(yàn)鼠顯示出認(rèn)知功能損傷。還有大量動物實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，深空輻射可能引發(fā)肝癌、肺癌和腦癌等多種癌癥。

大約30名非醫(yī)學(xué)人士從一個旨在幫助宇航員的軟件系統(tǒng)學(xué)習(xí)緊急救助。經(jīng)過幾個月訓(xùn)練后，他們表現(xiàn)出色，只在插呼吸管和靜脈插管方面表現(xiàn)不是太好。

這看起來很恐怖，但動物和細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不等同于人體實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)鼠不是人，培養(yǎng)皿中的腦細(xì)胞也不是大腦。另外，在動物和細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，動物或細(xì)胞是一次性或在數(shù)周或數(shù)月時間里接受總量為高劑量的輻射，而火星宇航員是在幾年時間里連續(xù)接受低劑量輻射，因此兩者有本質(zhì)區(qū)別。不過，由于動物和細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人擔(dān)憂，因此科學(xué)家正在測試多種不同的抗輻射藥物。

這些藥物中最有希望測試成功的是抗氧化劑。高能帶電粒子可通過把人體內(nèi)的水分子分裂成被稱為活性氧的有毒化合物而對人體造成損害。為身體輸入抗氧化劑，可能有助于控制一些活性氧的害處?？蛇x的抗氧化劑中包括維生素A、維生素E和硒代蛋氨酸（一些膳食補(bǔ)充劑中的成分之一），所有這些抗氧化劑都已被證明能在不同程度上降低輻射的負(fù)面效應(yīng)。

就算是漿果類所含的天然抗氧化劑，也可能有幫助。在2017年進(jìn)行的一項(xiàng)記憶能力實(shí)驗(yàn)中，連續(xù)四周食物中被添加凍干藍(lán)莓粉，然后接觸高劑量輻射的實(shí)驗(yàn)鼠比不添加天然抗氧化劑的實(shí)驗(yàn)鼠表現(xiàn)優(yōu)異。在測試中，實(shí)驗(yàn)鼠看到兩個物體：其中一個它們以前見過，另一個則沒見過。被喂食藍(lán)莓粉的實(shí)驗(yàn)鼠，把70%的探索時間花在對未見過物體的探索中，這對認(rèn)識舊物體（之前見過的物體）的實(shí)驗(yàn)鼠來說并不意外，而未被喂食藍(lán)莓粉的實(shí)驗(yàn)鼠，花在見過與沒見過物體上的探索時間各占一半，這說明它們已經(jīng)忘了之前見過的物體。

然而，單靠抗氧化劑并不足以提供全面的輻射保護(hù)。科學(xué)家正在測試阿司匹林等抗炎藥物是否有助于減少高能粒子造成的細(xì)胞損傷。為了抵御深空輻射侵害，可能需要多種藥物配伍。如何挑選出最優(yōu)的抗輻射藥物或最優(yōu)藥物組合呢？科學(xué)家仍在探索中。

自己治療

在人工重力條件下輪班和吞服抗氧化劑，或許將成為宇航員的常態(tài)。但火星機(jī)組必須在沒有地面控制中心指導(dǎo)的情況下獨(dú)自應(yīng)對突發(fā)疾病和傷害。

訓(xùn)練成功率

火星機(jī)組可能會包括一名醫(yī)生，但醫(yī)生也可能會得病，而且火星機(jī)組的醫(yī)生必須是個萬能醫(yī)生。這樣的人看似很難找到，因此，理想情況是火星飛船配備能考慮宇航員癥狀、建議醫(yī)學(xué)檢查、做出診斷和給出療法的人工智能系統(tǒng)。不過，這樣的系統(tǒng)距離現(xiàn)實(shí)依然遙遠(yuǎn)。

目前，被用于醫(yī)院和診所的最先進(jìn)的癥狀檢查工具是“視覺Dx”。視覺Dx的使用者回答關(guān)于患者的一些問題（例如癥狀和人種），篩選可能的診斷結(jié)果。對于皮膚癥狀來說，視覺Dx軟件能分析患者的皮膚照片，還能幫助使用者分析超聲波掃描結(jié)果。視覺Dx的研發(fā)者已經(jīng)設(shè)計(jì)了一種可在不聯(lián)網(wǎng)的情況下，用在手提電腦上的深空視覺Dx版本。該軟件不會考慮所有可能的診斷結(jié)果（例如不會考慮熱帶傳染病，因?yàn)樯羁蘸突鹦嵌己芎洌?，而是專注于宇航員在深空可能有較高概率患上的疹子和腎結(jié)石等疾病。

為幫助宇航員進(jìn)行急救和醫(yī)學(xué)檢查，科學(xué)家研發(fā)了一種名叫“自主醫(yī)療官支持”（簡稱AMOS）的軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)的初級版本采用圖片和視頻，教不懂醫(yī)學(xué)的人學(xué)會進(jìn)行眼睛檢查和插呼吸管等?？茖W(xué)家對30名非醫(yī)學(xué)專業(yè)志愿者測試了AMOS的雛形。在測試中，AMOS教這些志愿者學(xué)習(xí)怎樣執(zhí)行多個醫(yī)學(xué)程序。學(xué)完后3-9個月，這些志愿者再次執(zhí)行這些程序，可以借助AMOS，以此模擬宇航員在實(shí)際飛行前的AMOS訓(xùn)練，和在執(zhí)行火星任務(wù)過程中緊急情況出現(xiàn)時的醫(yī)學(xué)應(yīng)對。

大約80%的志愿者準(zhǔn)確執(zhí)行了眼睛檢查和超聲波檢查。大約70%的志愿者正確進(jìn)行了靜脈插管，但只有大約一半的人插呼吸管成功。2020年4月，在沒有地面控制中心幫助的情況下，空間站上的宇航員使用AMOS，成功執(zhí)行了腎和膀胱超聲波檢查。

在執(zhí)行醫(yī)學(xué)檢查時，宇航員將不會擁有科幻影片中巨型飛船上那樣很地球化、設(shè)備很完整的醫(yī)務(wù)室，而是需要安裝在并非寬敞的飛船上的微型醫(yī)療設(shè)備。在飛船的醫(yī)學(xué)成像方面。現(xiàn)在科學(xué)家的目光聚焦的是一種叫“蝴蝶智商”的新型超聲波裝置，它只用一根電動剃刀大小的探測儀就替換了通常超聲波檢查所需的各種傳感器。標(biāo)準(zhǔn)超聲波檢查儀的重量是“蝴蝶智商”的16倍，后者把圖像顯示在手機(jī)APP上。

火星宇航員用來相互治療傷口的醫(yī)藥箱必須輕質(zhì)、緊湊。為決定火星飛船急救包中該有些什么，科學(xué)家運(yùn)用的是美國宇航局的集成醫(yī)療模型。該模型預(yù)測的是宇航員在特定任務(wù)中最容易出現(xiàn)的健康問題?？茖W(xué)家把任務(wù)細(xì)節(jié)（比如宇航員前往的目的地、宇航員性別和已有健康風(fēng)險(xiǎn)等）輸入模型，然后模型通過上萬次模擬來預(yù)測特定機(jī)組所面臨的從便秘到心臟病等各種健康風(fēng)險(xiǎn)，由此決定醫(yī)療箱中該裝些什么。

大獵鷹飛船

新型超聲儀“蝴蝶智商”運(yùn)用一根包含一塊芯片、發(fā)出蜂鳴聲的探頭產(chǎn)生各種頻率的超聲波。來進(jìn)行全身掃描?！昂巧獭北饶壳皣H空間站上的超聲儀小巧和容易使用。

一家正在研發(fā)用一滴指尖血探查多種疾病化學(xué)指標(biāo)的芯片（信用卡大?。┑墓?，也在為宇航員研發(fā)便攜式查血芯片。

一家公司正在研發(fā)信用卡大小的芯片，來探查一滴血中多種疾病的化學(xué)標(biāo)志物。芯片上的一系列探測器包含的化合物會在鎖定一個特殊生物標(biāo)志物后發(fā)出熒光。血液中該標(biāo)志物濃度越高，熒光越亮。閱讀器將熒光信號轉(zhuǎn)譯出來。該芯片可檢測心臟病、肺部血栓及肝腎問題。美國宇航局計(jì)劃于2022年執(zhí)行的載人月球任務(wù)，將可能使用包含該芯片的急救包。因?yàn)檫@次載人旅行為期僅三周，所以急救包也簡單：只包含治療背痛、暈動病之類疾病的藥物。

載人火星之旅是一大全新挑戰(zhàn)。不過，科學(xué)家依然有至少十年時間來研發(fā)微型醫(yī)療設(shè)備和火星飛船醫(yī)藥箱。我們有理由相信，載人火星之旅遲早會成行。