美高梅手机版 美高梅手机版登录 本栏目将陆续推出一批我校有影响的学者

本栏目将陆续推出一批我校有影响的学者



[编者按]
继2011年上半年推出“身边的感动”系列报道受到广泛好评后,从2011年10月起,我们推出了新栏目“学者笔谈”。本栏目将陆续推出一批我校有影响的学者,重点展示他们在人才培养、科学研究、服务社会和文化传承与创新等方面的观点和见解、思路和做法及理论和实践,旨在弘扬科学精神,激荡人文情怀,回归学术本位,浓郁学术气象,全面提升交大学术的影响力和传播力。

大海黑暗寂静,深潜器的狭小密闭空间既为潜航员提供了生命保障,同时也带来常人难以承受的心理压力。记者获悉,上海交大海洋水下工程科学研究院等单位组成项目组,为蛟龙勇士创造了空气质量优良的室内环境,并全程实施了心理减压抗压测试和训练。

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拥有大深度载人潜水器和具备精细的深海作业能力,是一个国家深海技术竞争力的综合体现。有了载人深潜器,科学家可以直接参与到深海前沿科学研究。

蛟龙号深海载人潜水器的核心是一个4.8立方米容积的耐压球体,通常3名人员同时入舱,工作时间设计为12小时,应急生存时间为72小时。为确保潜航员作业环境适宜、身心康健,上海交大海科院承担了深海载人潜水器
环境卫生学控制研究、生理、心理监测装备研制、潜航员心理、体能和潜水技能训练等分项目研究,取得了阶段性成果。

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“蛟龙号”载人潜水器7000米级的6次试验全部完成,标志着我国深海载人技术达到国际领先水平,使我国具备了在全球99.8%的海洋深处开展科学研究、资源勘探的能力。

蛟龙号舱内湿度控制对保证潜航员精细操作、舱内仪器仪表稳定准确至关重要。专家介绍,他们研制成功优质去湿剂,多次试验中,舱内湿度控制在50%至75%之间,大大低于项目任务书要求的控制目标。此外,舱内消毒器的应用也使布满管线的金属舱达到国家室内空气质量标准。

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“蛟龙号”载人潜水器成功进行7000米级海试后,即将进入实际应用,我国载人深潜事业也将进入新的阶段。

人在深潜器内深入数千米海下,水环境理化因素巨变、活动空间受限与精神高度紧张等综合作用下,必然发生应激反应。专家表示,舱内乘员刚开始接触深潜器作业时可能感到新奇、兴奋和某种莫名的恐惧,而后就可能感到枯燥、单调和无味,实际任务中可能造成大脑皮层兴奋与抑制过程失调、中枢神经系统应变力下降,影响时空知觉能力、记忆判别能力、逻辑运算能力等。对此,研究人员针对性开展特殊心理训练,发展出有利于潜航活动的心理品质,包括注意力分配和转移、良好空间定向等,并形成了处置复杂紧急情况的心理准备和技能,确保此次海试任务完成。

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  20世纪末,国际海底区域竞争形势越来越激烈。正像进入太空离不开航天器一样,开发利用深海则离不开深海装载装备。拥有大深度载人潜水器和具备精细的深海作业能力,是一个国家深海技术竞争力的综合体现。有了载人深潜器,科学家可以直接参与到深海前沿科学研究。为了推动中国深海运载技术发展,为了我国大洋海底资源调查和科学研究提供重要高技术装备,同时为了促进中国深海勘探、海底作业、海难救援等技术的研发,科技部于2002年将“蛟龙”号载人潜水器研制列入国家高技术研究发展计划(863计划)重大专项,启动了“蛟龙号”载人潜水器的自行设计、自主集成研制工作。经过历时七载的联合攻关,终于实现了耐压结构、密封技术、生命保障、远程水声通讯、液压机械操作、系统控制等关键技术的突破。今年,“蛟龙号”载人潜水器7000米级的6次试验全部完成,最大作业深度达到7062米,“蛟龙”号在7000米级海试中创造了我国载人深潜新纪录,实现了我国深海技术发展的新突破和重大跨越,标志着我国深海载人技术达到国际领先水平,使我国具备了在全球99.8%的海洋深处开展科学研究、资源勘探的能力。

  上海交通大学海洋水下工程科学研究院就承担了潜航员医学保障科研任务,包括《7000米载人潜水器环境卫生学的控制》、《7000米载人潜水器生理、心理状态监测系统研制》和《潜航员体能、心理、潜水技术的培训及生理功能检测》子课题的研究,上海交大生命科学技术学院、心理咨询中心和体育系也派员参加课题研究。上海交大共有9人参加课题组。下面就研究工作一些介绍和探讨。

  载人潜水器环境卫生学的控制

  载人潜水器环境卫生学的控制总体目标是,从人-机-环境系统及工效学的角度出发,为载人潜水器创造一个相对优质、舒适干净的小环境,为潜器综合设计和系统配置提供依据,达到人-机-环境系统最优化的组合,确保潜航人员操纵准确率和安全性。

  “蛟龙号”载人潜水器舱内湿度的控制,对保证潜航员精细操作、舱内仪器仪表稳定与准确至关重要。环境的温度和湿度是影响人体健康、生理、心理功能及工作效率最主要的外界因素,而且温度和湿度是相互作用的。环境湿度一般以50-60%为最好。当其发生较大变化时,人体就会感到不适。

  环境噪声也是影响人体健康、生理、心理和工作效率的不利因素,噪声过高会干扰谈话和通信,并造成心烦意乱,精神不集中,影响工作效率,严重时会危及安全。我们选用了“HS
5633数字声级计”
噪声测定仪,在不同工况状态下,对潜器舱内进行噪声测定,为潜器相关设计和系统配置提供依据。目前,“蛟龙号”载人潜水器在正常作业状态下,舱内的噪声未超过55分贝,不会造成明显的影响。

  我们联合预防医学科学院暨上海培根环保科技有限公司成功研制了空气净化机和《海潜1型》空气消毒机。空气净化机采用现代电子技术和分子科学理论相结合的新颖净化工艺,对污染空气有很好的净化作用。该仪器已获得专利,多次在“蛟龙号”载人潜水器中使用,达到理想的空气净化和除臭要求。《海潜1型》空气消毒机具有智能电路控制的“高压净化仓”能有效清除经过净化仓的细菌和病毒。经实验室、医院和舱内试验,证明其效果良好,经上海市科学技术研究所查新,认为该成果达到国内领先水平。该产品已取得国家专利并纳入21X重点专利实施工程。《海潜1型》空气消毒机在“蛟龙号”载人潜水器中使用,能达到
舱内空气的灭菌目的。

  潜航员在潜航作业过程中必然会产生一定数量的污物。根据专题合同要求,我们提出了对人体及环境无害、方便易用、不破不溢的舱内污(废)物处理方案。经向航天系统、民航系统等多方面的了解,他们所用的污物处理袋,无毒、安全,又使用方便,适合载人潜水器内应用。此外,我们还制定了潜航员的营养卫生及饮食标准,包括潜航员食物定量标准、潜航员的日膳食营养素供给量、潜航员的膳食制度及潜航员的潜航间用餐建议等。我们还研制了潜航员的保暖衣、接尿器等。

  潜航员心理生理状态检测系统研制

  为了解潜航员在潜器布放下海、海中航行及上浮后生理、心理的变化及恢复过程,需要对潜航员的心理生理功能进行测定,同时,根据潜航员生理、心理功能的变化规律,开展人-机工效学研究,使潜器舱内仪表、操纵系统、照明条件等的设计和使用符合人体的生理、心理活动特点,达到人-机-环境系统最优化的组合,我们要研制适合于潜航员心理生理功能检测的装置。

  由于受水的影响,载人潜水器在7000米海下,生物电信号无法准确及时地传送到水面,潜航员在潜航时的基本生理参数需要由潜航员在潜器内自行检测。根据专题合同要求,潜器内用的生理测试仪器重量要小于3kg,体积小于0.12立方米,功率小于10W,连续记录时间大于1小时。经多方调查分析,我们选择了美国NONIN公司生产的性能稳定、重量轻、操作方便、直流供电的无创伤小型心率、动脉血氧饱和度及呼出气体的二氧化碳检测仪。该设备能瞬时测定舱内潜航员的心率、动脉血氧饱和度及呼出气末端的二氧化碳含量。经多次舱内载人试验,表明该设备选型合理,可靠性高,能达到任务合同书的要求。

  我们选用了美国BIOPAC公司MP150型多通道多功能生理信号记录分析系统,用于检测潜航员在潜航作业前后的基本生理参数。

  通过相应的检查和对潜航员进行的心理训练和心理功能测试,旨在保证潜航员在个性、感知、智能、心理运动以及掌握专业知识方面均为优秀者。系统量表测试是按照中国科学院心理研究所监制的量表指导书的规定,由心理学测量专家主持测试,按照量表使用的标准换算各因子的分数,观察其下述内容:躯体化、强迫症状、人际关系、抑郁、焦虑、恐怖、敌对及偏执等各因子的分数,对其心理健康和性格做出判断。我们的测试结果表明,经过系统训练的潜航员的测试结果高于常模。采用由世界卫生组织(WHO)推荐,经国家卫生部鉴定,通过汉化的神经行为功能测试系统(NES-2型),对潜航员进行心理行为功能的测试。如智力、感知、注意、记忆、心理运动能力等,其具体指标有空间记忆、动作记忆、立体视觉、简单反应时、复杂反应时、动作稳定性、注意集中、注意分配、图形数码编码能力以及场依存性等。

  潜航员心理、体能和潜水技能的培训

  “蛟龙号”载人潜水器潜航员都是国家海洋局面向全国招聘的。我也参与了潜航员选拔工作,在15名候选人中最后只选到了两名符合条件者,作为第一批受训人员。随后,由702所和相关单位对他们进行了严格的载人潜器总体和各个系统的理论、实际操作和驾驶培训,上海交通大学承担了体能、心理和潜水技术的培训。

  深海潜航活动是一个很复杂的系统控制工程,在这个控制流程中,持续不断地出现信息的控制与反馈,信息的流量不仅大,而且信息的流速很快。所以,潜航员对潜航中的信息进行及时正确处理,至关重要。此外,每次潜航一开始就处于“无停顿”状态,这种状态主要体现在布放、下潜、着底、海底作业,包括熟练操纵潜水器,在指定的海域巡航和作业,同时还要肩负起导航、通讯、轮机、摄影、生命保障、故障修理与维护、必要时的医疗急救等工作。这种状态下,需要我们的潜航员和航天员一样,具有健康的体质、平衡的心理素质、稳定的生理功能和超常的分析、判断和决策能力。因此,我们工作的总体目标是:培养潜航员成为一个有健康的体魄、稳定的工作情绪、平衡的心理状态、生理功能达到最佳状态的潜航工作者。

  心理训练是采用心理学的方法对潜航员的心理施加影响的训练活动。分为,一般心理训练和特殊心理训练。

  具体的心理训练内容有:强化职业动机 、心理相容性训练
、情绪自我调节能力训练 、 敢为性训练 、自信训练 、表象训练 、
耐受孤独训练 、 应变能力训练、
抗应激能力训练等。应对载人潜水器在潜航作业过程中可能出现的应急救援、应急脱险的情况,需要潜航员掌握自携式潜水技能。依据我国《民用潜水员培训大纲》的要求,上海交大海科院潜水员培训中心对潜航员进行自携式潜水装具潜水技能培训。首先,在上海交大海科院的高压水舱和水池内进行最基本的潜水训练,包括基本的潜水知识理论学习、潜水装具的穿着、学会下潜、着底、水下停留、减压上升并安全返回水面等,然后在潜水员实训基地完成了潜水实操训练。两名潜航员顺利通过了考试。经中心申报,交通部潜水员考核委员会批准,两位潜航员取得了《中华人民共和国潜水员》证书。

  “蛟龙号”载人潜水器成功进行7000米级海试后,即将进入实际应用,我国载人深潜事业也将进入新的阶段。在国际上,根据多年的载人潜水器的应用,国际海洋承包商协会制定了《载人潜水器作业的实操手册》,第一章就是关于人员的内容,包括潜航员的选拔、培训、载人潜水器驾驶员和乘员的医学标准和特殊检查内容。我们几年来通过对潜航员的培训,积累了可贵的资料,但由于人员较少,还难得出统计学的资料,
需要进一步开展系统、深入研究,进而制定出我国的标准。

  我们将继续工作,为载人潜水器的技术发展及在大深度海洋工程的推广应用尽最大力量。

  学者小传

  石中瑗,上海交通大学海洋水下工程科学研究院研究员。1963年研究生毕业于前苏联列宁格勒大学(现圣彼得堡大学)。长期从事特殊环境生理学的研究
取得了一批重要科技成果。在国内外学术刊物及学术会议上发表论文160余篇,1984年首批获得国家级有突出贡献中青年专家称号,享受国务院专家特殊津贴。曾主持了珠穆朗玛峰高山生理考察及青藏高原对人类活动影响的研究
曾多次获得国家和中科院奖励。

  1979年,在国内首先开展实海氮氧饱和潜水、船上模拟氦氧饱和潜水实验,分获交通部科技成果一等奖和三等奖。1983年主持了302米氦氮氧饱和潜水科学实验,创造了当时亚洲的深潜记录,获石油部科技进步一等奖。1983-1985年主持研究开发了我国特有的高海拔潜水科学技术,获石油部科技进步一等奖。参加的《西部沙漠地区石油工人劳动卫生与劳动生理研究》,1992年获石油部科技进步二等奖。主持的《中美联合氮氧饱和及氦氮氧巡回潜水科学实验》及《潜水技术在高原水下施工中的应用》分别获得上海市科技进步三等奖,参加的交通部西部交通建设科技重点项目《高原(山)地区筑养路职工安全与健康保障研究》获青海省2008年科技进步一等奖。

  近年来参加的项目包括“蛟龙号”(863)专项的子课题等的研究。曾任国务院海洋专家组成员,中华航海医学会副主任委员,中国海洋学会理事,中国海洋工程学会理事等。最近被选为亚太地区潜水高气压医学会荣誉主任委员。

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