火星旅途艱險　健康怎樣保證

劉聲遠

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挫折。

充滿風險

但在現實中，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。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，太空中的微重力和輻射就成為很大的擔憂：微重力導致宇航員顱內堆積體液，這可能引發視覺障礙;在整個行星際旅途中，宇航員都會被高能帶電粒子持續轟擊，因為這些粒子能輕易穿透飛船的保護殼。科學家尚不清楚這種粒子輻射的危害究竟有多大，但實驗室研究表明，太空輻射會增加宇航員患癌癥和其他疾病的風險。

載人火星任務的時間之長也意味著風險。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險也大得多。火星與地球之間的距離是月球與地球之間距離的大約600倍，從火星發出的光速通信信號要20分鐘后才能到達地球。因此，一旦火星機組出現緊急情況，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人員死亡。

盡管有這些風險，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年前后執行載人火星任務。為此，該局科學家正在研發載人火星之旅所需的一系列醫療設備和藥物。必須承認，載人火星之旅的醫療裝備仍處在早期研發階段，其中一些項目可能完全行不通，例如萬能診斷手杖仍是一個遙遠的夢想。但科學家正在研發反重力太空服、抗輻射藥物和微型醫療工具，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

在微重力環境中飄浮看起來是那么輕松愜意，但實際上對健康很不利。當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，蘇聯的“聯盟9號”機組在太空生活18天（這創下了當時的紀錄）后返回地球，當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，顱內壓因此增加。這種感覺有點像是人坐在椅子上，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重退化。

下身負壓服使用真空壓強令受試者的體液流向足部，從而模擬引力效果。

科學家推測，眼球后面的壓力持續升高會造成視覺障礙，例如大約半數太空宇航員所出現的遠視。能感知引力的內耳前庭器官在平衡和運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，例如下身負壓艙。該裝置向人的下半身施加真空壓強（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壓艙地面，從而讓體液流向腿足。

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

需要在下身負壓艙中待多久，才能讓人體免遭體液在太空中上升到頭部所帶來的負面效應？科學家對此還不清楚。但考慮到待在下身負壓艙里可能是一天中大部分時間的要求，科學家已研發出在日常活動期間可以穿戴的下身負壓服雛形。它包括有內置鞋和環腰密封器的兩條工作褲。真空壓強迫使穿戴下身負壓服者的體液流向足部。科學家說，雖然下身負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）更容易被送到太空。

通過讓人體旋轉，離心機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開始建造并測試的載人火星飛船，其最終目標是同時運送數十名宇航員前往火星。一旦抵達火星，飛船上的推進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。

離心機通過離心力來模擬重力。當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，水桶到達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微重力的離心機的外形有點像一臺旋轉木馬，但旋轉的不是小馬，而是床。“騎馬人”躺在床上，頭朝“旋轉木馬”的中心。“木馬”旋轉，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對人的引力。發射一臺房間大小的離心機到太空飛船上，比發射一件下身負壓服困難得多。但一些科學家認為，全身離心體驗有助于對付下身負壓服不能解決的問題（如內耳問題）。

為了調查離心機對感覺控制的效果，科學家讓22名志愿者在離心機上躺了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總共30分鐘。另外6名未被旋轉。在志愿者躺上離心機實驗前后，科學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數據。雖然測試數據還很有限，但看來人工重力對運動控制有幫助。

抵御輻射

微重力對火星機組可能會是一個挑戰，但宇航員對這個挑戰很熟悉，畢竟很多宇航員都已在太空接受了微重力的考驗，科學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險。

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。它們可殺死細胞，或在DNA內部導致變異。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，基本上避開了這些小小的“宇宙核彈”。但在前往火星途中，預計宇航員每天所接受的輻射量幾乎達2毫西弗，相當于每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。火星之旅卻要漫長許多，科學家尚不確定宇航員在此期間會遭遇多么嚴重的深空輻射傷害。但通過對動物和細胞的實驗，科學家判斷結果不妙。

在2018年進行的這類實驗中，模擬太空輻射的粒子束損害了心臟和血管組織，這表明火星機組在任務過程中患上心血管疾病的風險較高。在2019年進行的一項同類實驗中，接觸模擬深空輻射的實驗鼠顯示出認知功能損傷。還有大量動物實驗數據表明，深空輻射可能引發肝癌、肺癌和腦癌等多種癌癥。

大約30名非醫學人士從一個旨在幫助宇航員的軟件系統學習緊急救助。經過幾個月訓練后，他們表現出色，只在插呼吸管和靜脈插管方面表現不是太好。

這看起來很恐怖，但動物和細胞實驗結果并不等同于人體實驗結果。實驗鼠不是人，培養皿中的腦細胞也不是大腦。另外，在動物和細胞實驗中，動物或細胞是一次性或在數周或數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接受低劑量輻射，因此兩者有本質區別。不過，由于動物和細胞實驗結果令人擔憂，因此科學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。可選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面效應。

就算是漿果類所含的天然抗氧化劑，也可能有幫助。在2017年進行的一項記憶能力實驗中，連續四周食物中被添加凍干藍莓粉，然后接觸高劑量輻射的實驗鼠比不添加天然抗氧化劑的實驗鼠表現優異。在測試中，實驗鼠看到兩個物體：其中一個它們以前見過，另一個則沒見過。被喂食藍莓粉的實驗鼠，把70%的探索時間花在對未見過物體的探索中，這對認識舊物體（之前見過的物體）的實驗鼠來說并不意外，而未被喂食藍莓粉的實驗鼠，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。科學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。如何挑選出最優的抗輻射藥物或最優藥物組合呢？科學家仍在探索中。

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。但火星機組必須在沒有地面控制中心指導的情況下獨自應對突發疾病和傷害。

訓練成功率

火星機組可能會包括一名醫生，但醫生也可能會得病，而且火星機組的醫生必須是個萬能醫生。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、建議醫學檢查、做出診斷和給出療法的人工智能系統。不過，這樣的系統距離現實依然遙遠。

目前，被用于醫院和診所的最先進的癥狀檢查工具是“視覺Dx”。視覺Dx的使用者回答關于患者的一些問題（例如癥狀和人種），篩選可能的診斷結果。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果。視覺Dx的研發者已經設計了一種可在不聯網的情況下，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果（例如不會考慮熱帶傳染病，因為深空和火星都很寒冷），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石等疾病。

為幫助宇航員進行急救和醫學檢查，科學家研發了一種名叫“自主醫療官支持”（簡稱AMOS）的軟件系統。該系統的初級版本采用圖片和視頻，教不懂醫學的人學會進行眼睛檢查和插呼吸管等。科學家對30名非醫學專業志愿者測試了AMOS的雛形。在測試中，AMOS教這些志愿者學習怎樣執行多個醫學程序。學完后3-9個月，這些志愿者再次執行這些程序，可以借助AMOS，以此模擬宇航員在實際飛行前的AMOS訓練，和在執行火星任務過程中緊急情況出現時的醫學應對。

大約80%的志愿者準確執行了眼睛檢查和超聲波檢查。大約70%的志愿者正確進行了靜脈插管，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，成功執行了腎和膀胱超聲波檢查。

在執行醫學檢查時，宇航員將不會擁有科幻影片中巨型飛船上那樣很地球化、設備很完整的醫務室，而是需要安裝在并非寬敞的飛船上的微型醫療設備。在飛船的醫學成像方面。現在科學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。標準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APP上。

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

大獵鷹飛船

新型超聲儀“蝴蝶智商”運用一根包含一塊芯片、發出蜂鳴聲的探頭產生各種頻率的超聲波。來進行全身掃描。“蝴蝶智商”比目前國際空間站上的超聲儀小巧和容易使用。

一家正在研發用一滴指尖血探查多種疾病化學指標的芯片（信用卡大小）的公司，也在為宇航員研發便攜式查血芯片。

一家公司正在研發信用卡大小的芯片，來探查一滴血中多種疾病的化學標志物。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志物后發出熒光。血液中該標志物濃度越高，熒光越亮。閱讀器將熒光信號轉譯出來。該芯片可檢測心臟病、肺部血栓及肝腎問題。美國宇航局計劃于2022年執行的載人月球任務，將可能使用包含該芯片的急救包。因為這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。不過，科學家依然有至少十年時間來研發微型醫療設備和火星飛船醫藥箱。我們有理由相信，載人火星之旅遲早會成行。