準備二：解決太空輻射

張唯誠

弗蘭克·博爾曼是美國航空航天局“阿波羅8”號任務的指令長。“阿波羅8”號于1968年12月21日在佛羅里達州發射升空，在之后的6天里，“阿波羅8”號創造了歷史——它是人類第一個離開近地軌道，并繞月飛行的太空船。但是，領導這項任務的博爾曼在任務開始不久就感到惡心。1999年，博爾曼在一次采訪中回憶了當時的情況。他說：“我吐了好幾次，沒有人喜歡這樣，但嘔吐也并不是什么大不了的事。”

在太空中，重力非常弱，甚至根本感覺不到，所以區別上下毫無意義。宇航員經常失去方向感，他們也會因此感到惡心。

太空病并不是離開地球導致的唯一不適。2015年，美國航空航天局的一份報告列舉了30個可能導致宇航員生病和無法工作的因素，并且指出，類似的因素可能還有。在訪問火星之前，人們很難預測還會發生什么情況。

小心輻射

宇航員杰西卡·梅爾住在得克薩斯州的休斯敦，她為美國航空航天局設計培訓太空旅行者應對太空傷害的方案。梅爾說：“我們的目的是確保宇航員安全健康地返回地球。”

一些已知的風險非常棘手。除了太空疾病，還有輻射，它們是高能的亞原子粒子，會穿透宇航員的皮膚，破壞細胞。宇航員的骨骼和肌肉也會變得脆弱，因為他們的身體不再需要對抗重力。血液和其他液體會積聚在身體的上部，包括大腦的周圍，帶來的一個副作用就是宇航員的聽力有可能遭受損傷。

太空旅行還會帶來精神問題，損害心理健康。例如，宇航員共用狹小的空間，這會引發很多問題。密歇根州立大學的心理學家史蒂夫·科茲洛夫斯基說：“如果你和周圍人的關系不太好，你就會把自己隔離起來。”然而，在長期的太空飛行中，宇航員必須進行合作以完成各種任務。如果不能很好地協同工作，這些任務就難以正確完成或者按時完成。這位心理學家說，這可能使任務流產甚至危及宇航員的生命。

今天的宇航員可以訪問國際空間站，它在離地球381千米的軌道上運行。乘飛船到那里只需要不到1天的時間，而且大多數宇航員都不會在那里待1年以上。去月球旅行需要3天至5天，未來針對小行星的航行可能需要數周時間，然而火星任務可能會持續3年。

隨著宇航員在太空中待的時間越長，他們的健康風險就會增加，而最危險的就是眾所周知的輻射。

地球上的生命之所以免受太空輻射的傷害，是因為受到了一個巨大而又很不對稱的泡狀物的保護。這個泡狀物被稱為磁層，它圍繞著地球，像一個遮蔽物那樣偏轉了大部分從太陽流向地球的高能粒子。

太空中的宇宙射線有些還來自銀河，這些強大的能量爆發產生于更遠的深空，科學家仍在尋找這種輻射的源頭。和太陽輻射一樣，銀河宇宙射線也會對人體內外造成傷害，它們也同樣被地球的磁層所偏轉。

然而，火星之旅會遠遠超出磁層保護的范圍，從而使宇航員暴露在輻射之中。

磁層中有兩個“范艾倫帶”。美國航空航天局蘭利研究中心的工程師麗莎·卡內爾說：“一旦你穿過了環繞地球的范艾倫帶，你就沒有更多的保護了。”

想出什么辦法了嗎？

卡內爾研究深空輻射，研究在太空中罹患輻射疾病的風險。她在實驗室里模擬深空，包括向一些目標，例如普通物體和人體組織樣本發射高能激光。與失重狀態下的常規太空疾病不同，輻射可以導致惡心、嘔吐和器官損傷；也可能損害心血管系統，包括心臟和肺；還可以破壞中樞神經系統，包括大腦和脊髓，從而削弱宇航員清晰的思考能力。

銀河宇宙射線可以產生大小不同的粒子。卡內爾把它們比喻成隱形的子彈，發射它們的“槍”隱藏在深空中。她說：“槍有不同的類型，它們帶來的傷害也不同。”

宇宙射線中的小粒子是原子的一部分，最簡單的可能是孤立的質子或電子，較大的可能包括鋰、碳或鐵原子的核。卡內爾把這類粒子比作步槍子彈。

她說，實驗室的研究顯示，這種粒子束會使老鼠患上癌癥。但目前，科學家還沒有發現宇航員癌癥發病率上升的證據。就目前的情況看，宇航員在太空停留的時間并不長。雖然有人在國際空間站待了幾個月，但他們仍然受到磁層的保護。

火星遠遠超出了可以得到保護的范圍。“好奇”號探測器收集到的數據顯示，火星表面的空間輻射水平很高，這表明去火星的宇航員將面臨很高的罹患癌癥的風險。

太空任務必須避免宇航員受到輻射的侵害。工程師正在尋找多種方法來實現這一目標，每一種方法都有利有弊。例如，使用厚實的材料建造太空船和太空服可以有效保護宇航員，但這樣一來，太空船就可能很沉，發射的費用很高，太空服也很笨重。

另一種解決方案是設計和使用能偏轉更多輻射的新材料，但開發這種材料需要時間和金錢，而前往火星，人們似乎越來越迫不及待了。美國航空航天局計劃在未來15年內把人送上火星，SpaceX則希望在2020年之前讓人們前往火星（2018年年初，他們發射了世界上最重的火箭——“獵鷹重型”，其載荷是一輛跑車）。第三種解決方案是開發一種藥物，可以在宇航員的身體內阻止輻射的傷害。但目前，這種藥物還不存在。

而且，即使有了藥物，也有其他理由來拒絕使用它。在太空中，宇航員的尿液需要循環成飲用水。科學家必須保證它們每次經過身體時，任何針對輻射的治療都是安全的。卡內爾說：“我不認為我們會完全消除風險，我們的最終目標是盡可能地降低風險。”

除了輻射外，宇航員還面臨著其他健康風險，包括骨質和肌肉的流失。梅爾說，國際空間站上有可以減少這種流失的設備，它叫“先進抗力鍛煉設備”（Advanced Resistive Exercise Device），簡稱ARED。這是一種先進的產生抗力的運動裝置，它用真空管提供抵抗力來用于健身。使用這種設備的宇航員會感覺到重力的存在，就像在地面的健身房中一樣。

國際空間站上的宇航員每天要花2小時使用ARED，以起到減少肌肉或骨骼流失的作用。梅爾說：“這是我們已經解決的重要問題之一。”

國際空間站有足夠的空間容納ARED。但第一個前往火星的宇宙飛船不會有那么大的空間，所以工程師正在為這種飛行器開發更小的運動設備。梅爾說，對在太空中生活的人來說，鍛煉始終是至關重要的。