人類首次模擬“火星之旅”實驗獲得成功

□□歷時520天的“火星-500”項目于2011年11月4日順利收官。這項實驗取得了完美的成功，證明了航天員能夠應對漫長火星之旅引發的孤獨、沮喪等心理不適，從而對密閉環境下人的自身極限能力的認識有了突破。6名志愿者透露，實驗中他們面臨的最大挑戰是孤獨、無聊和幽閉恐懼癥，不過除了一些小分歧之外，他們相處得很融洽。這次實驗主要研究人的耐受能力，也就是超長航天飛行對人的健康和工作能力的影響。520天實驗包括生理學、心理學和微生物學等5大類，其中呈現的變化規律為深化航天醫學研究提供了有價值的依據。另外，在如何支持長時間航天飛行方面也積累了有益經驗，如通信時滯狀態下的信息傳輸、遠程健康監控和診斷、運載配給能力、長期密閉飛行中的心理支持，等等。目前正在深度挖掘和分析數據，形成成果還有一個過程。

中國志愿者王躍在艙內進餐

準備進行腦電圖測試

中國志愿者王躍正在進行腦電圖測量

1 向自身極限挑戰

在“火星-500”實驗項目實施的520天中，6名志愿者在模擬火星飛船實驗艙內見不到陽光，沒有新鮮空氣，也不能與外界直接聯系，還進行了105項實驗，如“火星行走”。“火星-500”實驗獨特之處在于，以前從沒有實驗讓志愿者與世隔絕這么長時間，因此提供了獨一無二的數據，從后勤到通信都很真實。所有實驗項目都用于探索長期太空飛行對人體產生的影響，以及6名志愿者是否能在一個受限的空間里正常生活足夠長的時間，它可以確定人類在長期飛行中哪個時段會最難度過，以便尋找應對之法。2011年8月，志愿者員經歷了精神較差的時段，因為這是任務期間最枯燥乏味的階段，他們的朋友和家人都在度假，使他們收到的外界消息減少了，同時他們自己的食品卻“從一而終”。幸而，一切最終進展比研究人員希望的更好，甚至好得讓人驚訝。

參加“火星-500”模擬飛行的6名志愿者每天起床，先自行測量體溫、血壓、體重和抽取血液等，然后就開始一整天的忙碌。他們每天8h工作，8h休閑，8h睡眠，正常情況下，1周可休息2天，要輪流值夜班。這聽起來和日常生活沒有什么區別，但要知道他們需要在狹窄的實驗艙里度過近1.5年的時間。如此長時間的“隔離”生活對人類生理、心理有何影響,科學界還沒有相關數據。在520天中，由于他們看不到日出日落，生物鐘極有可能陷入紊亂，所以每個志愿者都需挑戰自身極限。另外，6名志愿者的工作不僅單調，身上佩戴的一些儀器設備也讓他們“叫苦不迭”，腦電極實驗就是一例：志愿者晚上要戴上電極帽，監測夜間睡眠期間動態腦電圖。由于頭皮上布滿了電極貼和導線，睡覺時會感到非常難受。在實驗高峰時，志愿者每月要戴7個晚上。

實驗一旦開始，除非遇到緊急情況，志愿者必須始終待在艙內，飲食起居一律模擬太空生活。他們不僅能“看”到飛船發射升空后地球被迅速地拋在身后的“情景”，還可在飛船“著陸火星”后踏上“火星表面”，模擬勘探“火星”過程。隨著飛船與地球“漸行漸遠”。志愿者在長期隔絕環境下的睡眠、飲食、情緒、工作和人際交往能力都是科學家的重點研究對象。

2010年12月初，模擬火星飛船實驗艙的電力系統突發故障，發出火災警報。艙內頓時一片漆黑，空調停止運轉，微波爐無法加熱食品，冰箱食品開始解凍，只有應急照明和應急通信還在工作。其實這是一次緊急情況演練。志愿者按照行動指南沉著處置。他們遠離火源，等待撤離。數小時后，啟動了一個冰柜，把速凍食品轉移到供電的冰柜中。一切處置完畢后，我國志愿者王躍在黑暗中彈起了心愛的吉他。

在模擬火星飛船實驗艙，除了內衣和規定的實驗服裝外，志愿者還可以穿著一些便服。由于艙內水源有限，志愿者每10天洗1次熱水澡，每3天換1次內衣，臟衣服和其他生活垃圾通過特定通道傳出艙外，不用洗。為了節約用水，志愿者在艙內每天運動大汗淋漓后只能用毛巾和紙巾擦身。

志愿者在艙內看不到日出日落，光暗周期發生變化，環境時間暗示也在改變，這些因素打亂了穩定的身心狀態，直接影響到志愿者體內的生物節律。這種變化規律也是實驗的重要研究內容。

所有艙內物資都是一次性裝載，飛行過程中不再補給。志愿者的食物是按照“國際空間站”的標準配備的，經過科學準確的計量后，裝了滿滿一個儲存室。實驗主辦方定好了食譜，值班的志愿者去儲存室里取第2天要吃的食物。食物保質期都在2年左右，不會有變質的問題。也可以從溫室里摘一些蔬菜搭配。一天三餐大家一起吃，食物以西餐為主。他們無法選擇自己想吃的食品，每一頓飯都由德國埃爾蘭根大學的一個醫療小組根據維生素和熱量的測試結果給他們搭配。如果志愿者不能嚴格按照這一規定吃東西，他們可能會在任務結束前吃光所有口糧。

志愿者對自己進行各種實驗，以便了解人類在長期太空任務中的身心需要

志愿者們一起進餐時親切交談

由于志愿者的食物大都以罐頭食品和脫水食品為主，很難吃上新鮮食品，因此艙內溫室里種植了少量蔬菜作為配餐。此外，種菜的另一個功能是改善單調環境對志愿者心理的影響。在模擬艙內，有一個艙可以種西紅柿之類的新鮮蔬菜。考慮到花粉過敏之類的問題，種什么植物要經過嚴格選擇并全程設計，一般都是像生菜和小西紅柿這些蔬菜。由于食品種類基本上是面包、奶酪、土豆和蘋果汁等，這些西餐不太適應我國志愿者王躍的口味，所以王躍說，很懷念艙外的食物，想念在北京吃的“拉條子”。

志愿者在艙內看不到電視，也無法上互聯網。中方實驗隊定期給王躍傳入電子新聞等，但由于通信的關系，所以難以保證及時收看到當天新聞。在2010年“世界杯”期間，足球迷王躍曾發郵件回“陸地”，說自己因無法收看比賽感到遺憾。不過，貼心的中方駐俄實驗隊定期把世界杯的文字報道以郵件的形式傳入艙內，王躍說，這仿佛雪中送炭，自己很開心。王躍愛好廣泛，他帶入艙內的物品除了國旗、日記本、攝像機和照相機之外，中國航天員科研訓練中心專門為他購置了大量書籍、歌曲和電影，灌制成光盤，供他閑暇時消遣娛樂，其中一部分是富有中國傳統特色的戲曲、相聲。他還把楊利偉的照片、中國結掛在艙內。“楊利偉是中國載人航天的代表人物，就像蘇聯的加加林一樣。照片和中國結不光是對我的一種激勵，也是告訴歐洲乃至世界宇航界的朋友們：我們中國人來了！”

志愿者們組建的小型國際樂隊

志愿者展示書寫的春聯

理發是志愿者們一大難題，頭發長時只能大家笨手笨腳相互理一理。有一次，意大利志愿者迭戈一上來就把王躍的頭發理禿了一塊，最后索性剪成了大光頭。王躍笑道：“這對于頭上戴電極、抹硅膠倒是方便。”

工作之余，志愿者們組建了一個小型國際樂隊，王躍擔任架子鼓鼓手，法國志愿者是吉他手，俄羅斯志愿者是貝司手，而主唱則由意大利志愿者擔任。“飛行”到100天時，王躍和同伴收到了一份特別的視頻“禮物”。3個白胡子老爺爺，手捧3束花，在視頻中對6位志愿者說了一段鼓勁兒的話。原來他們是長期密閉實驗的先驅、以烏里比謝夫為首的3位研究員，1967年3月他們曾進入50m2的艙內呆了整整一年。比起40多年前，沒有電腦、沒有電子書和沒有MP3，每天娛樂只能是看書和下棋的3個前輩，王躍他們的生活還算幸福。2010年7月，王躍過了一個難忘的生日，兔年春節也是在艙內度過的。中方為志愿者們提前準備了燈籠等極具中國特色的節日禮物。

除了私人空間、衛生間和沐浴不在監視之列，6名志愿者一直處于40多個攝像頭的監視之中。此外，一組俄羅斯心理學家也是一天24h待命，在需要的時候對志愿者進行心理干預。如果到了不得不直接干預的地步，這項實驗將被中止。在實驗期間， 如果有志愿者受傷或者患病，艙內的志愿者之一斯莫列耶夫斯基醫生會依照來自“地球”的治療建議進行處理。

2 中國的3項實驗

在“火星-500”的105項實驗中有3項是中國提供的，這是依據中國載人航天工程發展的實際需要和自身特色精心選擇的。這3項實驗是：長期密閉環境下人體中醫辨證研究、火星任務地面模擬環境對生物節律與氧化應激的影響研究；長期密閉環境對乘務組成員非言語交流的影響研究。

長期密閉環境下人體中醫辨證研究是用中醫的理論和視角，采取望、聞、問、切的診斷方法，研究長期密閉環境下人體生命活動的狀態，闡釋其特點及變化規律。這一實驗富有鮮明的中國特色，涉及到將來星際探索過程中能否擁有中國特有的醫學技術和經驗。在以往的任務中，已發現中醫藥在載人航天中有獨特的作用，我國研制的“太空養心丸”等中醫方劑已成為中國航天員重要的醫監醫保措施，中醫藥在航天醫學問題的干預與防護中已初顯作用。這項實驗室通過中醫四診儀完成望、聞、問、切的工作，它是把志愿者的舌相、面相通過四診儀記錄下來，將數據傳遞出來再進行分析。中醫是我國的傳統，在未來的長期飛行和深空探索中有它的優勢。從空間來說，其設備和體積更容易滿足某些要求。另外，中醫講究整體調節，能夠獲得對人體活動規律的辯證認識，有望為解決載人航天工程中人的健康醫療問題提供一些新的思路，做出新的貢獻。

據有關專家2011年11月5日透露，中方的3個參試項目均達到了預期目的，傳播了中國特色的載人航天技術與文化，對于積累航天醫學研究和工程研制經驗，提升我國載人航天的國際參與度都具有重要意義。承擔此項任務的中醫四診儀由道生醫療與上海中醫藥大學聯合研制，“火星-500”項目結束后，該設備還暫留俄方進行為期1個月的艙外實驗。

中國的第2項實驗，即在如此漫長的時間里人的生物節律和氧化應激如何變化也是各國普遍關注的。它實際上是研究深空探索對人的風險有多大、人所能耐受的極限有多大。眾所周知，日升而起，日落而息，人類在進化過程中形成24小時的太陽節律。但在密閉艙內長期生活，人的節律會發生變化。這種節律變化對內分泌有影響，進而影響到整個生理功能，但具體影響是什么, 現在誰也不知道，所以需要研究。通過采集志愿者的唾液、尿液和血液等指標，可以研究人體的節律變化和應激水平，觀察實驗過程中人的生物節律和氧化應激的變化。需要指出的是，并不是志愿者必須呆夠520天才叫成功，因為“火星-500”實驗本身就是一個科學探索，520天是一個設定的時間，志愿者如果能夠呆夠520天，這當然非常圓滿，但是中間一旦有問題，也并不標志這個實驗失敗，而是反映了人的耐受能力。既然是科學探索，它就會有不同結果，每個結果都是從不同層面揭示探索目的，進一步深化失重、受限等空間因素對生物節律的影響研究，從而建立有助于航天員維持最佳績效水平的對抗措施等。

王躍觀察植物

第3項實驗是首次研究長期密閉環境和不同文化背景對乘員組成員非言語交流的影響。人們很多時候的溝通手段是語言，但在長期封閉環境下，非語言交流會更加突出。人高興時會拍拍肩，不高興時會甩手，這都是情緒表達和反應的方式，也屬于非語言交流。這個實驗項目就是在艙里的不同時間、不同場景進行錄像，對這些圖像進行分析，觀察大家的行為特征有無周期性的變化。其中也有心理問卷調查表，要求志愿者回答。在這么狹小的空間進行非言語交流研究的機會非常難得，它有望通過不同層面、不同學科背景、不同知識領域來了解和認知人類之間的相互交流。將來，航天很可能走的是一條國際大合作道路，這也是從另外一個層面加深對人的認知。不同文化背景交流是一個非常好的平臺，它所獲得的經驗都能為將來深空探索或長期飛行任務中提供一些理論和技術的儲備。對于沒有參與過多國航天員合作飛行的中國而言，這一項目能大大豐富對人在密閉環境下的心理行為特點規律的認識。

中國志愿者王躍不僅要參與本國的實驗項目，還要作為被測試者參與包括美國、日本、韓國、白俄羅斯和馬來西亞等其他國家提供的實驗項目。例如，研究人員希望弄清楚激素水平的變化是否會改變一個人的心態或心情。為了查明這個問題，實驗期間會有20多名心理學家24小時不間斷地監視志愿者的行為，并調查導致人體的血壓升高的原因。以前人們認為，吃太多鹽會導致高血壓，科學家將借助這次實驗來檢驗這一說法是否屬實。

“火星-500”志愿者填問卷調查表

王躍進行心理測試

王躍教其他志愿者寫毛筆字

3 登陸火星的過程

2011年2月1日， 6名志愿者乘坐模擬火星飛船進入“環繞火星的軌道”。由于模擬火星飛船主艙沒有舷窗，志愿者是通過主艙的虛擬軟件，在電子屏幕上形象地觀察到火星由遠及近逐漸變大，飛行距離等參數也顯示在上面。當日還打開了模擬火星飛船內的模擬艙艙門，為志愿者登陸“火星”表面作各項準備。

2月12日，志愿者分成兩組，王躍與俄羅斯志愿者斯莫林斯基和意大利志愿者烏爾比納所在的小組將執行“登陸任務”，另一組志愿者則繼續“環繞火星飛行”。 出艙前，包括王躍在內的3個志愿者均接受了頭低位臥床實驗。他們穿著抗失重負荷服，平躺在床上，頭朝下12°，使更多的血液流向志愿者的大腦，開展模擬失重下的醫學研究，模擬長期零重力飛行時出現的肌肉萎縮。斯莫林斯基說他在整個模擬過程中并沒感到無聊，王躍通過教他學習中文來打發時間。

2月14日，身穿由模擬火星服的俄羅斯志愿者斯莫林斯基和意大利志愿者烏爾比納完成了第1次出艙的任務，他們將所有必要的設備從登陸艙內搬到“火星”表面。

2月18日，王躍與斯莫林斯基出艙“登上火星”，志愿者模擬出艙登陸的地點是火星“古謝夫隕石坑”，那里被認為曾經是遠古湖泊，美國勇氣號火星車2004年曾在此著陸。王躍與斯莫林斯基在模擬火星表面開展了勘察等科學研究工作:王躍遙控指揮火星車在“火星”上行駛，用磁強儀尋找“火星”正負磁場和水源，操縱機械臂采集土壤樣本，并用專門容器將其帶回登陸艙等。未來實際出艙的難點是躲避極端天氣，因為火星塵暴風速是地球上最大臺風的3倍，高達180m/s，平均溫度-62℃，而火星模擬艙除失重狀態外，可逼真模擬火星真實環境。隨后，王躍用漢語和英語向地球人致辭：“感謝人類的無窮的智慧，火星不再遙遠。”醫學檢查顯示，王躍出艙前的身體狀態非常好。

2月22日，斯莫林斯基和烏爾比納完成第3次出艙的任務，模擬了突發事件的應急處理。在這次出艙“登陸”時，有一位志愿者意外摔倒導致手部受傷，另一名志愿者必須對他進行照料，并幫助他站立和走到登陸艙。

2月23日，火星著陸模擬艙從火星表面模擬艙起飛。

2月24日，著陸模擬艙與主艙對接，對登陸火星志愿者進行檢疫隔離。

2月27日，隔離期結束，生活艙艙門打開，兩批志愿者會合。

3月1日，模擬火星飛船主艙與火星著陸模擬艙分離后，攜帶所有志愿者飛離“火星”，返回“地球”。

2011年11月4日“抵達”地球。在火星著陸模擬艙停留“火星”期間，志愿者除了出艙作業外，還要在艙內開展虛擬現實技術研究。著陸艙里設置了操作作業平臺，有頭盔顯示系統、操縱桿、監視器等。志愿者通過這些設備進行虛擬仿真操作，能模擬在火星表面搜尋水源、為受傷的志愿者提供遠程醫療救助，以及火星發生沙塵暴等情形。此外，志愿者還使用虛擬技術軟件，駕駛載人火星車在“火星”表面作業；模擬發生流星雨時，志愿者從“火星”表面緊急撤離的情況等。

其實，“火星-500”志愿者此行在心理和生理方面闖過了7關：“迅速適應新環境”關、“進入繞火星軌道”關、“火星著陸”關、“駐留”關、“疲勞”關、“回歸”關和“地面恢復”關。

其中“駐留”關的考驗是：火星引力可能使失重的人體及其適應性出現一定紊亂；火星磁場微弱，大氣稀薄，不能像地球那樣抵御宇宙射線的侵襲；飛船內的地球微生物可能“登上”火星，造成污染。因此，志愿者須按預定計劃及時解決這些問題，保證考察工作順利進行。所謂“疲勞”關是指完成火星表面考察任務的志愿者會有強烈疲勞感，此時急需相關藥物、器械和心理輔導幫助他們恢復。“回歸”關是指在“返回”地球的航程結束前2～4周內，志愿者會異常激動，這種情緒也會轉變成焦慮，這時需要采取必要的疏導防范措施。“地面恢復”關是歸來的志愿者應在“天壤之別”的環境中接受恢復性治療，并有可能長期接受心理輔導。

對于所有人來說，這些都是充滿危險的挑戰。但在真正的火星旅程中，人類所面臨的挑戰只會比這些更危險、更復雜、更難以預料。至少，實驗可因技術原因或志愿者身體不佳而中斷；每名志愿者都有中途退出的權利。但在真正的火星旅途中，一旦上路，就無法中斷行程，也無法中途退出。

志愿者準備進行模擬登陸火星

歐洲志愿者在模擬火星表面插歐洲航天局的旗子

4 取得重要的成果

在這次實驗中，6名志愿者進行了大量的實驗：監測大腦活動、檢查身體狀況、采樣各種數據、維護實驗艙的正常運行，等等，積累了很多研究數據，為深化航天醫學研究、探路火星實驗提供了有價值的依據。

法國工程師查爾斯在艙內進行空氣采樣

王躍與其他志愿者在實驗艙內看3D影像

6名志愿者成功完成了模擬前往火星并且返回的隔離任務，這表明在心理上，人類是可以完成前往火星并且返回的任務。他們平時各自完成相應的實驗任務，同時又密切開展協作，并與外部緊密配合共同確保了任務順利完成。俄羅斯、歐洲、中國三方管理機構也密切協作，確保了實驗的順利進行。該項目為未來前往火星的任務積累了重要的經驗，既體現在航天器與航天員之間的配合，也體現在地球上各國航天機構之間的密切合作。

“火星-500”中方項目負責人李瑩輝表示：“從神舟-8與天宮-1順利實施空間交會對接任務來看，神舟-9、10將會是載人飛行，以致以后的空間站會有更長的飛行時間。此次“火星-500”實驗取得的對于心理支持的經驗、技術、方法，對于今后神舟-9、10載人飛行任務會有非常好的借鑒意義。”

在“火星-500”結束后，中國航天員科研訓練中心專家歸納出實驗過程中的“十項最”和“七大怪”。

“十項最”

最“惱人”的實驗：這次105項實驗項目都要依靠志愿者完成，6名志愿者日復一日地抽取血液、尿液、唾液等，單調的工作難免讓人感到乏味，而身上佩戴的一些儀器設備也讓他們“叫苦不迭”。

最難忘的節日：兔年春節，王躍在模擬火星飛船的艙里度過，陪伴他的是5位外國同伴。大家掛燈籠、貼春聯，用漢語問好。

最緊急的情況：2010年12月初，實驗艙電力系統突發故障，發出火災警報。這次緊急情況演練，王躍和同伴按照行動指南處置。那一晚，他們在無噪聲的艙內睡覺。

最狹小的臥室：雖然模擬火星飛船有550m3，但王躍的個人臥室只有3.4m2。

最奇怪的墻壁：健身房里有一面看上去有點奇怪的墻。研究人員采取技術手段使它保持一定的濕度，以滿足一些微生物對潮濕環境的偏愛，他們在墻上放置了能夠抵御微生物的金屬盤。

最有趣的娛樂：西方萬圣節那天，王躍也加入外國志愿者的化裝“狂歡”中。

最意外的訪客：在飛行到第100天時，王躍和同伴收到艙外一份特別的視頻“禮物”，3位白胡子老爺爺，手捧3束花，在視頻中對6位志愿者說了一段鼓勁的話。原來他們是長期密閉實驗的先驅。

最有中國特色的項目：讓外國志愿者頗感興趣的就是中醫辨證研究。

最感人的話語：“萬一我暈倒，請在我沒有完全失去知覺之前把我運出來。”王躍清醒地進艙，他也要清醒地出艙。在俄選拔培訓期間，王躍有好幾次摔倒，可當時咬著牙念道：中國男人不能丟人！

最給力的支持：無論是王躍的同事朋友，還是社會上素不相識的人們，都以各種方式向王躍表達他們的關心支持。

“七大怪”

衣服不用洗：由于水源有限，每10天洗1次熱水澡，每3天換1次內衣，臟衣服和其他生活垃圾通過特定通道傳出艙外，不用自己手洗。

通信有時滯：為模擬真實的飛行狀態，與外界的通話設置了20min時滯，1條信息來回就是40min。

晝夜看不見：志愿者在艙內看不到日出日落，光暗周期發生變化，環境時間暗示也在改變。

蔬菜自己種：志愿者的食物大都以罐頭食品和脫水食品為主，很難吃上新鮮食品，艙內溫室里種植了少量蔬菜。

吃飯看菜譜：吃飯有嚴格的規定。實驗主辦方定好食譜，值班的志愿者根據食譜去儲存室里取第二天要吃的食物，種類有面包、奶酪、土豆、蘋果汁等。

讀的是“舊聞”：志愿者在艙內看不到電視，也無法上互聯網。中方實驗隊定期給王躍傳入電子新聞等，但由于通信的關系，難以保證及時收看到當天新聞。

“火星-500”全體乘員戴著有趣的紅色防護鏡亮相

2011年11月4日，“火星-500”志愿者走出實驗艙（秦憲安 /攝）

頭發互相理：理發成為志愿者的“必修課”。頭發長了，大家就相互理一理。■