人类首次模拟“火星之旅”实验获得成功

□□历时520天的“火星-500”项目于2011年11月4日顺利收官。这项实验取得了完美的成功，证明了航天员能够应对漫长火星之旅引发的孤独、沮丧等心理不适，从而对密闭环境下人的自身极限能力的认识有了突破。6名志愿者透露，实验中他们面临的最大挑战是孤独、无聊和幽闭恐惧症，不过除了一些小分歧之外，他们相处得很融洽。这次实验主要研究人的耐受能力，也就是超长航天飞行对人的健康和工作能力的影响。520天实验包括生理学、心理学和微生物学等5大类，其中呈现的变化规律为深化航天医学研究提供了有价值的依据。另外，在如何支持长时间航天飞行方面也积累了有益经验，如通信时滞状态下的信息传输、远程健康监控和诊断、运载配给能力、长期密闭飞行中的心理支持，等等。目前正在深度挖掘和分析数据，形成成果还有一个过程。

中国志愿者王跃在舱内进餐

准备进行脑电图测试

中国志愿者王跃正在进行脑电图测量

1 向自身极限挑战

在“火星-500”实验项目实施的520天中，6名志愿者在模拟火星飞船实验舱内见不到阳光，没有新鲜空气，也不能与外界直接联系，还进行了105项实验，如“火星行走”。“火星-500”实验独特之处在于，以前从没有实验让志愿者与世隔绝这么长时间，因此提供了独一无二的数据，从后勤到通信都很真实。所有实验项目都用于探索长期太空飞行对人体产生的影响，以及6名志愿者是否能在一个受限的空间里正常生活足够长的时间，它可以确定人类在长期飞行中哪个时段会最难度过，以便寻找应对之法。2011年8月，志愿者员经历了精神较差的时段，因为这是任务期间最枯燥乏味的阶段，他们的朋友和家人都在度假，使他们收到的外界消息减少了，同时他们自己的食品却“从一而终”。幸而，一切最终进展比研究人员希望的更好，甚至好得让人惊讶。

参加“火星-500”模拟飞行的6名志愿者每天起床，先自行测量体温、血压、体重和抽取血液等，然后就开始一整天的忙碌。他们每天8h工作，8h休闲，8h睡眠，正常情况下，1周可休息2天，要轮流值夜班。这听起来和日常生活没有什么区别，但要知道他们需要在狭窄的实验舱里度过近1.5年的时间。如此长时间的“隔离”生活对人类生理、心理有何影响,科学界还没有相关数据。在520天中，由于他们看不到日出日落，生物钟极有可能陷入紊乱，所以每个志愿者都需挑战自身极限。另外，6名志愿者的工作不仅单调，身上佩戴的一些仪器设备也让他们“叫苦不迭”，脑电极实验就是一例：志愿者晚上要戴上电极帽，监测夜间睡眠期间动态脑电图。由于头皮上布满了电极贴和导线，睡觉时会感到非常难受。在实验高峰时，志愿者每月要戴7个晚上。

实验一旦开始，除非遇到紧急情况，志愿者必须始终待在舱内，饮食起居一律模拟太空生活。他们不仅能“看”到飞船发射升空后地球被迅速地抛在身后的“情景”，还可在飞船“着陆火星”后踏上“火星表面”，模拟勘探“火星”过程。随着飞船与地球“渐行渐远”。志愿者在长期隔绝环境下的睡眠、饮食、情绪、工作和人际交往能力都是科学家的重点研究对象。

2010年12月初，模拟火星飞船实验舱的电力系统突发故障，发出火灾警报。舱内顿时一片漆黑，空调停止运转，微波炉无法加热食品，冰箱食品开始解冻，只有应急照明和应急通信还在工作。其实这是一次紧急情况演练。志愿者按照行动指南沉着处置。他们远离火源，等待撤离。数小时后，启动了一个冰柜，把速冻食品转移到供电的冰柜中。一切处置完毕后，我国志愿者王跃在黑暗中弹起了心爱的吉他。

在模拟火星飞船实验舱，除了内衣和规定的实验服装外，志愿者还可以穿着一些便服。由于舱内水源有限，志愿者每10天洗1次热水澡，每3天换1次内衣，脏衣服和其他生活垃圾通过特定通道传出舱外，不用洗。为了节约用水，志愿者在舱内每天运动大汗淋漓后只能用毛巾和纸巾擦身。

志愿者在舱内看不到日出日落，光暗周期发生变化，环境时间暗示也在改变，这些因素打乱了稳定的身心状态，直接影响到志愿者体内的生物节律。这种变化规律也是实验的重要研究内容。

所有舱内物资都是一次性装载，飞行过程中不再补给。志愿者的食物是按照“国际空间站”的标准配备的，经过科学准确的计量后，装了满满一个储存室。实验主办方定好了食谱，值班的志愿者去储存室里取第2天要吃的食物。食物保质期都在2年左右，不会有变质的问题。也可以从温室里摘一些蔬菜搭配。一天三餐大家一起吃，食物以西餐为主。他们无法选择自己想吃的食品，每一顿饭都由德国埃尔兰根大学的一个医疗小组根据维生素和热量的测试结果给他们搭配。如果志愿者不能严格按照这一规定吃东西，他们可能会在任务结束前吃光所有口粮。

志愿者对自己进行各种实验，以便了解人类在长期太空任务中的身心需要

志愿者们一起进餐时亲切交谈

由于志愿者的食物大都以罐头食品和脱水食品为主，很难吃上新鲜食品，因此舱内温室里种植了少量蔬菜作为配餐。此外，种菜的另一个功能是改善单调环境对志愿者心理的影响。在模拟舱内，有一个舱可以种西红柿之类的新鲜蔬菜。考虑到花粉过敏之类的问题，种什么植物要经过严格选择并全程设计，一般都是像生菜和小西红柿这些蔬菜。由于食品种类基本上是面包、奶酪、土豆和苹果汁等，这些西餐不太适应我国志愿者王跃的口味，所以王跃说，很怀念舱外的食物，想念在北京吃的“拉条子”。

志愿者在舱内看不到电视，也无法上互联网。中方实验队定期给王跃传入电子新闻等，但由于通信的关系，所以难以保证及时收看到当天新闻。在2010年“世界杯”期间，足球迷王跃曾发邮件回“陆地”，说自己因无法收看比赛感到遗憾。不过，贴心的中方驻俄实验队定期把世界杯的文字报道以邮件的形式传入舱内，王跃说，这仿佛雪中送炭，自己很开心。王跃爱好广泛，他带入舱内的物品除了国旗、日记本、摄像机和照相机之外，中国航天员科研训练中心专门为他购置了大量书籍、歌曲和电影，灌制成光盘，供他闲暇时消遣娱乐，其中一部分是富有中国传统特色的戏曲、相声。他还把杨利伟的照片、中国结挂在舱内。“杨利伟是中国载人航天的代表人物，就像苏联的加加林一样。照片和中国结不光是对我的一种激励，也是告诉欧洲乃至世界宇航界的朋友们：我们中国人来了！”

志愿者们组建的小型国际乐队

志愿者展示书写的春联

理发是志愿者们一大难题，头发长时只能大家笨手笨脚相互理一理。有一次，意大利志愿者迭戈一上来就把王跃的头发理秃了一块，最后索性剪成了大光头。王跃笑道：“这对于头上戴电极、抹硅胶倒是方便。”

工作之余，志愿者们组建了一个小型国际乐队，王跃担任架子鼓鼓手，法国志愿者是吉他手，俄罗斯志愿者是贝司手，而主唱则由意大利志愿者担任。“飞行”到100天时，王跃和同伴收到了一份特别的视频“礼物”。3个白胡子老爷爷，手捧3束花，在视频中对6位志愿者说了一段鼓劲儿的话。原来他们是长期密闭实验的先驱、以乌里比谢夫为首的3位研究员，1967年3月他们曾进入50m2的舱内呆了整整一年。比起40多年前，没有电脑、没有电子书和没有MP3，每天娱乐只能是看书和下棋的3个前辈，王跃他们的生活还算幸福。2010年7月，王跃过了一个难忘的生日，兔年春节也是在舱内度过的。中方为志愿者们提前准备了灯笼等极具中国特色的节日礼物。

除了私人空间、卫生间和沐浴不在监视之列，6名志愿者一直处于40多个摄像头的监视之中。此外，一组俄罗斯心理学家也是一天24h待命，在需要的时候对志愿者进行心理干预。如果到了不得不直接干预的地步，这项实验将被中止。在实验期间， 如果有志愿者受伤或者患病，舱内的志愿者之一斯莫列耶夫斯基医生会依照来自“地球”的治疗建议进行处理。

2 中国的3项实验

在“火星-500”的105项实验中有3项是中国提供的，这是依据中国载人航天工程发展的实际需要和自身特色精心选择的。这3项实验是：长期密闭环境下人体中医辨证研究、火星任务地面模拟环境对生物节律与氧化应激的影响研究；长期密闭环境对乘务组成员非言语交流的影响研究。

长期密闭环境下人体中医辨证研究是用中医的理论和视角，采取望、闻、问、切的诊断方法，研究长期密闭环境下人体生命活动的状态，阐释其特点及变化规律。这一实验富有鲜明的中国特色，涉及到将来星际探索过程中能否拥有中国特有的医学技术和经验。在以往的任务中，已发现中医药在载人航天中有独特的作用，我国研制的“太空养心丸”等中医方剂已成为中国航天员重要的医监医保措施，中医药在航天医学问题的干预与防护中已初显作用。这项实验室通过中医四诊仪完成望、闻、问、切的工作，它是把志愿者的舌相、面相通过四诊仪记录下来，将数据传递出来再进行分析。中医是我国的传统，在未来的长期飞行和深空探索中有它的优势。从空间来说，其设备和体积更容易满足某些要求。另外，中医讲究整体调节，能够获得对人体活动规律的辩证认识，有望为解决载人航天工程中人的健康医疗问题提供一些新的思路，做出新的贡献。

据有关专家2011年11月5日透露，中方的3个参试项目均达到了预期目的，传播了中国特色的载人航天技术与文化，对于积累航天医学研究和工程研制经验，提升我国载人航天的国际参与度都具有重要意义。承担此项任务的中医四诊仪由道生医疗与上海中医药大学联合研制，“火星-500”项目结束后，该设备还暂留俄方进行为期1个月的舱外实验。

中国的第2项实验，即在如此漫长的时间里人的生物节律和氧化应激如何变化也是各国普遍关注的。它实际上是研究深空探索对人的风险有多大、人所能耐受的极限有多大。众所周知，日升而起，日落而息，人类在进化过程中形成24小时的太阳节律。但在密闭舱内长期生活，人的节律会发生变化。这种节律变化对内分泌有影响，进而影响到整个生理功能，但具体影响是什么, 现在谁也不知道，所以需要研究。通过采集志愿者的唾液、尿液和血液等指标，可以研究人体的节律变化和应激水平，观察实验过程中人的生物节律和氧化应激的变化。需要指出的是，并不是志愿者必须呆够520天才叫成功，因为“火星-500”实验本身就是一个科学探索，520天是一个设定的时间，志愿者如果能够呆够520天，这当然非常圆满，但是中间一旦有问题，也并不标志这个实验失败，而是反映了人的耐受能力。既然是科学探索，它就会有不同结果，每个结果都是从不同层面揭示探索目的，进一步深化失重、受限等空间因素对生物节律的影响研究，从而建立有助于航天员维持最佳绩效水平的对抗措施等。

王跃观察植物

第3项实验是首次研究长期密闭环境和不同文化背景对乘员组成员非言语交流的影响。人们很多时候的沟通手段是语言，但在长期封闭环境下，非语言交流会更加突出。人高兴时会拍拍肩，不高兴时会甩手，这都是情绪表达和反应的方式，也属于非语言交流。这个实验项目就是在舱里的不同时间、不同场景进行录像，对这些图像进行分析，观察大家的行为特征有无周期性的变化。其中也有心理问卷调查表，要求志愿者回答。在这么狭小的空间进行非言语交流研究的机会非常难得，它有望通过不同层面、不同学科背景、不同知识领域来了解和认知人类之间的相互交流。将来，航天很可能走的是一条国际大合作道路，这也是从另外一个层面加深对人的认知。不同文化背景交流是一个非常好的平台，它所获得的经验都能为将来深空探索或长期飞行任务中提供一些理论和技术的储备。对于没有参与过多国航天员合作飞行的中国而言，这一项目能大大丰富对人在密闭环境下的心理行为特点规律的认识。

中国志愿者王跃不仅要参与本国的实验项目，还要作为被测试者参与包括美国、日本、韩国、白俄罗斯和马来西亚等其他国家提供的实验项目。例如，研究人员希望弄清楚激素水平的变化是否会改变一个人的心态或心情。为了查明这个问题，实验期间会有20多名心理学家24小时不间断地监视志愿者的行为，并调查导致人体的血压升高的原因。以前人们认为，吃太多盐会导致高血压，科学家将借助这次实验来检验这一说法是否属实。

“火星-500”志愿者填问卷调查表

王跃进行心理测试

王跃教其他志愿者写毛笔字

3 登陆火星的过程

2011年2月1日， 6名志愿者乘坐模拟火星飞船进入“环绕火星的轨道”。由于模拟火星飞船主舱没有舷窗，志愿者是通过主舱的虚拟软件，在电子屏幕上形象地观察到火星由远及近逐渐变大，飞行距离等参数也显示在上面。当日还打开了模拟火星飞船内的模拟舱舱门，为志愿者登陆“火星”表面作各项准备。

2月12日，志愿者分成两组，王跃与俄罗斯志愿者斯莫林斯基和意大利志愿者乌尔比纳所在的小组将执行“登陆任务”，另一组志愿者则继续“环绕火星飞行”。 出舱前，包括王跃在内的3个志愿者均接受了头低位卧床实验。他们穿着抗失重负荷服，平躺在床上，头朝下12°，使更多的血液流向志愿者的大脑，开展模拟失重下的医学研究，模拟长期零重力飞行时出现的肌肉萎缩。斯莫林斯基说他在整个模拟过程中并没感到无聊，王跃通过教他学习中文来打发时间。

2月14日，身穿由模拟火星服的俄罗斯志愿者斯莫林斯基和意大利志愿者乌尔比纳完成了第1次出舱的任务，他们将所有必要的设备从登陆舱内搬到“火星”表面。

2月18日，王跃与斯莫林斯基出舱“登上火星”，志愿者模拟出舱登陆的地点是火星“古谢夫陨石坑”，那里被认为曾经是远古湖泊，美国勇气号火星车2004年曾在此着陆。王跃与斯莫林斯基在模拟火星表面开展了勘察等科学研究工作:王跃遥控指挥火星车在“火星”上行驶，用磁强仪寻找“火星”正负磁场和水源，操纵机械臂采集土壤样本，并用专门容器将其带回登陆舱等。未来实际出舱的难点是躲避极端天气，因为火星尘暴风速是地球上最大台风的3倍，高达180m/s，平均温度-62℃，而火星模拟舱除失重状态外，可逼真模拟火星真实环境。随后，王跃用汉语和英语向地球人致辞：“感谢人类的无穷的智慧，火星不再遥远。”医学检查显示，王跃出舱前的身体状态非常好。

2月22日，斯莫林斯基和乌尔比纳完成第3次出舱的任务，模拟了突发事件的应急处理。在这次出舱“登陆”时，有一位志愿者意外摔倒导致手部受伤，另一名志愿者必须对他进行照料，并帮助他站立和走到登陆舱。

2月23日，火星着陆模拟舱从火星表面模拟舱起飞。

2月24日，着陆模拟舱与主舱对接，对登陆火星志愿者进行检疫隔离。

2月27日，隔离期结束，生活舱舱门打开，两批志愿者会合。

3月1日，模拟火星飞船主舱与火星着陆模拟舱分离后，携带所有志愿者飞离“火星”，返回“地球”。

2011年11月4日“抵达”地球。在火星着陆模拟舱停留“火星”期间，志愿者除了出舱作业外，还要在舱内开展虚拟现实技术研究。着陆舱里设置了操作作业平台，有头盔显示系统、操纵杆、监视器等。志愿者通过这些设备进行虚拟仿真操作，能模拟在火星表面搜寻水源、为受伤的志愿者提供远程医疗救助，以及火星发生沙尘暴等情形。此外，志愿者还使用虚拟技术软件，驾驶载人火星车在“火星”表面作业；模拟发生流星雨时，志愿者从“火星”表面紧急撤离的情况等。

其实，“火星-500”志愿者此行在心理和生理方面闯过了7关：“迅速适应新环境”关、“进入绕火星轨道”关、“火星着陆”关、“驻留”关、“疲劳”关、“回归”关和“地面恢复”关。

其中“驻留”关的考验是：火星引力可能使失重的人体及其适应性出现一定紊乱；火星磁场微弱，大气稀薄，不能像地球那样抵御宇宙射线的侵袭；飞船内的地球微生物可能“登上”火星，造成污染。因此，志愿者须按预定计划及时解决这些问题，保证考察工作顺利进行。所谓“疲劳”关是指完成火星表面考察任务的志愿者会有强烈疲劳感，此时急需相关药物、器械和心理辅导帮助他们恢复。“回归”关是指在“返回”地球的航程结束前2～4周内，志愿者会异常激动，这种情绪也会转变成焦虑，这时需要采取必要的疏导防范措施。“地面恢复”关是归来的志愿者应在“天壤之别”的环境中接受恢复性治疗，并有可能长期接受心理辅导。

对于所有人来说，这些都是充满危险的挑战。但在真正的火星旅程中，人类所面临的挑战只会比这些更危险、更复杂、更难以预料。至少，实验可因技术原因或志愿者身体不佳而中断；每名志愿者都有中途退出的权利。但在真正的火星旅途中，一旦上路，就无法中断行程，也无法中途退出。

志愿者准备进行模拟登陆火星

欧洲志愿者在模拟火星表面插欧洲航天局的旗子

4 取得重要的成果

在这次实验中，6名志愿者进行了大量的实验：监测大脑活动、检查身体状况、采样各种数据、维护实验舱的正常运行，等等，积累了很多研究数据，为深化航天医学研究、探路火星实验提供了有价值的依据。

法国工程师查尔斯在舱内进行空气采样

王跃与其他志愿者在实验舱内看3D影像

6名志愿者成功完成了模拟前往火星并且返回的隔离任务，这表明在心理上，人类是可以完成前往火星并且返回的任务。他们平时各自完成相应的实验任务，同时又密切开展协作，并与外部紧密配合共同确保了任务顺利完成。俄罗斯、欧洲、中国三方管理机构也密切协作，确保了实验的顺利进行。该项目为未来前往火星的任务积累了重要的经验，既体现在航天器与航天员之间的配合，也体现在地球上各国航天机构之间的密切合作。

“火星-500”中方项目负责人李莹辉表示：“从神舟-8与天宫-1顺利实施空间交会对接任务来看，神舟-9、10将会是载人飞行，以致以后的空间站会有更长的飞行时间。此次“火星-500”实验取得的对于心理支持的经验、技术、方法，对于今后神舟-9、10载人飞行任务会有非常好的借鉴意义。”

在“火星-500”结束后，中国航天员科研训练中心专家归纳出实验过程中的“十项最”和“七大怪”。

“十项最”

最“恼人”的实验：这次105项实验项目都要依靠志愿者完成，6名志愿者日复一日地抽取血液、尿液、唾液等，单调的工作难免让人感到乏味，而身上佩戴的一些仪器设备也让他们“叫苦不迭”。

最难忘的节日：兔年春节，王跃在模拟火星飞船的舱里度过，陪伴他的是5位外国同伴。大家挂灯笼、贴春联，用汉语问好。

最紧急的情况：2010年12月初，实验舱电力系统突发故障，发出火灾警报。这次紧急情况演练，王跃和同伴按照行动指南处置。那一晚，他们在无噪声的舱内睡觉。

最狭小的卧室：虽然模拟火星飞船有550m3，但王跃的个人卧室只有3.4m2。

最奇怪的墙壁：健身房里有一面看上去有点奇怪的墙。研究人员采取技术手段使它保持一定的湿度，以满足一些微生物对潮湿环境的偏爱，他们在墙上放置了能够抵御微生物的金属盘。

最有趣的娱乐：西方万圣节那天，王跃也加入外国志愿者的化装“狂欢”中。

最意外的访客：在飞行到第100天时，王跃和同伴收到舱外一份特别的视频“礼物”，3位白胡子老爷爷，手捧3束花，在视频中对6位志愿者说了一段鼓劲的话。原来他们是长期密闭实验的先驱。

最有中国特色的项目：让外国志愿者颇感兴趣的就是中医辨证研究。

最感人的话语：“万一我晕倒，请在我没有完全失去知觉之前把我运出来。”王跃清醒地进舱，他也要清醒地出舱。在俄选拔培训期间，王跃有好几次摔倒，可当时咬着牙念道：中国男人不能丢人！

最给力的支持：无论是王跃的同事朋友，还是社会上素不相识的人们，都以各种方式向王跃表达他们的关心支持。

“七大怪”

衣服不用洗：由于水源有限，每10天洗1次热水澡，每3天换1次内衣，脏衣服和其他生活垃圾通过特定通道传出舱外，不用自己手洗。

通信有时滞：为模拟真实的飞行状态，与外界的通话设置了20min时滞，1条信息来回就是40min。

昼夜看不见：志愿者在舱内看不到日出日落，光暗周期发生变化，环境时间暗示也在改变。

蔬菜自己种：志愿者的食物大都以罐头食品和脱水食品为主，很难吃上新鲜食品，舱内温室里种植了少量蔬菜。

吃饭看菜谱：吃饭有严格的规定。实验主办方定好食谱，值班的志愿者根据食谱去储存室里取第二天要吃的食物，种类有面包、奶酪、土豆、苹果汁等。

读的是“旧闻”：志愿者在舱内看不到电视，也无法上互联网。中方实验队定期给王跃传入电子新闻等，但由于通信的关系，难以保证及时收看到当天新闻。

“火星-500”全体乘员戴着有趣的红色防护镜亮相

2011年11月4日，“火星-500”志愿者走出实验舱（秦宪安 /摄）

头发互相理：理发成为志愿者的“必修课”。头发长了，大家就相互理一理。■