着陆冲击对人体影响及医学评价问题评述

载人飞船完成飞行任务后 ,着陆冲击是必然要遇到的动力学因素 ,而冲击力的作用可能引起人体组织或器官的损伤甚至死亡。本文简要地介绍了不同冲击作用下 ,人体产生病理损伤的特点及人体对冲击的动态响应 ,并对着陆冲击条件下可能影响人体反应的因素 ,如着陆角度和姿态、束缚系统、椅垫及地形地貌等进行了分析 ,对 +Gx、+Gz。

用于多波段激光防护的聚碳酸酯眼镜片材料研究

目的进行吸收式防护眼镜片材料的技术研究,实现对532 nm等多波段激光的有效防护。方法在聚碳酸酯(PC)材料中加入特定波段的激光吸收材料,摸索出合理的配方,且在考虑吸收材料之间相互兼容性的基础上制定了出激光防护眼镜片的注塑工艺。结果防护镜片对532 nm、1064 nm、10600 nm三个波长的光密度(OD)值大于5,最大光谱透过率T_(max)=56.4%,可见光透过率VLT≥17.6%。结论解决相互制约工艺问题,可实现对包含532 nm即视觉加权值最高波段的多波段吸收型防护。

登月返回再入人体卧姿和躺姿超重动态响应实验研究

针对载人探月飞船半弹道式再入时人体姿态对动态响应影响明显,通过载人离心机模拟飞船半弹道式返回再入大气层过载曲线,对比分析躺姿和卧姿状态下之五十百分位HybirdⅢ生物力学假人头部、胸部及臀部力学响应的差异。结果发现:2种姿态下假人的头部、胸部、臀部合加速度响应与输入基本一致,且以胸背向响应为主;卧姿状态下头部响应的+Gz分量较高,且从头部至臀部依次降低;躺姿状态下头盆向载荷的传递可以忽略不计。研究结果可为加速度防护人体姿态设置提供依据。

30°仰卧位不同G值冲击下真人和假人的动态响应输出

目的研究30°仰卧位下,真人与假人接受不同量程的冲击过载条件时输出响应的变化,探讨假人替代真人进行冲击实验的可行性。方法在冲击塔上进行真人5人次,3量程(4.67,8.96,11.33G)共15次的冲击,以及HybridⅢ型汽车碰撞假人6量程(6.77,10.39,16.93,21.11,24.98,31.11G),共12次的冲击,冲击波形为脉宽40～60ms的半正弦波。实验中实时监测真人实验前、中、后心电图变化。结果真、假人的额头和胸部的输出响应随平台输入G值的增大而增大,但真人在低G冲击下动态响应变化与假人存在较为明显的差异。真人在冲击过程中有一过性心率增高,实验后迅速恢复。结论假人在一定程度上与真实人体存在差别。真人的心电图变化主要是由精神紧张引起。

典型月地返回再入卧姿假人加速度动态响应研究

目的探讨典型月地返回再入方式对人体加速度响应的影响,为载人深空探测再入加速度安全性评估与防护设计提供依据。方法利用HybridⅢ生物力学假人进行超重离心实验,通过大型载人离心机模拟Apollo10号、嫦娥5号T1试验器返回再入过载环境,采集假人头部、胸部及臀部的加速度动态响应数据,对比分析“联盟”座椅卧姿状态下假人身体不同部位的动力学响应规律。结果假人重要部位的动态响应与再入模式下的过载曲线变化趋势基本一致,各部位合成加速度值较为接近;+Gx为主要过载响应,+Gz加速度响应整体水平较低,头部+Gz峰值相对较高,从头部到臀部+Gz峰值依次减小。结论人体重要部位的动态响应与返回再入过载曲线保持一致,且在头部具有较高+Gz分量。在典型月地返回再入模式下,应加强乘员头部防护。

密闭环境人体热学生理指标与主观评分相关性的实验分析

目的探讨密闭环境条件下人体生理和热主观反应的相关性,推荐可以反映主观热反应较敏感的生理指标。方法在密闭气候室设置20℃、23℃、26℃、28℃、31℃和34℃等6种温度环境。以15名青年男性为受试者,测量受试者在气候室60min静坐状态下的皮肤温度、直肠温度(RET)、心率变异性(HRV)和能量代谢率(EMR)等生理指标,同时受试者填写热感觉投票(TSV)主观问卷,分析生理指标与主观热反应的相关程度。结果 TSV随周围实测环境温度而上升,并且与环境温度高度相关(r^2=0.97)。皮肤温度和HRV随环境温度变化较为显著,而RET和EMR随环境温度变化不显著;其中与躯干皮肤温度相比,肢端皮肤温度随环境温度变化更为显著。皮肤温度、HRV和RET分别与TSV具有显著线性相关性(P<0.05),EMR与TSV存在曲线回归关系(r=0.36);其中上肢皮肤温度和平均皮肤温度与TSV的密切程度最高(r>0.82)。结论密闭舱室环境中,人体上肢及平均皮肤温度与主观热反应关系最密切,推荐作为密闭环境评价热舒适的参考生理指标。

45天-6°头低位卧床对自由行走步态特性的影响

目的探讨长期头低位卧床对人体自由行走时步态特性的影响。方法 8名健康成年男性志愿者进行-6°头低位45 d卧床实验。卧床前第6天(R-6),卧床后第1天(R+1)及第10天(R+10)进行自由无约束行走步态测试。使用高速摄像系统对行走过程中的步态时相参数进行分析,使用三维力台和应力板进行足底作用力的测试,同时对行走时的股直肌、腓肠肌内侧头、外侧头的肌电信号进行采集。结果头低位卧床45 d可导致步长和步速的显著降低,以及步态周期和接触时间的明显增加(P<0.05)。足底受力的结果表明,45 d的前后方向上的作用力明显减少(P<0.05),但垂直和左右方向上的作用力并未受到影响(P>0.05),足底冲量和加载速度均有显著的增加(P<0.05),除前后方向作用力外,其它指标在卧床后第10天仍未恢复正常。肌电结果显示45 d的头低位卧床后,中位功率频率有明显的降低(P<0.05),但在R+10恢复。结论 45 d头低位卧床可导致人体步态特性发生显著改变,R+10 d后亦不能完全恢复。

躺姿半弹道式再入假人动态响应研究

为了探索躺姿半弹道式再入时的人体动态响应,模拟Apollo10返回再入过载环境,采集Hybrid III生物力学假人头部、胸部及臀部的加速度动态响应数据,对比分析阿波罗再入躺姿状态下假人不同部位的动力学响应规律。结果显示假人重要部位的动态响应与再入模式下的过载曲线变化趋势基本一致,各部位合成加速度值较为接近。+Gx为主要过载响应,且胸部响应过载值较大,应加强乘员胸背向加速度防护。该实验研究为载人深空探测工程实践提供了数据基础,并给出明确的工程指导意见,为载入加速度耐限制定及安全防护设计提供指导。

甲醛对模拟失重大鼠细胞免疫及微核形成的影响

目的探讨甲醛饮用染毒对尾吊模拟失重大鼠免疫系统及微核形成的影响。方法将60只雄性SD大鼠随机分为3组:对照组、高剂量染毒组和低剂量染毒组。对照组引用纯净水,高剂量染毒组和低剂量组分别饲以10 g/L和2 g/L的甲醛溶液7天和30天。所有大鼠均尾吊模拟失重。结果与对照组相比,染毒组大鼠胸腺、脾等脏器系数均出现极显著下降(P<0.01);在高、低浓度30天时,WBC明显升高、MON明显降低;NEU在低浓度7天和高低浓度30天出现明显升高;BAS在高低浓度30天出现明显升高;EOS在高低浓度7天出现明显升高而在30天时明显降低;CD4分别在高低浓度7天和30天出现明显降低,而CD8明显升高,且CD4/CD8比值出现倒置。骨髓细胞微核率、淋巴细胞微核率均显著性增加且与染毒浓度成正比。结论甲醛饮用染毒可导致尾吊SD大鼠机体细胞免疫紊乱并可产生遗传毒性作用。

啤酒与乙醇对γ射线诱发小鼠骨髓细胞染色体畸变的影响

目的观察啤酒及乙醇对不同剂量γ射线照射小鼠所诱发的骨髓细胞染色体畸变的影响。方法雄性健康BALB/c小鼠,随机分成对照组、啤酒组和乙醇稀释液组,分别用1ml灭菌生理盐水、啤酒及乙醇稀释液灌胃。30min后给予不同剂量γ射线1次全身照射。照射后24h颈椎离断法处死动物(处死前4h按4μg/g体重腹腔注射秋水仙胺),立即取双侧股骨,进行骨髓细胞常规染色体制片、染色。每一剂量点选取5个个体进行染色体畸变观察。每只动物镜检分析100个细胞分裂相。结果啤酒组及乙醇稀释液组染色体畸变率在照射剂量达0.5Gy以上时明显降低(P<0.05或P<0.01),其中啤酒组的下降比乙醇稀释液组更明显。结论啤酒中除乙醇以外的其他成份(如酚类化合物等)也发挥了降低染色体畸变的作用。

头低位卧床模拟失重对人体吸氧排氮效率影响的研究

目的探讨头低位卧床模拟失重环境因素对人体吸氧排氮效率的影响,为评估航天员出舱活动减压病风险提供依据。方法以8名健康男性青年为受试者,分为对照组(Con组),受试者安静坐位吸纯氧3 h;模拟失重3天组(3 d组),受试者在卧床模拟失重第3天吸纯氧3 h;模拟失重7天组(7 d组),受试者在卧床模拟失重第7天吸纯氧3 h。分别测试和计算受试者肺通气量、呼出气氮浓度、排氮速率和累积排氮量。结果与Con组相比,3 d组和7 d组的肺通气量无显著性变化,呼出气氮浓度、吸氧排氮速率和累积排氮量显著增加(P<0.01)。与3 d组相比,7 d组的肺通气量、呼出气氮浓度、排氮速率和累积排氮量均无显著性变化。结论头低位卧床模拟失重3 d和7 d可提高人体吸氧排氮效率。

多波段激光防护织物和手套研究

目的为实现多波段激光的手部有效防护,进行了激光防护布料及手套的技术研究。方法对阻燃基布的配方进行优化,在此基础上覆合金属反光层和隔热舒适层,制定出激光防护覆合织布和手套的制作工艺。结果激光防护覆合织物对532 nm、1064 nm、10600 nm这3个波长的光密度(optical density,OD)值大于6.0,阻燃性能达到国家标准A级水平,防护手套适手性能满足国标要求。结论该激光防护手套可实现对532 nm、1064 nm、10600 nm多波段激光的手部防护。

载人航天废弃物的空间辐射防护性能研究

针对载人深空探索中的空间辐射,特别是大规模太阳粒子事件对航天员的威胁,需要在载人航天器内建立空间辐射应急防护区,为航天员在遭遇太阳粒子事件的时候提供必要的保护。考虑热融化压实技术在降低废弃物的空间占用率、高温杀菌和回收水分的同时能在不增加额外载荷的情况下为航天员空间辐射应急防护区的建设提供材料,在载人航天废弃物模型的基础上,利用Monte Carlo方法对其热融化压实产物的质子防护能力进行了计算,结合太阳粒子事件能谱和组织器官剂量计算转换因子,对不同屏蔽条件下太阳粒子事件造成航天员组织器官剂量的变化进行了研究。结果表明,在10 g/cm^2屏蔽厚度下,皮肤、脑、心脏以及红骨髓的辐射剂量都大大降低,均在剂量限值之下;除了需要对眼采取额外的局部防护措施以外,5 g/cm^2铝屏蔽+5 g/cm^2载人航天废弃物热融化压实产物基本上可以满足对太阳粒子事件的防护需求。

负荷运动和低压环境暴露对人体吸氧排氮效率的影响

针对与航天员出舱活动吸氧排氮方案关系重大的负荷运动和低压环境对吸氧排氮的影响问题,以7名健康男性青年(年龄18~22岁,身高173.8±4.2 cm,体重72.3±5.3 kg)为被试,进行了19人次实验;分为安静对照组(CN组,7人次,受试者安静坐位吸纯氧3 h)、20 W运动组(20 W组,6人次,受试者脚踏自行车吸纯氧连续2.5 h,自行车功率设置为20 W,速率为60 r/min)和3 km低压组(3 km组,6人次,受试者在低压舱模拟3 km高度安静坐位吸纯氧3 h)。分别测试和计算肺通气量、呼出气氮浓度、排氮速率和累积排氮量。实验发现:与CN组相比,20 W组和3 km组的排氮速率均在吸氧排氮期间前105 min有所增加,部分时间点增加显著;20 W组累积排氮量在吸氧排氮前120 min增加显著,3 km组的累积排氮量在吸氧排氮各时间段均显著增加;与3 km组比,20 W组的排氮速率和累积排氮量均无显著性变化。实验说明负荷运动和低压能有效提高吸氧排氮效率。

聚碳酸酯光敏贴片制作工艺研究

利用热压工艺,使聚碳酸酯（PC）粒料在140℃下脱水干燥2 h,再升温至230~240℃,保持熔融状态约3 h,在熔融PC中的气泡被排除干净后,压合模具使PC制成所需厚度的贴片,最后控制降温速率使其温度降至室温。制作的光敏贴片无初始内应力,加工应力很小,具有良好的暂时双折射,其弹性模量、拉伸强度、材料的应力条纹值等指标均满足测试要求。

噪声敏感性对短期噪声暴露效应影响的研究

针对不同个体对噪声暴露存在噪声敏感性的问题,探讨听阈、工作绩效、烦扰度受噪声影响的程度与噪声敏感性之间的关系。在安静环境(对照环境)与88 dBA模拟航天噪声环境下,对33名志愿者进行125~16000 Hz纯音听阈、工效及主观烦恼度测试;并根据噪声敏感性量表得分划分低噪声敏感组、中噪声敏感组、高噪声敏感组,对3组志愿者噪声暴露下的听觉、工效及主观感受进行分析。结果表明:88 dBA噪声暴露1 h后,125 Hz、1 kHz、2 kHz听阈偏移具有显著性(P<0.05),对圈数字、速算、工作记忆影响不显著(P>0.05);高噪声敏感组与低噪声敏感组的绝对听阈差异不显著(P>0.05),但在9~16 kHz的扩展高频范围内多个频率相差10 dB,不同噪声敏感组之间受噪声对绩效的影响不显著;主观噪声敏感与烦恼程度显著正相关(P<0.05)。研究结果提示噪声敏感性可能与听力水平有关,噪声敏感性量表可用于预测噪声环境下的烦恼度水平。

月壤对太阳粒子事件防护性能研究

针对载人登月活动中航天员可能遭遇太阳粒子事件,研究了月壤作为防护材料的屏蔽性能。选取了1956和1989年2个典型的太阳粒子事件,计算了在屏蔽不同质子通量的情况下月壤所需的质量厚度,与铝和水进行了比较,并计算了屏蔽后的皮肤剂量;进一步利用蒙特卡洛方法计算了不同截止能量对应质子被屏蔽后的中子和次级质子产额,对质量厚度和次级粒子产额的关系进行了讨论。结果表明:13.43 g/cm^2的月壤可以阻挡1956年和1989年太阳粒子事件中99%的质子,此时皮肤剂量已在剂量限值内;在屏蔽相同数量的质子时,月壤所需的质量厚度小于铝,但大于水;月壤屏蔽后产生的中子产额小于铝。从工程实现的角度考虑,月壤可实现对太阳粒子事件的防护。

面向太阳粒子事件器官剂量测量的人体组织等效球研究

目的 针对载人航天飞行中太阳粒子事件(质子占绝大多数)的航天员辐射剂量精确测量问题,研究适用于质子的人体器官剂量测量组织等效球。方法 在课题组前期辐射假人研制基础上,通过测量和仿真方法,获得研制的中国航天员中心(ACC)等效球组成材料的外形尺寸、密度、元素占比以及质子能量损失率,与国际辐射单位和测量委员会(ICRU)推荐值进行比较。利用Geant4软件计算10~200 MeV质子在ACC等效球不同深度的辐射剂量,与ICRU等效球计算结果进行比较,验证剂量分布等效性。结果 与ICRU等效球相比,ACC等效球材料密度偏差0.6%,H元素含量偏差1.78%,质子能量损失率偏差<2%。在0.07、3、10、15、30、50、75和100 mm的剂量偏差分别为8.0%、10.8%、12.6%、19.4%、25.0%、17.0%、22.8%和16.2%,总体偏差为16.5%。结论 ACC等效球的质子剂量测量性能满足辐射防护目的要求,可作为一种为太阳粒子事件风险评估提供测量数据的有效手段。