今天的人类拟将征服浩瀚无边的太空海洋，太空环境将对人类有怎样的影响呢？长期在太空生活、工作行吗？回答这些问题必定也要付出巨大的代价。太空是一个无所谓上和下、没有重力作用的世界。星际飞行归来的宇航员已对称之为微重力环境的太空有了初步的感性认识，那里存在的微重力场，只有相当于地球表面百万分之一的重力。
在地球表面的一切物体，均受有测量上为一个重力（1g）并使之向地心运动的吸引力。在月球表面，其重力只有在地球表面的1/6，而在火星上，其重力为在地球表面的1/3。宇航员进入选定的太空重力环境后，身体便要经受—系列的冲击，发生一系列的变化，例如，血液要重新分配，前庭神经系统出现失调，心率下降、重要矿物成分亏损等。
据宇航局的一些工程师介绍，克服微重力效应的影响可以在宇宙飞船中人为地模拟地球重力。“我对人造重力满怀信心”，宇航局武器研究中心航天工程师拉瑞勒姆克说。勒姆克从事太空人造重力的研究差不多已有5年，他发明了一种形状颇似哑铃的飞船，船体分布在两端，中间用电缆相联。
调节电缆的长度和飞船旋转速率可以达到不同的重力等级，甚至可以获得大致与地球相当的1个重力场。宇航员的居室就设置在电缆两端的“容器”中。
对人造重力飞船的研究工作尚在进行之中。尽管宇航局已安排明年9月开始太空试验，但实施人造重力飞船计划的经费尚不落实。
有些研究人员则认为产生人造重力的研究脱离现实，因此他们集中注意于可行的对策，主要研究药物，宇航员训练和特殊太空服的制造等。“至少我们应在载人火星飞行以前用试验证明产生人造重力方案是否可行，”勒姆克说。
如果有朝一日，人类果然整装待发，奔向太空的海岸，在飞行安全获得保障之前，必须有一支强大的队伍来从事一系列生物医学边缘科学的研究。通过这些研究来弄清人类对微重力环境的适应能力和机理，失调情况，由于太空暴算对生命和肢体造成的诸种危险，以及确保机组人员安全的防护测试等。
过去的30余年，美、苏宇航员都已经体验了太空探险。每次飞行对诸如人体如何适应太空恶劣环境等课题都奉献了新的资料。到目前为止，在太空停留时间最长的是前苏联宇航员弗拉基米尔 · 季托夫和马沙 · 马拉诺夫。两位宇航员生活在Mir太空站，从1987年下半年到1988年底环绕地球飞行了366天。经过一系列试验后，前苏联医药部门宣布两位宇航员健康状况良好。美国人在太空停留的最G纪录是84天，这是在1970年代初期由三位宇航员在Skylab太空站中创造的。三位宇航员经医学专家检查确信其健康状况良好。
然而，跨越行星际空间的往返路程十分遥远，必须环绕地球至少几个月，例如，飞往火星沙丘的来回，可能要离开地球故乡三年以上。
宇航局华盛顿总部工程师马利黑尔斯本直言不讳地问道：“宇航员在无重力环境滞留时间加长是否会使暂时体力下降也延长，从而影响其飞行操作或对其本人带来永久性严重肉体伤害？”根据多组太空生命学家提供的答案来看，都可以归结为一句话：“不知道”。
圣安东尼奥德克萨斯大学生命科学系的杰姆沃尔夫认为，人类是否只能处在1个重力负载的环境才能维持“正常”的生理功能尚有待于争论。“因为人类在微重力环境长期停留的实践有限，我们对其发生的生理变化了解不够，没有可资利用的生理学模式来可靠池预测在这种环境下人类到底能安全生存多长时间。”沃尔夫说。
微重力环境对人体的影响
其实，人类30年宇宙飞行的实践已经获得了说明微重力短期影响的大量资料。在微重力环境下，宇航人员经受了一系列的变化，影响到整个人体系统。例如，隆起的肌肉逐渐消失，这在小腿上尤为明显；骨骼矿物成分大大减少导致尿液中钙成分增高，这就增加了肾结石的危险；由于微重力影响加速钙的损失（骨骼老化过程比在地球上快10倍以上）而使得骨折致残的潜在危险增大等。
微重力带来的另一个令人担心的生理变化是心脏功能的改变。心肺系统（氧气吸收，血液流动，气体交换和肺压）受到影响。在微重力环境影响下，流体转移到上身，血液郁积在胸腔、颈部和头部。这种流体转移迫使心脏扩大才能控制增多的血流量。宇航人员体内流体转移现象在一天内达到高峰；3~5天以内心脏到达新的平衡状态。流体转移还会造成体内电解质损失以及血浆体积减少，而后者在红细胞制造过程中有改变红细胞质量的作用。生理系统对几乎完全无重力的通常反应还包括激素血液水平的改变（损害免疫系统）和人体接受药疗能力的减弱。
最后，一个令人烦恼的微重力诱发病就是太空病。除了兼有在地球上此病的一切症状外，太空运动病使半数以上的宇航员在太空落脚之前饱受折磨。研究表明、太空旅行者的前庭系统（脑、内耳、两眼及其他感官）由于失重而接收杂乱信号。结果使得飞行的头几天有一般性不适感。症状包括恶心、呕吐和食欲不振，对个人工作能力有很大影响。
很显然、微重力环境使人体发生了这么多变化，现在的问题是，从太空返回地球的人是否能很快重新适应地球的1个重力环境？返回宇航员的情况表明，其心血管系统的恢复取决于在太空停留时间的长短，短则几天、长则几周不等。此外，宇航人员刚一回到地面时，流体在站立时也郁积腿部，心跳迅速，血压一般偏低并伴有昏厥和训练能力下降。某些返回的宇航员已表明肌肉弱化，有的竟多次不能立即站立或行走。
大胆地往前走
在太空的短期停留资料已说明了人体可以承受微重力的作用，但是，太空生命学家仍然不敢肯定、经多年的太空生活后人体是否会极度反常，以致当他们再度返回地球时不能生存下去。
迫使上述问题尽快作出回答的压力来自布什总统的讲话。他希望美国人大胆地往前走，走向那些其他国家未能走到的领域。19的年7月20日在庆祝人类登月20周年（阿波罗11登月）纪念会上，布什号召分三个阶段实现永久性太空居住。
“首先，在本世纪末以前，”布什宣布。“建‘自由号’太空站（这是下步太空计划的关键）。到下一世纪返回月球。……且这次返回是住在那里。此后，准备明天飞往其他行星（载人火星飞行）”。
布什在稍后的一次讲话中谈到了美国人首登火星的最后期限为2019年7月20日下午4点17分43秒，这是为纪念阿波罗机组人员在月球的“寂静”海滩落脚60周年。如果要达到这一目标，人类成为行星际的开拓者，就必须制定出一份雄心勃勃生命科学研究计划。
SLS-1带回的信息
大部分美国航天飞机的飞行（例如1991年6月太空实验室生命科学1号（SLS-1）历时9天的飞行）都有助于确定生物体对失重环境的适应能力。在SLS-1上进行了18项科学试验，主要试验对象为四名宇航员（两男两女）。“在对他们以及以组为单位的研究之间的唯一差别是消除了一个重要的变量——重力，”SLS-1宇航员塞当解释说。
“我们真正要做的，”塞当说，“是要决定我们是否必须推翻某些由于微重力引起的变化，我们是否必须研究对策以解决诸如骨骼失钙、机体失液等问题。当然，这次飞行只有9天。决不能说9天中发生的事等于3年中发生的一切。研究的对策无法估计，必须有一个太空站，这就是我们的生命科学研究特别重视‘自由号’太空站的原因”。
SLS-1飞行首次获得了有关太空飞行人员健康状况的第一手测试数据。“虽然测试结果是初步的，但却获得了足以使我们对人类如何适应太空飞行的认识发生重大改变的新信息，”宇航局生命科学部主任阿劳德 · 尼康格桑说。
SLS-1飞行测试结果主要有，发现白细胞（人体抗感染能力）减少、消瘦和肌肉纤维萎缩。此外，在开始飞行的24小时内血流量减少10%以上。太空飞行期内的血液重新分配使血流量比返回地球后的血流量少。重新适应是由持续几小时的血浆量增加和持续几天的红细胞大批增加所造成的。为什么发生大批血液细胞减少有待进一步研究，宇航局专家说。SLS-1数据的精确分析尚须有一年时间才能完成。
研究各种可能的对策
宇航局总部生命保障分部负责人富兰克 · 查尔斯曼说，宇航局几乎已孤注一掷地选择锻炼作为对策来解决长期太空飞行的有关生理学问题。目前在航天飞机飞行任务和计划中的美国太空站都设置了固定式自行车和脚蹬车。宇航员被约束在这些训练设备上，通过锻炼把一定的负荷加到身体各部分肌肉上，也避免了他们由于飘浮而离开座位。其他约束式锻炼设备还很多，一种弹性胸腔扩充器用得最普遍。
“在某种意义上说，锻炼的作用是产生人造重力”，查尔斯曼补充说。像脚蹬车这类器件就产生模拟重力。肌肉受到与运动方向相反的负荷补偿了部分重力的作用。Mir太空站上的前苏联宇航人员也是通过日常安排的锻炼活动来克服微重力的生理影响的。他们每天的锻炼时间达4小时以上，查尔斯曼说。
多数科学家和医生目前都感到，人造重力是否必不可少还不能断言。“这是个实际问题。在太空建立人造重力系统耗费巨大，如果缺乏可信的必要，很难在预算上做决定。即使在目前，宇航局采用锻炼的方法也是格外谨慎，只不过是眼下力所能及的方案而已，”查尔斯曼说。
“遗憾的是，你不能自称现在的数据在这方面或那方面是权威性的，”弗爱德华 · 希尔伯特医药学校校长亨利夏洛威指出。夏洛威对减轻失重影响的技术知道得很多，缩短地球到火星间的飞行时间就是其中之一，这可以使飞行机组人员在无重力环境中的暴露时间减少到限额以下。
还有一种方案是火星飞行机组人员坐进小型离心机，分别“享受”增加的重力。离心机中要装有一把单人座椅，人人都可以进入座椅旋转，旋转时产生的负荷用于弥补微重力引起的失调。然而，令人担心的是，机组人员时而旋转时而不转会不会引起前庭神经发生问题，出现太空病的症候？“类似这些问题我们都必须解决，无论前苏联的数据或美国的数据都不完全适用，”夏洛威说。
时间紧迫，任务艰巨
正如宇航员听说微重力使肌肉萎缩而泄气一样，美国国会对宇航局生命科学研究的总体计划投资缺乏政策上的勇气，俄亥俄西部预备大学药学院荣誉校长、宇航局1988年生命科学战略计划研究委员会主席弗利德利克 · 罗宾逊告诫说，“委员会坚信但不能过分强调的是，只要美国的太空政策要求建立永久性载人太空站并达到人类超越地球轨道跨入太阳系的国家目标，颇为壮观的生命科学研究计划就是十分紧迫的任务。”
纽约康乃尔大学医学院心血管学教授杰福利波尔也支持罗宾逊的观点。他去年10月在众议院太空生物医学研究分委会公开称宇航局的生物医学研究计划“资金受限”。原因有两方面，波尔认为。“对允许延伸载人太空飞行的关键问题该回答的在很大程度上未回答，解决这些问题又受到资金的限制，以致影响到太空飞行，”他说。
1986年，国会制定的国家航天飞行规划中的一份年度总结报告中写道：必须拥有以太空为基地的可变重力研究设施，才能更好地确定何种重力水平对消除低于地球重力的有害影响是适当的。“我们猜测答案极可能是大大低于1个重力，不过需要用实验来说明究竟低多少，”委员会报告说。“如果1/6重力合适，则可以长期在月球居住；如果1/3重力合适，则可以长期在火星居住。从低重力返回地球重力的影响又会是什么？为解决这些问题必须进行的实验还要花很长的时间。”
根据国家研究理事会高级太空技术委员会的估计，研究人造重力不久将加快进行。“如果找不到较为简单的对策来克服与长期无重力环境有关的失调，充分允许能在火星表面工作并能安全地返回地球，那么，由旋转式宇宙飞船或‘哑铃’飞船产生人造重力的措施就得提到考虑的日程上来。这一方案有相当大的工程难度，过去曾一度否定，由于火星飞行任务的要求才被迫对其重新考虑，”报告写道。
前不久，技术评估办公室1991年7月的一份报告中告诫，“如果美国渴望在其常设基地把人送往太空，那就不得不承认并接受载人太空飞行的危险性。宇航局必须全力以赴地确保安全，还必须让公众做好准备，正确对待极可能发生的更大损失。”
无论是人体大小的离心机或哑铃形飞船，旋转的或不旋转的……这些都是太空时代的课题。很显然，投资支持回答微重力问题是一个关键。为获得宽松的研究经费和理想的研究结果，美俄太空生命学家的联合努力变得尤其必要。未来10年，时间加长的航天飞机飞行必将载入史册，在美国“自由号”太空站中安装的离心机已为21世纪的工作做好了准备。两者都将取得了十分重要的数据。在地面上和在太空实验室两个研究中心还有大量的工作有待完成。
[Bioscience，1992年8月号]