航天医学工程理论与实践
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天航 学医工理程 与论践实
陈善广
（ 航 天 员国科 研 训 练 心中 ， 京０ ９１） 中 北 ０ ０４
［要摘］航 天医工程学伴 随是着 国我 近４ ０年人 载航 天的 发展 ，孕催育生 一的 门新 兴科学， 具有 特色明鲜的 学 理科论体系和 实技术践法。概述方 了航 天学医程工 的 体构成 系、研究内 容学科特点 和。
［关键 ］词航 天医学工程； 载航人 天 系；统程 工 ［图中分号 ］类Ｒ ［ ５ ８ 文献识码 ］标Ａ ［ 文章 编号］ １０ ９—１４ （ ７００ ０３ ０ ０ ７０ ２０２ ）９— ００ —５
航 天业是事人 类创开 的最 伟宏、 动激人 心的 最
程问题 汇 集于 体一 ， 统 系的高度寻 航天求 器人机 从 环 境 系最佳统组 方案合， 以使 程 系工统 达 安 到 全 高、 效 和 济 经总 的标 目 就 是航，天 医学工 程 。 家航国
这“ 天三 六” 划 的载 人中航天 器 环 控 保生及 学医 八 计防技 术 的预护项研 的实施目 ，进 了 航 天学 医程 工
促
事 之 业・。月 球 登 、陆星探 险、 际遨 是游２ 火 星 １世
纪 人 共 类同追 求的梦想 。 顾回 ４ ０多年 的人 载航 天
史， 人 类在实现 了将 航 天 员 上 送地 球 轨道 、 上月 踏、 球立 空间站建的 伟大 壮举 的 同 时 ，在 相关 空的间 学科与技 术研 领域究 也得 了 累累取硕果 。中载国人
天经过航 近 ４年０ 独立自主 的发 展 与 实践 ，取得 了举
的积
累 成熟 ； ２ 与 ０世至纪 ９ ０ 代初年国 家人 载航天 程 工式正 启后动 航天 医学，程 得 工以飞速发展 ¨。
世瞩 的辉煌成目 就 ，步 形 成了有 鲜 明中国 色特 逐的工程 术 技和理 基础论体系 。其 中孕 育催 的新生兴 学 科 — —航天 医 学 程 （工ｃｐ ｅｉ －ｎ ｅ ｎｉ ）ｓａｅｍ ｄｃ ｅｇｅ ｒｇ 便ｏ ｎ
ｉ 是突出 代 表。
２ 天航 医工程学 学的科 体结构 系
天航医学 工 程源既于航 天医 学、空 生间 命科学、 环 控生 保程 工等学 科，具 有 多 学 交叉 科 合融的 特 又 点 及 飞行任务 应用 景 ｌ背。４ ｊ航 天
医学 工 遵程 应循用基 础研究 、 应 用 技攻术 关 、 用术 技程工化实 践的 展 规发 律 ， 综合应 成集生物
１ 航天医 学工 程的 诞生
２０世 纪６０年代 末 到 代７初 ，０年 适 为应中 国载 人天事 航 的需业 要 ， 家专国 组门 建了 航天 医学 工程
研 所 （ 现为 中究国航 员天 科研训 练 中 ）心主要 究研 ， 载航天人 域与领人 （ 天员
） 接相关 的学医 、航 工直程 问题 在 充分 吸收。 际上航 天 国医学 、 生间 科命学 、空
学
医学、 、电子学 、机械 工 等 多学程 科理的论 和术技 ， 通 医过学 工技程术 的 叉交融会 ， 成 以确了保 航 天 形 安员全 、维护 天航员 康 健、 高航员天 工作能力为 主 提 体 、 具的鲜 明有 系 工统 程 征特 新的型学 科 体 系 如 （
图１所 示 ） 。
环境控制与 生命 保障 工 技程 （ 称 环 控术生保 ） 简 的
理 知论识 和程工 术经 技验 的基础 上 ，成 以了航天 形
基
于机 设械计 及理 论 、 械电子 程 工 机、材料 学、
医 、学力生 理学、 境 医学、 重 环 环控 生保工程 技术、 航 天食 工 程品技术为 主 要内容 的医学 工 程 知 理论识和 技术交 叉 融 合的 科体 系 ，学 出体现 了 以 航 天员为
突中心 系统的 和系论 统 程 工原理 ， 目的是的把 研 究 其
流力学、 航天医体学学科等的环生控保术技 、天服航 技术 和航天 环 医境学， 了成行飞 保中障航 天 员 安
构全的 工 任务程 体系， 在 天 环航境 学医提 座 舱 中出 满即足 人 安体 全需 的 医要学要 的基 础求 上 过 ， 控环 通
和解决航天 中 人 的全安 、康 和 工作效率 医学的 工健
收【 日稿］ ２ 一 一 ０９修 回期 日２ ０— — ６ 期 ２０ ７叭 ； １０ ７ ０
生保０术技和航天技服术 ，航天员为提供空飞行间中
［ 作者
介 】简陈善 （９ 广２ 男 ， １６一 ）湖 祁南县东人 ， 国中航员天研科练训中心研 究员 ， 士生导博 师
３ ０中 国 工程 科 学
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的环境全安 保障 。 针 航对天 飞行中影 响 航 天员健康 的医学 问题 ， 通
过 重生力 学理 、 天胞 细 子 生分 物 学 航等天 医 学
航础基的前 期研 预 ，出天 实施 医航学 施措， 提 据根不同
的
任 特点务， 实 施飞 行任 务和 常日 工作中 的医 监 学
督
与学保医， 确保航障员天飞在中的健行 ；康通 过航 天医工监 程 术技的 用 ，应 航天员的健 康提 供 监 测 为 手
。 段
图
１航 天 学 工医程 体 系 框 架示 意
Ｆｉ图 ． Ｓ ｈ ｍａ ｉ ａ ｒ ｍ Ｓｆａ ｅ Ｍ ｅ ｉ ｏ Ｅ—ｎ ｉｅ ｒｎ ｔ ｙｍ ｇ１ ｃｅ ｔ ｃＤｉ ｇ ｏａ ｐ ｃ ｄ ｃｇ ｅｎ ｉ ｇＳｓ
ｅ基
工 效 学 设于 要计 求 与 理 论的 天 航器 拟模 技 术 为， 天航员 选训 拔提供练 有 效 的了技 手段术； 基于教育 训 学原练 并理 结合不 同飞行任 发务展起来 的 航
２３航 天实
施医学 ．
基 于预 防医 、 临床医学学、 心理 医学 航和 空天 航 学 等多学医科 识知 、 理 和方 法 原应 的用 医学学 ， 科
承
天选拔员训练技 术，是保 证航员高天效工 的作效 有措
。施
航天担员学医选 ，拔 行前、 飞行飞中及行后飞保航障 天 安员 全 健康 的、 关 医学相施措 的 研究 实施 与 ，展 发中以医为代表的具有药中国色特航的天员健康保障
技 。术 ３ ３航 环天境 医 学．
３
航 天学医工程研究 主要 的内容
航 天学医程 的 工要任务 是主为发 展我 国的载人
航天业事供理提论支持和术储备 技 ；担载承人航 天工 程研制任 务 ，保确 天航活动中航 天员 的安全 、健康 和高效工
作 主要 。内 涉及研 容航 究环 境天人对 的 体
响 ， 影 医学防出 对护 措抗施 ；提 担承 航 天员的 选拔 训
开展 航天环 境 有害 因 （ 压 缺素 氧 内 污、染 低舱 物 、低 温 动 、、 声 离、辐射 和 非电 离辐射 等）高 噪振电 的 体人效应及其 防 护研 究， 制 定环 医学标境 准，出 提 舱内境工环 程设 计的学要 医 ， 求 医学展价评 开 。３ ４ 航
天医学 基础 ．
练； 出 载航人天 设器计的 学医 提、工 效学 要求 并进行 评价； 研制为 天员 服 务航 航的天 器环 境 控制与 生命 保 系障 、 统医 健康学 监测 设备、 天 服 装 备、 天 食 航 航
对航针 天环 境（别 微是 重 力）重 影响航 天特 严员 的健 、康全 和工 作能这 一 力问 题，安 用 当利前生 物 学领医域 进 的研 先究思 和路 术技 手段 ，生 理 从、细 胞 和分子 层研面究航 天 因特素别是 中 期 长飞行 机体 的对影响 ， 并探 其 讨 发 生、 的 内展在机理 ， 和出制 发提
定 有针 性 的防对 措护 。施 ３５ 天航理 心 ．学
、品航天环 境模训练拟备设等。
３ １航 员选拔 天和 训练 学
．
研航究天员选 拔和 训 练的 技 术题 问 ，括 选拔 包
方和标法 、 准训练法方 、规律 、管理 ，等制定航天 员 选 拔训 大纲练和 方并案 组实 织 。 施
研
究航天 素 因 人对 的理 心的 响 ， 讨航 天影 员 探
２０ ０年第７９卷第 ９期 ３
１
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在
太 中心空 活理 的 特动殊 规律 ， 出 对各 航类天 员
医提工程学的核心 目 是标以人 为 中心 ，载人 天航任 为务 提供相 关的人 员 、 论、术 和 产 品，理 技 涉及航 天 员
心理 素质 要的 求，为 航天 员选 拔 练 提训 理供论 和方
法 ，为训在练 和执任 务 行中航的 天提 员供理心
支持 ，
和工 程系
统间的 最佳 适 配 多和层 技 术 整合 ，次因 此
必 遵须循 系 统程工的 导指 思 ， 想系统以论 指导为， 即 根据 系工统程 的原理 和 方 ， 法系统立 标目， 建确适立
解
决他 们现 的各种 心出理 问 。题 ３６ 航天 效 工学 ． 研 航究 天因对 素 人的各种工 作 力能 效 和率 的影 响， 提 工供设 计所程需的各 种 人体参数 ， 出设 计 提的
工效学求要， 人好一功 能 分 和配一人 界面 匹 配 搞 机 机
应不同任 务 发展的 航 天学工医 程体总 目标 和段阶目 标；
建立 系 框 统 架必须。把握 个要两点： 一 是 航以天
员 为心中， 一 切为 障航 保员天的 全 、 健康 和工安作效 率 服 务 ；充是 分 体现 学医理论 与 程工技 术 、二 究研 探索与 程 工践实 交的叉 、透 和 融合 ， 天 航医研学究 渗 在
设 ， 以便计更好 地发 人在挥航 天中 作的 用 ，高提载 人
航 天的可靠 性和安 全性 。 ３ ７航 天养 与食 营品程工 ． 研 航天 究因素特 是 别重对 失 航员消化天 吸功收
与程研工的相制结互合、 依 和存进促中产生新论理 ，
展 新技 术 。发
能影的响 ，根据 空 飞间 的行时 间确 定 类 各营 物养 的需质 求， 定制 养素营供 给标量准 和食制 度 饮 研制，
适应航天需 的要 航食 品和饮 用天 。水 ３ ８航 天环境 制控与生 保 障命工 程．
４
１航 医天学 工程 的思想方法 ． 相对 于
国际 言 而， 国的 载 人航天 业事 起步 较
我，晚因 必此 须充 分学 借习鉴国 际先 进经 验 结， 中合
国情 ， 坚持国 又好 、又省、 又 的指 导快思 想， 并循遵 下以 思
想 法 方 。
研
究载 人航天 器座 舱 大 环气 境控制 ， 括 压力 包和温 度、 气 体 分成、 应供 、Ｏ０ Ｃ 净化 处 理 品 ， 和食 饮用 水供应 ，设生施， 卫 防 火及灭 等火技 和设备 研术
制 研 。制 面向期长航 天 飞 的行 生方再式 及受 控生 态
４ １ １调 强统系 思想． ． ． 明确 系统观
念面对 复庞杂
大 系的统 务任， 必须 楚 清地了 解系 统要实现 的 总 体 目 以及个 标体 担 承工作 的在整个 统系中 地 的和作位
用
。生技 术保 。３ ９
航服天工 程
． １４２明确 的 标 目 性和 用应性 ．．
航天 医学工 程理
航 天服 分为 内航舱 天服和舱 外 航天 。服 舱航
内
论 和技具术 有明确的 用 背应景 和段阶任 务特 征 ， 必 针须对载 人航 任天 务的不 发同 阶展段 需的 求， 定确 任务 目标 ， 实现 资源 整
合优 化 。 ４ １ 凸显 医学３与工 结合程性 ．． 航 天医 学的需 求 和 目 标是 展开任务 研究 与研 的 基础制 ， 程 技术是 工保障 标目 现 的实径 途手 和段， 因此发在 展 这学一 、科
利 这一 学 用 科解决 载人 航 天 中的 论理和 实践 题问
服天 用于座舱 结因 损构 坏或 机械故 障发 生 减压 、 因 大气严 污重 或失染 火致 泄 导压 情等况 下 ，护 天 航 员保 的 生命安 全，提 供适 合 人于体 生存 的 人 微 小工大 气 境 环，免 低 压 、 、氧端 温度 中毒 的危 险和 。避 极缺
舱 外航 天服 航 是天进行 员外 活舱动 时个的人 防 装
备护 ， 于合舱 空 间外环 和境舱 外 业作任务 特 点 的是
航适 服 。天
，时必 须时 刻 强调 学医和工程 的切密 合结。
４ ４１运 用 系统工程 管 理方 ．．法航 医天 学 程工涉
３ 航１生 物 天学工程 医 ． Ｏ航 天员进对行 学医监督 ，计 与研 制相 的应舱 设
及学科 多、 容 内、 多 接 口多 、 层 ，次 实 的运行 际 过 在多程
中需 统要 规划 ， 别 是筹解 决 多 界 的面接 关口系 特中 的理 论 实践 问和 ， 成题标准化 、 化 范的管运 形 规
载理医 学健 监 测设康备 ，航括天 学信 息医采集 术 技、 包 理处 术技、 存技 术 、储 示显 技 术分和析技 。术求 要 有极具高 的可 靠 性 ，够经 能航受 中天各种 环境 考 验的。
３ １ 载人航 天环境 飞和训 练模行拟工 程 １．
行
体系 ， 系统 程 工化管理 即 ４。 航 ２天 医学 工的程 学科特点 ． 学科 交多叉 与渗 透 当是今 知识 集成 的重要 特 ， 这种征 叉交与渗 透 不 促 进但了 原有 学科 领 域不的
人载 天环境 航模 拟技是 一术 门 用多应 种科 和学
项技多术 的关理相 与论方 法，以 人工 方 式现重 载人 航 天 理环境 物件条 的综合 性 术技。它是 载人 航天 环
断
延 伸 还，动带着学科新 的生产和展发经过。 ４余 ０
境地 实面验（ 试验） 设备 的 术 技础 基。
的实年践， 国航天医的工程学已逐步形成 一套 我了科
学 的指导 思 和想 科研 方法 具有 如，下 鲜明 学的科 特点：
。 ，
４
天航医工学 程学科的点特 载
航人天是一 巨项 大 复 杂 而的 统 工 程 系， 天 航３
中 国工 程科 学 ２
４ ２ 是１ 以航 天 员为中心 的应 学科 用 以航天 多 ． ．
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o素环因 境背景 为 ，究对 象和 内 容 有具明 确 的应用 研 特殊 、 性目标需求 性 和 段阶实 施 性
。 确 保人以的 安 、 康全 高效 工和 作 为标目 ，医 学 需求为 牵 ，引 健 以通 过 具对有 明 任确务目标 的 学科 题问开 展机 、制 原 、 理
术 、技 法 方研的究， 遵循 应用 技 术研 、 究技 术 突 用应
的天员航统，系为 国载我人航飞天做行 了出重要贡
献， 着航志 天医学 程工的 日趋成 熟，现 从 了学 科标实 理论 到工 程 用 应成 的 功 转 换 ；同时工 程 研制任 务
中产生 的新 的 理 论与 技 术问题 ， 又 成 为促进 科学发 展
新的 的增 长 点 。形 成 了 适 中合国 国 的情航 天员选 拔 训 练体 系、
破
和 应用 术 工技 程 实化 的发践 展 律 规，过预 先 研 通 究—— 术技关 —攻 —号 实型 的施 技 术途 ， 径 充 展开 分 预 先的 究 研工 作， 破 键 关 技术， 用 于 号型 突 应
务。 任
标 、 准序程和方 ，法 制了相研关的航天训员练备设 设 ，施 选拔出合 格的飞行乘并组确其达到最保临战佳 状态
， 圆满成完 了 神 五 神六 飞行、任务 。 建立 了 具 有 中特色 的健国 维护康体系 和 行飞 后 康 康健复体 系 ，中医 药理论、 法与航 天 学相结 医 将方 合 ， 立了具 独特色 的 天员个航体化 诊 方法 疗，创 确保 了在 飞 任务 行中的航 天员 健的 。康 提出并 建 立了 之行有 效 飞的船环 境的 学医、 工 效学 体系 和 价 评法方 ， 定了 满足医学 要 求 的 飞船 制
学医 、 工效学 标准 ，为后 续任 务中 载航 天器 人工的程
４ ２
２ 有具合 综交叉性 在 国 教家 委颁布 学的科 ．
．专业目录 中， 天医 学 工 涉 程 及一的级学 科 有心理 航
、 学物学生、 基 医学础 、 公卫共生 、学 中学医 等 ，及涉 的
级学 二科有 １ 多０ ，个业 有 ７ 专多个 ０。 不 仅具 有医研 究 的学特点， 同时又遵 工循 程设计、 研制 与发展 的 律规 ，中 体 为 现医工结合、 集 相 辅相 成 多 的科集学 成。 以实现载人 天航 系统人 （ 员天 荷 专 家 ）／ 航载 、
机 人（航天 及器 载器 ）运 载 和 境环 （天 环境 和 行飞 航
计 设定 奠了坚 实基础 。 研 了具制有 自 主知识产 权 的航 员天 生保活 障 系统 ；飞 环控船 保生系 统 和航天 服 经受 了 空间飞 行的 考验 ； 计 了有 具 中国 食饮化文特色 的航 食 天 ， 品 实设 现了从 单“人 一 ” 多天 多人 ”天 到“ 跨的 越 。 统系研 究了失重 生 效 应 理 防和 对 抗护 措 ，施建 立 了 一系重列 环境力 地面 拟模技术 在。国 上首 次际 开 展了 心 细肌 胞的 微重效
力
应 和 空间实 时条 下件 的药 作物用 究研 建立，了适 合 于我 国 现有空 间 实 验条
器 内环
境） 的 间优化组 合 为 标 ， 目 不学同 领科 之在 域 渗 透融的 合 ， 中学发术 新想 、思触 理论新 产的生 。 ４ ３ 具２ 有鲜 的 系统明 工程 特点．． 遵 循系 论 统 、 控 制 的思想论 仅，重视 系 统的 分 ， 解重 系统 的集 不 注 成更研 究 不；要 仅阐 释人 体机 能系统的变 规 律化 ， 更 实现要 对 体人能 机系统的 调节 和 制 。 控以深 刻认 识 人体在 航 天特环殊境 因素作 用 下 的 化变 规律 为 目标， 利用 子分细胞 、组织器 官 、 体生 整效 理等应不 同系 统 层 次的研 究技术和 成 果 ， 天航特 殊 环 境下 的宏 观 将 理学 生效 应微与 观 细胞 分子 本质机 理认 识相结 ，合
实现在系 统 回 归与局 部 深入统 一认识 的 基 上 ，础提
件医学实的工程化技术 ，验实 现 我了航国天医学 从地基研
究 空 间到验实的 突 破 。
出满足
特殊环 条境 件 机 体的适应 、 与节防 护对 抗 调 措
施
６结 语“ 神舟五
号 ” 务中利杨 伟的自主 出 舱 志， 着任 标我 国航 天 医 学工程 的 发展 翻 开 了 新 历的 史篇 章 ；
航天５医学工 程在中国 载人天工航程 中的
践实与 贡 献
航 天医 学程 工的 发 ， 展载人 航天 务任的 完 成
对“ 舟神号” 任务六费中俊、龙 聂胜 海的健出康 舱， 多
“人多 ” 飞行天、 人 有 参 与跨的 舱科学 实验 ，现 我 了 国实人航 载天的 新跃 。飞国 空际 间 站、 返 重月 球和载 人
火登星 陆已成为 国 际载 航人天发 路 线 展的图明 确
起到 了极大 的保 障 和 促 进 用 作 ，实 现中国载 航人 在 天 零 的突破 、 千年 飞天 梦 中 做 出 了重 要贡
献圆 圳。
站标 。根据我 国“ 人载 天航 三走 计步 ” 我 们 的载划 ，人航天 活动 也 正 向 出 舱 动 活、会 对接 、 间 验实 交 空、 空室站 和间载人 登月 的方向 展 发。 这 一切都 对航 天 学医工 提 程出新了 任和务新 挑战。 绕围 证保 天 航 安全 、员 健康 和 效任 工务， 天员 统及系航 天 学医工 航 程的理 论 研 究和工程研 重制 点从将短期 载人 航天 飞
在 天航 学医 工程的发 中 展 累，了 量大的 研 预积 理 论果 成、 术 方 技法、 用 标准 ， 设了 一列 系适 用 应 建
于
天航殊特环的实验境型、 模设备设 施，形 了一成支 热
爱航 天业事、 掌握 航天 医学 程 工技术 与理论 的人 才队 伍 ，国载家人 航
天 工 启 动 程技 的 术基础 在。 是
行
过渡出到活动和中舱长期人载天。航天航学医工
学科 程也必 将在 续 载后航人天任 的务实 中得 到施应
２０ ０７年 第卷 ９第 ９期 ３３
以人为主体的
人航载天任务中， 建 立了有国中色特
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m用 丰富、 发展 ， 同和时 航天 学工医程学 科的发 展将也 进一 促 进步载 人天航 程 工号任务 型完成的和载 航人
技天 术 的展 。 发
参文献考
］ 魏金河 ［ １ ，黄端生 航天．学医工程概［ 论． Ｍ］ 京北 ：防国工出业版
社 ０， ２５
０告 ［
， Ｒ］０２６ ０［］６
ｉＸ ｎ ｎ ｉ ｉｈ Ｓｍ ｙｏｒ ｕ ｎ ｉｔａ． Ｇｅ ｏ ｉｅ ｏ Ｊａ ｇｇｕ ， ｎｉ Ｒａ ｅ， ｏ ＬｕＫ ｙ ，ｅ １ ｎｍｅｗ ｄ
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ｕｎ ｌＪ ｏｐ ｃｃ ｃ ｅ．０４ ４：． ５— ６ １ ｒａｏｆ Ｓ ｅａ Ｓｎ ｅ ２ ０ｉ２ １ ５０
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医天与学学医工 程０ ３，１ （ ） ｕ５—３４ ０２ ６，ｓｐ ： ５ ４９
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３ 中 国工
程 科 学 ４