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太空实验如何完成？航天员有哪些医疗“护航神器”？一文了解“太空出差”

太空探索，步履不停。中国载人航天工程自1992年立项实施，已有4000余项成果广泛应用于国家各行各业。目前，国家太空实验室已正式运行，截至目前中国空间站在轨实施了哪些空间科学研究与应用项目？太空实验是怎样完成的？在哪里完成的？在中国空间站应用成果方面，对空间生命科学的探索是焦点之一，在这里，航天员是重要参与者。太空出差半年，在轨期间航天员有哪些医疗“护航神器”？失重环境下，航天员如何对抗“空间适应综合征”？航天员是如何在空间站里进行细胞实验的？

在8月18日下午举行的载人航天工程空间应用与发展情况介绍会上，相关负责人介绍了整体情况。

国家太空实验室正式运行 学科覆盖全面

中国载人航天工程新闻发言人 林西强：我们建立了独具中国特色的近地空间科学与应用体系，建成了功能完善、性能国际先进的国家太空实验室研究平台，学科覆盖全面。中国空间站舱内25个科学实验机柜与一系列舱外设施接口，能够支持空间生命科学与生物技术、空间天文与天体物理等诸多学科方向的研究与应用，每一个实验柜或舱外设施都可以说是一个综合实验室。

林西强介绍，截至目前，空间站已安排在轨实施了110个空间科学研究与应用项目，涉及空间生命科学与人体研究、微重力物理和空间新技术领域，获得原始实验数据近100TB，下行了近300个实验样品，部分项目已取得阶段性应用成果。

在空间生命科学领域，实现了水稻“从种子到种子”的全寿命周期培养，在功能基因调控方面的发现有望促进地面新品种水稻株系培育和高产增收；在人体研究领域（航天医学实验领域），开展了长期航天飞行条件下失重、辐射等复合因素对航天员健康、行为与能力的影响等原创性机理探索和应用基础研究，在人体心血管、骨骼等方面获得了航天医学新发现，发展了航天员健康维护新方法新技术；在空间材料科学领域，首次获得壳核结构组织相分离合金材料，有望为航空航天、核电等行业有关相分离合金材料研发提供理论和技术支撑；在空间新技术领域，空间高效自由活塞斯特林热电转换试验相关效率指标达到国际先进水平，为未来载人月球探测与深空探测任务积累了技术基础。

太空实验如何完成？在哪里完成？

太空实验是怎么完成的？在哪里完成的呢？目前，中国空间站组合体由天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱和神舟十六号载人飞船、天舟五号货运飞船、天舟六号货运飞船组成“三舱三船”全新构型。

这是天和全景摄像机拍摄到的核心舱与机械臂的同框画面，舱外摄像机拍摄到的神舟十六号载人飞船，停泊在核心舱节点舱的径向对接端口。

中国空间站取得丰富科技成果，离不开“三舱”中的两个实验舱。问天实验舱是中国空间站的首个科学实验舱，由工作舱、气闸舱和资源舱组成，起飞重量约23吨。问天实验舱主要面向空间生命科学研究，配置了生命生态、生物技术和变重力科学等实验柜，同时可作为天和核心舱的备份，对空间站进行管理。

梦天实验舱是中国空间站的第二个科学实验舱，由工作舱、载荷舱、货物气闸舱和资源舱组成，参与空间站组合体管理，货物气闸舱可支持货物自动进出舱。它主要面向微重力科学研究，配置了流体物理、材料科学等多学科方向的实验柜。

太空实验室全能多面手：航天基础试验机柜

中国空间站已安排在轨实施了110个空间科学研究与应用项目。在这些科学实验中，有一部分实验必须要用到一个重要的试验设备，叫“航天基础试验机柜”。

如果把空间站比作一个国家级的太空实验室，那么位于梦天实验舱的航天基础试验机柜，就是一个处在空间站当中的小型试验平台。机柜高约2米、宽约1米，设计寿命为15年。机柜最多可以容纳13个载荷，首次任务中搭载了5个技术实验项目，其中多个项目是国际首次在轨进行。目前，机柜状态良好，在首批实验项目完成后，还将持续进行各类航天技术试验。

太空出差半年 航天员有哪些医疗“护航神器”？

中国空间站从建造阶段开始，就有序开展空间生命科学实验研究。在中国空间站应用成果中，空间生命科学方面的探索受到重点关注。在这个过程中，航天员是空间科学研究和实验的重要参与者。目前，航天员“太空出差”一般要持续半年左右，在轨期间，他们非常重要的一项工作就是时常关注自己的身体状况，空间站太空医学诊疗设备就是为此研制的。太空出差一去就是半年，航天员有哪些医疗“护航神器”？

从进入载人飞船起，航天员中心医监医保团队就开始关注航天员的身体状况。通过与飞船连接的穿戴式监测装备，地面科技人员可以及时掌握航天员任务期间的心率、体温、血压、呼吸等重要身体指标。

中国航天员科研训练中心助理研究员 轩永：这是背心，采集模块跟背心配合，负责信息的采集处理，储存模块负责存储，比如在返回过程中，飞船进入黑障，信息中断的时候，通过它来把信息数据存储下来，方便地面进行分析。

进驻空间站后，需要掌握的航天员身体数据从4项增加到了17项之多，如果按照地面标准，这些设备会占用大量空间。因此，在空间站使用的医学诊疗设备必须能够满足小型化、集成化的要求，才能节省宝贵的在轨空间，并有效为航天员提供服务。

中国航天员科研训练中心助理研究员 轩永：我们做了一个高度集成化的设计，这个就是我们的12导心电仪，它集成了常规的12导心电、运动心电、心电holter（动态心电图）、急救心电4种设备，通过集成化设计，集成到这么一个小型化设备上来。

中国传统医学的在轨应用是航天医学科学体系的重要组成部分，通过太空中医诊疗设备终端，中医经典的“望、闻、问、切”诊疗手段，在中国人的“太空家园”得到实现。

中国航天员科研训练中心助理研究员 轩永：通过面窗，可以采集到面相舌相，通过脉象采集单元，可以采集到脉搏，通过软件，我们设置了一个问诊量表，就可以实现我们的“问”。

目前空间站上使用的太空医学诊疗设备，都是依照空间站运行寿命来设计的，随着空间站应用发展不断推进，技术团队也将不断对在轨太空医学诊疗设备进行升级和迭代。

失重环境航天员如何对抗“空间适应综合征”？

人类进入空间失重环境后，机体会发生“空间适应综合征”，包括持续发生的骨代谢失衡和肌肉萎缩，这是航天员面临的重要挑战之一。为了保证航天员长期在轨工作，航天员科研训练中心做了大量科研工作，不断更新技术设备。那么失重环境下航天员如何对抗“空间适应综合征”呢？

航天员骨质丢失是失重生理效应之一。正常造骨需要骨膜接受重力和其他机械刺激。失重时骨膜失去重力刺激，造成骨质疏松，尿钙、粪钙排出量增加，骨骼脱钙，骨密度下降。

中国航天员科研训练中心研究员 中国载人航天工程航天员系统副总设计师 李莹辉：由于没有重力，会导致随着时间延长，肌肉萎缩、骨骼丢失、骨钙质流失的问题越来越严重。所以为了确保航天员健康，我们一直在不断发展有效的防护对抗措施。从这几次飞行状态来看，措施还是非常有效的，他们的体力，包括对重力再适应的能力都在不断增强。

中国航天员科研训练中心基于骨液流震动原理研发了骨丢失对抗仪，通过在轨对骨液流的震动刺激，引发细胞相互作用，达到对抗骨丢失的目的。

中国航天员科研训练中心副研究员 张洪玉：这个设备主要基于高频、低幅、短时的力负荷刺激，增强骨内细胞的活性。放在小腿胫骨，对它进行力学刺激，提高骨内营养分子流动，提高成骨细胞活性，来达到增加骨质骨量的目的。对机体胫骨位置击打，对整个下肢机体都是一种保护。

我们常说“骨肉相连”，人在太空中失去重力束缚后，不光会出现骨丢失的情况，肌肉萎缩也会随之而来。通过高精度扫描，科研人员可以对航天员的下肢进行三维建模，准确掌握航天员下肢肌肉变化情况。

航天员科研训练中心研究发现，与肌肉相连的结缔组织的刚度、硬度，对于航天员肌肉力量的维持也非常重要，并首次获取了航天员跟腱形态随着太空飞行时间的发展变化特征。

经过长期空间飞行，航天员的跟腱将会变得更细、更容易拉伸，这对肌肉力量的传递、存储、释放的效率都会造成影响。对此，在科研人员的针对性指导下，航天员通过大复合抗阻力运动，使得肌肉、筋膜、跟腱等各个组织都得到全面有效的锻炼。

中国航天员科研训练中心研究员 李志利：我们建立了失重状态下的运动生物力学仿真模型，反推出航天员在轨锻炼时候的肌肉的用力程度，这样就知道整个运动过程中每块肌肉的用力特征，对于分析肌肉的萎缩以及指导航天员锻炼有很好的意义。

航天员如何在空间站里进行细胞实验？

航天员进入空间站之后，做的第一个实验就是细胞研究实验，目前，我国已在轨实施了多个航天医学细胞学实验项目，不仅为航天员的身体健康防护提供了重要的研究平台，也可为大众健康作出贡献。航天员如何在空间站里进行细胞实验呢？

中国航天员科研训练中心研究员 谭映军：航天员叶光富手上的这个模块就是细胞实验单元。它包括细胞培养样本，我们能够自动取样，固定这一套完整的试剂，都集成在这一个小小的方盒里。细胞培养单元随航天员上天以后，需要安装在核心舱的培养装置里开展实验，我们一次能够安装13个这样的实验单元。这个培养装置是一个自动化培养装置，能够自主建立满足航天一些实验需求的培养环境，包括温度和二氧化碳的浓度，这个设备集成了一个重力对照系统，能够在天上实验期间建立一个0—2G的人工重力环境，满足空间重力对照的实验需求，同时我们还集成了一套在线样本显微观察记录装置，能够在实验期间自动记录样本的实验情况。

目前我国将人多能干细胞来源心肌细胞、皮肤干细胞、成骨细胞、人骨骼肌卫星细胞等细胞和人工血管芯片送上太空，在轨开展了微重力诱导心血管紊乱的细胞学机制及其防护药物筛选、空间微重力环境下皮肤干细胞的生物学效应与分子机制等细胞学实验研究。

中国航天员科研训练中心副研究员 王春艳：视频中，航天员张陆在神舟十五号任务中在轨进行血管器官芯片操作，这个芯片是我国自主独立研制的，在神舟十五号任务中，我国第一次在轨实施了器官芯片项目，也是国际首次在轨开展人工血管芯片研究，它也标志着我国成为世界上第2个具备在轨开展器官芯片研究能力的国家。

人工血管芯片研究主要针对航天员长期空间飞行后导致的身体反应，对通过药物防护等方法帮助航天员保持身体机能、重新适应地球重力环境具有重要意义。同时器官芯片在地面也可以应用于建立疾病模型、进行药物筛选、评估药物效果等研究，服务于大众健康。

来源： 央视新闻