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出版者:

作者:World Health Organization (COR)

出品人:

页数:127

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出版时间:

价格:40

装帧:

isbn号码:9789241563499

丛书系列:

图书标签:

• IPCS
• IPCS
• Mode of Action
• Toxicology
• Risk Assessment
• Chemical Safety
• Health Effects
• Exposure Assessment
• Hazard Identification
• Environmental Health
• Regulatory Science

深空航行中的环境适应与生命维持系统 一部聚焦于人类探索宇宙深处时所面临的极端挑战，以及为确保宇航员长期生存与高效运作而设计的复杂生命支持技术与策略的专著。 本书深入剖析了人类进行星际和深空任务时所必须克服的核心障碍：如何在完全与地球隔绝的、敌对的环境中维持生命活动，并保持船员的生理与心理健康。它并非关注单一的技术模块，而是构建了一幅关于“封闭生态系统”如何在远距离航行中实现自给自足的宏大图景。 第一部分：极端环境下的生理学重塑 本部分详尽考察了在失重、高辐射暴露、受控气体混合物及微重力下，人体系统如何发生不可逆转的适应与退化。 一、微重力对生物系统的长期影响评估： 详细阐述了骨骼脱矿化（骨质疏松症的加速过程）、心血管系统适应性改变（如“鸟腿综合征”的发生机制）、肌肉萎缩的动态模型，以及神经系统在缺乏重力参考系时的空间定向能力衰减。重点分析了国际空间站（ISS）及模拟环境数据，推导出前往火星及更远星系任务中，宇航员体能维持的最低阈值。 二、辐射防护的物理与生物屏障： 深空任务的核心风险是银河宇宙射线（GCRs）和太阳高能粒子事件（SPEs）。本书全面对比了传统的质量屏蔽（如水箱、聚乙烯材料）与主动磁屏蔽技术的理论可行性及工程实现难度。在生物学层面，探讨了辐射诱导的DNA损伤修复机制研究进展，以及如何通过药理学干预，如抗氧化剂和新型辐射防护药物，来降低长期暴露的癌症风险和中枢神经系统损伤。 三、人为大气环境的精确控制与毒性管理： 封闭舱内气体的氧气分压、二氧化碳分压、水蒸气浓度以及痕量污染物（如甲醛、挥发性有机化合物）的实时监控与去除是生命维持的关键。本章细致分析了催化燃烧器、分子筛吸附系统（如沸石转轮）的工作原理，并引入了“主动痕量气体传感器阵列”的设计规范，以确保舱内空气质量始终处于对人体无害的区间，并探讨了舱内微生物群落（如霉菌和细菌）的控制策略。 第二部分：闭环生命支持系统的工程实现 本章节聚焦于如何从地球的线性供应模式，转向依赖回收与再生的循环系统，以实现任务的持续性。 一、水资源循环利用的深度净化技术： 在深空任务中，水是比燃料更为宝贵的资源。本书详细介绍了宇航员呼出气体中的冷凝水、汗液、以及尿液的收集、预处理与多级净化流程。重点讨论了膜蒸馏技术（MD）、电化学氧化（EO）以及组合式反渗透/电去离子（RO/EDI）系统在去除高浓度的无机盐和挥发性有机物的效率与能耗平衡。通过建立不同回收率下的物质平衡模型，论证了实现98%以上水回收率的工程可行性。 二、食物生产与废弃物资源化： 探讨了超越传统冷冻干燥食品的“舱内农业”（Controlled Environment Agriculture, CEA）方案。详细分析了气雾栽培和水培技术在微重力下的流体动力学挑战，并比较了不同波长LED光源对光合作用效率的影响。此外，本书还包含了一个关于生物废弃物管理的章节，探讨了利用厌氧消化或超临界水氧化技术，将不可食用的生物残渣转化为可用的生物气体或惰性介质的潜在途径。 三、氧气再生与二氧化碳去除的集成方案： 氧气供应的再生是维持呼吸环境的核心。书中详细对比了Sabatier反应器（CO2还原制水和甲烷）、布雷克工艺（固体胺吸附）以及电化学方法在去除和转化舱内二氧化碳方面的性能指标。着重于系统集成，阐述了如何将这些单元操作耦合起来，以最低的能量输入，稳定地维持舱内氧气分压在20%至21%的狭窄窗口内。 第三部分：任务心理学与人机交互界面 本书的最后部分转向了非物理层面的生命维持：宇航员的认知健康与团队协作。 一、长期隔离环境下的认知负荷与对策： 分析了长时间与地球通信延迟（如前往火星任务中单程数分钟到数十分钟的延迟）对宇航员决策制定能力的影响。讨论了“自主任务执行能力”的培养，包括如何设计更具容错性和高层级自主性的航天器操作系统。内容涵盖了压力管理、冲突解决协议的预置化，以及应对“地球失落感”（Earth-out-of-view syndrome）的心理干预工具。 二、人机系统可靠性与故障诊断： 鉴于深空任务中无法进行即时维修或地面支持，系统必须具备极高的自诊断能力。本章侧重于设计“可解释的人工智能辅助诊断系统”（XAI-assisted diagnostics），该系统需能实时分析数百个传感器数据流，在关键故障发生前，向宇航员提供清晰、概率化的维修建议，而非仅仅发出警报。探讨了如何通过虚拟现实（VR）和增强现实（AR）工具，将复杂的系统手册和维修流程“投射”到实际设备上，从而降低人为错误率。 三、社会动态与团队健康监测： 宇航员的团队动力学是任务成功的关键。本书通过案例分析，探讨了在狭小空间内长期共存可能导致的社会退化现象。提出了基于生理指标（如皮质醇水平、睡眠周期）和行为数据（如通讯频率、任务协作模式）的“团队健康指数”（Team Health Index, THI），用以提前预警潜在的团队解体风险，并建议了相应的任务重组或角色轮换机制。 结论： 本书最终总结了未来深空探索中，生命支持系统从“辅助”向“共生”演进的必然趋势。它强调了跨学科集成设计的重要性——从材料科学到神经科学，从流体力学到系统工程——所有领域必须协同工作，才能确保人类作为物种，能够真正迈向太阳系之外的广阔空间。

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