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中国空间站航天医学实验领域第一批项目指南问答

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仙女座 发表于 2019-3-22 19:12:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
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  2018年3月19日,我国空间站航天医学实验领域第一批项目指南正式对外发布,邀请国内有能力从事相关项目的科研实体参加竞争择优。
  从项目申报到搭载飞天,需要经历哪些环节?我国未来空间站航天医学实验领域将包含哪些医学项目?这些医学实验对空间站硬件和航天员提出了哪些要求和挑战?……就这些问题我们邀请载人航天工程航天员系统副总师、中国航天员科研训练中心航天医学基础与应用国家重点实验室主任李莹辉研究员进行了权威解答。
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图1:中国空间站示意图

这次实验指南中的项目包括长期失重航天员健康影响与防护技术研究、空间辐射对航天员健康影响与防护技术研究、航天员行为与能力研究、先进在轨检测与医学处置技术研究、传统医学航天应用技术研究等。这包含着怎样的战略考虑?总体上具有哪些特点?预期要达到哪些目标和成果?
  专家解读
  空间站建设期,航天医学实验任务以保障航天员长期在轨驻留能力为核心,以健康维护技术研究为主线,系统策划、统筹布局实验项目。5个应用方向、30个实验项目覆盖了制约人类长期航天飞行“人-系统风险”机制及其关键科学问题,系统收集、积累空间环境效应及人因研究数据,建立较为完善的“人-系统风险”评估体系,开展创新性防护技术研究,为长期航天飞行进行理论和技术储备。
  空间站航天医学实验总体规划的5个方向的总体考虑为:
  针对长期飞行对航天员健康影响与防护技术研究,瞄准长期飞行的医学风险,系统开展失重生理效应、机制、防护新技术前沿研究,发展医学风险的预测、评估与减控能力。在研究内容上,通过多层次、多系统、谱学筛选与聚焦靶点等相结合的系统深入研究,努力实现失重生理效应与防护的理论创新和技术发展。
  针对空间辐射对航天员健康的影响与防护技术研究,瞄准辐射风险可接受水平确立与辐射防护难题与热点。在辐射剂量方面,以人体辐射敏感器官剂量测量技术为突破口,积累我国轨道长期飞行的人体组织器官剂量,建立相关辐射安全评价方法;在辐射生物效应与防护方面,开展辐射敏感器官损伤机制与防护新技术研究,为后续深空星际探索奠定理论技术基础。
  针对航天员行为与能力研究,瞄准航天飞行人-系统作业主要风险,聚焦长期飞行人的行为能力变化及其测评和调控技术、未来智能化人机交互与功能分配等热点问题,开展探索性研究,获取人在空间能力发挥要素的新认识,研发有效的行为与绩效维护新技术,为实现航天飞行中人-系统的高效整合提供有力技术支撑。
  针对先进的在轨监测与医学处置技术研究,建设期主要瞄准人体健康精准在线监测需求,发展高敏感性芯片技术、长时间动态可穿戴监测技术等健康监测发展热点,研发适宜于长期飞行的航天员健康监测新技术。
  针对传统医学航天应用技术研究,发挥“中医治未病”的优势,建立基于传统医学理论与方法的航天员健康诊断与评价技术,发展面向长期飞行的航天医学问题防治的药物、穴位刺激、导引等新方法。
  综上,航天医学实验聚焦长期载人航天飞行的医学问题,从人体效应观察到生物学机制研究、从理论探索到防护技术应用、从健康诊断评估到医学干预技术研究,统筹布局,系统地开展航天医学实验五个方向的研究,确保能够代表当前航天医学领域的理论和技术发展前沿需求,具有较强的创新性和工程可实施性。
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图2:空间医学实验项目流程

现有规划中,在航天医学领域将有哪些原创性的、或者更具特色的空间项目?
  专家解读
  原创性的空间项目很多,比如瞄准骨骼的内分泌功能和骨骼的生物力学响应适应机制、心血管整合生理调控机制、干细胞在失重环境下的生理效应等当前国内外生物医学研究的热点,有望取得创新性的理论成果;实现医学样本采集与处理、在线分析以及数据处理与信息传输等功能的整合,实现生理、心理和行为能力指标参数的高度融合,在设备开放性、功能拓展性等方面有望取得重要技术突破;吸纳柔性生理信号采集技术、可穿戴式生物传感器技术、体感识别、生物仿生、微流控芯片技术、增强拉曼光谱技术等先进技术,部分技术有望在航天领域首次应用。
  航天医学实验领域项目研究还将突出中国特色医学。航天实践表明,发挥传统医学的优势,深化航天医学研究,具有广阔的应用和发展空间。研究面向长期航天飞行任务的对抗措施时,更应关注多生理系统、多因素及多种对抗措施之间的相互影响和关系,而注重预防和整体调节的传统医学技术无疑具有得天独厚的优势。
  同时,一些效果良好、科学依据充分诸如导引、冥想、瑜伽、推拿等身心疗法,资源占用少、简便易行,也很适合在航天中应用。再如将穴位疗法与织物式柔性电极结合,会发展为新一代舒适型可穿戴健康调理服。因此,在航天医学实验领域中专门设置了传统医学方向,旨在研究如何更好发挥利用传统医学注重预防和整体调节的优势,充分彰显中医和其他传统医学的作用,服务航天和人类健康。
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图3:航天医学实验设备舱内布局示意图

实验项目从启动申报、筛选、确定飞天是一个怎样的过程?如何才能满足空间应用需求?科研实验所需支撑硬件研制有何计划?
  专家解读
  在上级主管部门组织下,航天员科研训练中心作为航天医学实验领域总体单位,向国内50余家相关单位多次开展项目征集工作,涉及专家200余名。按照瞄准世界航天医学前沿、增强自主创新能力、注重系统性、连续性和可行性的总体思路对征集的项目进行了遴选,形成了航天医学实验领域的5个研究方向,11个研究主题和第一批项目指南。
  航天医学实验项目领域成立了航天医学实验领域专家委员会及专业专家组两级专家组,将在上级管理部门指导下,充分发挥两级专家的智库把关作用,按照“综合立项论证”、“地基实验”、“天基实验准备”、“任务实施”等四个阶段实施。
  航天医学实验项目应面向任务需求开展研制,为解决制约人类长期太空飞行的重大航天医学问题开展前沿探索,并且应符合上下行载荷限制、航天员操作需求、在轨工作时间等资源条件,具有工程可行性。同时作为国家工程,研究项目的实施不仅支撑载人航天的后续发展,也应该能够具有服务大众健康、提升人-系统能力等应用转化的社会价值,产出良好的社会效益和经济效益。
  2018年3月19日,工程总体关于空间站工程航天医学实验领域第一批项目指南发布公告在载人航天工程网发布。目前,在项目申报规定期限内,共有65家单位向领域总体单位提交了167份申请书,申报单位涵盖了17所科研院所、34所高等院校、11家医院和3家企业。
未来中国空间站将面向所有联合国成员国开放,供其进行太空探索和利用。除了国内科研机构参与,未来是否会有国际性的医学实验参与进来?未来将如何共享科研成果?目前对于国外机构参与中国空间站医学项目有哪些初步的要求和考虑?
  专家解读
  航天医学实验任务已根据我国航天医学实验发展需求,瞄准长期飞行的航天医学前沿热点和技术高点,提出了国际合作项目规划。目前我们已与俄罗斯生物医学问题研究所(IMBP)、法国国家空间中心(CNES)、德国航天医学研究中心(DLR)、欧洲航天员中心等多个国际医学机构、团队和相关大学建立了良好的合作关系,开展了实质性合作。
  在合作模式方面,基于我国当前技术基础和空间站建设规划,针对我国优势技术方向,一方面可以充分吸引优势项目开展探索研究,另一方面可以发挥引领作用,提供对外服务,从而提升应用效益,扩大载人航天影响力;对于个别技术短板,利用空间研究平台,积极引进先进技术,开展合作研制,迅速提升平台能力,实现跨越式发展。
  在合作对象方面,与不同国家/地区和组织机构开展多模式针对性合作,既可选取国际上最优团队、已往有良好合作基础并已取得创新成果的团队开展合作;也将利用联合国外空司这一渠道,与第三世界各国搭建合作平台。
这些医学实验对航天员带来了哪些挑战,航天员将如何开展针对性训练?
  专家解读
  在轨进行航天医学实验,一方面会增加航天员在轨工作负荷,重复繁琐的实验操作,对航天员的体力、技能、决心、意志力都会是一种挑战;但另一方面,有趣的科学研究有助于航天员享受探索带来的乐趣,而且一些心理研究项目也可以缓解航天特因环境对航天员带来的影响。
  对于在轨开展航天医学实验,航天员要进行针对性的训练,尤其是专业技能的培训。这就要求航天医学实验项目的操作流程设计更加合理,培训教材编写更加细致,并且创建更加真实的地面训练环境,以开展单项实验训练的支持、机柜条件下的综合训练支持、实验设备维修训练支持等。
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图4:航天员陈冬正在进行脑力负荷实验

未来空间站预装了哪些实验设备,保证空间实验条件和效果?
  专家解读
  支撑空间实验的硬件条件主要从任务要求、功能定位、资源约束、研制模式与研制途径等方面对进行了总体策划。目前规划、设计了6大类医学实验设备,包括综合管理设备、生理学研究设备、航天员作业能力研究设备、医学样本制备与分析设备、体液检测设备和辐射研究设备,并与航天员系统、空间应用系统开展了充分的资源整合,统筹设备使用,提高效益。
如何做好空间站在轨规划、运营?
  专家解读
  针对空间站任务时间跨度长、每次飞行人数有限的情况,按照需求紧迫性、项目可行性、成果创新性等原则有序实施。在空间站关键技术验证阶段,重点安排需要持续获取研究数据的长线研究项目,技术成熟度较高、有望获得突破性成果的创新性项目,成果能够为提升航天员保障技术提供支撑的人体实验项目等。空间站建造阶段,重点安排为空间站运营期、载人登月及星际飞行等长期载人飞行任务进行健康保障技术储备的项目。对于创新性较强,但工作基础偏弱或空间平台资源暂时难以满足要求的项目列入运营期实施。
  在实施过程中,我们将始终保持航天医学实验项目的开放性,对重大创新项目建立绿色通道;同时加强研究成果评估,实现航天医学实验项目研究的滚动、可持续发展。(李莹辉)
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中国载人航天
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