太空探索正迈入新时代。美国宇航局（NASA）的阿尔忒弥斯计划及其相关的《阿尔忒弥斯协定》（涉及 50 多个国家的国际合作）旨在最快于 2026 年将人类送回月球，并最终踏上火星。中国则计划在 2030 年前实现载人探月任务，并建立月球基地。

国际空间站的宇航员正在研究一种特殊太空饮食对其健康的影响。图片来源：Drew Morgan / 约翰逊航天中心 / NASA

涉及公私合作的任务也在改变太空领域 [1]。例如，2024 年太空技术公司 SpaceX 的私人任务 “北极星黎明” 中，美国企业家贾里德・艾萨克曼（已被提名 NASA 局长职位）和 SpaceX 工程师莎拉・吉利斯成为首批完成太空行走的平民。但前方仍有诸多挑战，保障宇航员的健康便是其中之一。

人类正在太空中构建未来，但我们的身体并非为太空而生。即使是最健壮的人，也可能因太空环境而机能受损 [2]。

在地球保护性大气层之外，人体会受到高强度辐射。欧洲航天局数据显示，前往火星的宇航员在长达数月的旅途中，每天承受的辐射量相当于在地球上一年的辐射暴露。这可能会增加宇航员患癌症和心血管疾病的风险 [3]。

此外，辐射与微重力环境的共同作用会引发一系列健康问题。太空飞行期间，承重骨骼平均每月流失约 1% 的矿物质密度 [4]，增加骨折风险；眼内体液转移会升高眼压并影响视力 [5]；甚至肾脏相关疾病风险也会增加 [6]。

除了生理障碍，隔离状态还可能影响宇航员的情绪和工作效率，对其心理健康造成损害。

当人类将目光投向月球和火星时，必须通过创新技术和研究解决这些及其他挑战 [2,7,8]。这些创新也将惠及地球上的人类。在我看来，以下四个太空医学与健康研究的关键方向，不仅对任务成功至关重要，还可能广泛改善人类健康：

远程医疗

远程医疗是载人航天的核心组成部分，医生可通过通信技术远程监测并支持宇航员的身心健康 [7,8]。

然而，深空任务涉及极远的距离，通信延迟可能导致危及生命的等待 —— 例如，火星上的宇航员与地球之间往返传递医疗建议需 20 分钟。如果有人突发心脏病， crew 需要紧急救治时，这段时间将无比漫长。

人工智能（AI）应用正在开发中，以帮助宇航员快速获得医疗支持，类似地球上 AI 驱动的医疗诊断和建议技术辅助医生和患者。这将有助于实现太空医疗的自主性。但在太空中使用 AI 也带来操作挑战：系统故障时谁来修复？任务期间如何更新设备以跟上最新医学知识、指南和 crew 不断变化的需求？

研究人员测试 NASA 生物哨兵航天器的太阳能电池板。图片来源：Dominic Hart / 艾姆斯研究中心 / NASA

确保充足的药物供应是另一大挑战，尤其是长期任务。一项研究发现，国际空间站（ISS）上的每名宇航员每周平均服用四种常规药物 [9]，如止痛和治疗头痛的镇痛药、助眠剂 [10] 和减充血剂。船上还储备了抗生素和心脏急救药物等必需药品。

然而，据估算 [11]，国际空间站上超过一半的药物保质期不足三年，部分药物保质期不到两年。这对至少持续三年的火星载人任务来说太短了 ——60% 至 98% 的药物可能在任务结束前过期 [11]。在如此遥远的距离上补给药物并不现实。

美国食品和药物管理局证实，在地球上，药物在过期后数年仍可能有效 [12]，但服用过期药物有风险，其效力可能下降，化学成分可能改变，还存在细菌滋生的风险（参见 go.nature.com/4mkqbeb）。此外，许多药物成分在辐射等极端条件下会降解 [13]。

有证据表明，在最佳温度下储存药物并避免光照和高温可延长其有效期 [12]，但该研究基于地球环境，在太空中是否同样适用尚不明确。

即使是推荐剂量，在太空中也可能需要调整。例如，一项关于国际空间站和航天飞机上助眠药物使用的研究指出，17%-19% 的宇航员在同一晚服用了第二剂助眠药 [10]。这是由于研究样本量小、药物随时间降解的方式不同，还是其他原因所致，目前尚不清楚。

因此，研究人员需要确定药物的最佳剂量和储存条件，并确定药物在太空中的降解速率 —— 这些发现也有助于改善地球上的药物使用。同样，为太空开发或利用太空技术的医疗技术也可应用于地球。心血管外科医生迈克尔・德巴基的左心室辅助装置 —— 一种钛制泵，用于帮助等待心脏移植的患者维持血液流动 —— 就是这样一项太空技术衍生产品。该设计是与 NASA 工程师合作优化的，使用了类似于火箭发动机中流体流动的模拟技术。

心理健康

从国际空间站的短期驻留到火星的长期任务，确保 crew 的心理健康都是一个重要问题。宇航员被困在有限的空间里，同伴稀少，通信延迟限制了与亲人的交流。压力、噪音、远离家乡以及在不寻常环境中睡眠导致的疲劳和睡眠障碍在太空中很常见，并可能加剧心理健康问题。在任何极端环境中，全体 crew 都可能受到影响，正如 3 月的报道所示，一名驻扎在南极洲偏远基地的研究人员威胁要杀害同事。

“北极星黎明” 任务的 crew 成员是首批完成太空行走的平民。图片来源：UPI / 阿拉米

在支持宇航员的数十年中，NASA 和其他航天机构积累了在涉及隔离和封闭的极端环境中应对心理健康问题的专业知识 —— 这些知识已被证明对解决地球上的危机非常宝贵。例如，2010 年智利政府在营救 33 名被困地下的智利矿工期间，向 NASA 寻求指导和支持 [8]。

基于地球的模拟任务 —— 模拟太空环境的挑战 —— 可以帮助研究人员预测隔离和封闭可能引发的问题。一旦宇航员在月球表面和绕月轨道上建立驻留，还可以从中吸取其他经验教训，为火星任务做进一步准备。

需要开展研究以找到改善太空心理健康的方法。例如，欧洲航天局正在测试一些举措，如维持更常规昼夜节律的照明系统，探索长期太空任务中日常昼夜节律的变化，以及使用虚拟现实耳机为宇航员提供精神放松。

食品生产

深空任务需要可持续的食品生产系统。前往火星可能需要 7 到 10 个月的时间，仅依靠从地球运送食物是不现实的。

在月球或火星上种植作物也很困难，因为存在极端温度 —— 例如，月球赤道附近的温度范围从 121°C 到 - 133°C—— 以及辐射、重力和日照时间的差异。此外，月球的土壤（称为风化层）缺乏养分和有机质，而火星的土壤含有重金属和有毒盐类。

2021 年，NASA 和加拿大航天局发起了 “深空食品挑战”—— 这项竞赛催生了几种食品生产系统，这些系统利用有限的资源在恶劣环境中种植新鲜水果和蔬菜。这些系统不仅可以用于航天器、空间站和月球表面，还可以用于地球上的偏远地区。例如，在加拿大北部，处于极端温度和恶劣气候中的孤立社区正面临粮食安全问题。

NASA 还在探索使用基因工程微生物，这些微生物在称为生物反应器的独立容器中生长时能产生营养物质。

基础生物学

在将人类送入深空之前，了解太空辐射、极端温度、微重力和其他环境因素对生物体、细胞、DNA 和整体健康的影响至关重要。

辐射暴露会影响每个身体系统，导致 DNA 损伤等变化，进而可能引发癌症、心血管疾病、白内障和许多其他健康疾病。了解宇航员在深空中将面临的条件可以帮助太空计划制定正确的应对措施 —— 例如，为 crew 提供足够辐射防护的宇航服和航天器。

中国的嫦娥四号月球着陆器 ——2019 年成为首个在月球背面着陆的航天器 —— 携带了德国制造的 “月球着陆器中子与剂量测量仪”，用于测量宇宙辐射。该仪器的测量结果表明，月球上的宇航员所受辐射是国际空间站宇航员的两倍以上 [14]，约为地球的 200-1000 倍。

NASA 的 “生物哨兵” 任务 —— 于 2022 年由无人的阿尔忒弥斯一号任务送入深空 —— 近三年来一直在收集航天器在深空中所受辐射的类型和量的数据。该任务将于 2025 年秋季结束，结果将在之后公布。

“生物哨兵” 团队还计划利用立方体卫星中携带的酵母细胞，研究生物样本对辐射和深空环境的反应。然而，酵母未能按预期生长，可能是因为在发射前长期储存已过期。

阿尔忒弥斯三号将把人类送上月球表面，这将为新的实验提供机会。例如，“月球对农业植物群的影响” 项目将研究月球表面植物的光合作用和应激反应 —— 有望提高我们种植粮食作物的能力。这些实验还应有助于改进在地球上恶劣环境中种植植物的技术。

通过这些方式，太空探索可以成为创新和科学合作的催化剂。通过共同努力，研究人员可以推动技术进步，为太空和地球的发展做出贡献。

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