“神舟二號(hào)”承載多少秘密

紫　曉　木　子

“神舟二號(hào)”飛船英俊瀟灑的雄姿，使無數(shù)國人為之傾倒，而其內(nèi)部隱藏著的許多秘密卻鮮為人知。

為了促進(jìn)載人航天的應(yīng)用，提高工程綜合效益，使我國的空間應(yīng)用跨入載人空間實(shí)驗(yàn)階段，“神舟二號(hào)”的太空之旅，肩負(fù)著開展一系列空間科學(xué)及技術(shù)實(shí)驗(yàn)的神圣使命。

“神舟二號(hào)”飛船的3個(gè)艙段，幾乎都安裝了各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，“神舟二號(hào)”由此成為一個(gè)名副其實(shí)的“空間科學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室”。這些科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備各有各的用途。我國科學(xué)家試圖通過這些設(shè)備，進(jìn)行材料科學(xué)、生命科學(xué)、空間天文、環(huán)境監(jiān)測(cè)等實(shí)驗(yàn)任務(wù)。這些實(shí)驗(yàn)任務(wù)由中國科學(xué)院為主的全國50多個(gè)科研院所和大學(xué)承擔(dān)。

太空“百寶箱”

太空中幾乎沒有重力，沒有空氣和水分，各種比重不同的物體可以在一起“和平共處”。在這里也幾乎沒有地面上的對(duì)流、沉淀等現(xiàn)象，可以生長出地面上得不到的結(jié)構(gòu)完整、性能優(yōu)良的晶體材料。在飛船上進(jìn)行的空間材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)，對(duì)于獲取高質(zhì)量的晶體材料，了解晶體材料生長過程中重力對(duì)流等因素對(duì)晶體品質(zhì)的影響，指導(dǎo)地面批量生產(chǎn)具有重要意義。

進(jìn)行空間微重力科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)，是當(dāng)今載人航天實(shí)驗(yàn)的熱點(diǎn)?？臻g材料實(shí)驗(yàn)向人們傳遞著這樣一個(gè)信息:外層空間是發(fā)展研究新材料、新的加工工藝的理想場(chǎng)所。

人類開展空間科學(xué)研究已有40多年歷史，而大規(guī)模進(jìn)行太空生產(chǎn)材料實(shí)驗(yàn)活動(dòng)始于70年代末。從1980年到1990年，蘇聯(lián)在空間站里進(jìn)行了500項(xiàng)材料加工實(shí)驗(yàn)。1989年，在“和平”號(hào)空間站生產(chǎn)出297公斤砷化鎵，價(jià)值上百萬美元。如今，在空間生產(chǎn)的砷化鎵晶體已成為最有希望的商品。一些諸如大尺寸微乳膠球、高純度藥物等都已貼上了“空間”商標(biāo)。通過空間實(shí)驗(yàn)，還獲得了一些新的加工工藝。這些工藝為改進(jìn)地面材料的生產(chǎn)指明了方向。

多年來，我國先后利用返回式衛(wèi)星開展了80多項(xiàng)材料加工和生命科學(xué)等方面的研究，進(jìn)行了各種形式的搭載實(shí)驗(yàn)300多項(xiàng)，已經(jīng)形成了以中國科學(xué)院為主，航天研究院所、高等院校等參加的空間微重力科學(xué)研究應(yīng)用隊(duì)伍。

作為人類文明進(jìn)步的標(biāo)志，材料是現(xiàn)代工業(yè)與高新技術(shù)領(lǐng)域的重要支柱之一。材料的進(jìn)步，推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展。進(jìn)行材料科學(xué)研究，是“神舟二號(hào)”飛船的使命之一。

在空間可以獲得在地面無法生長出的高性能晶體材料，這些材料在高新技術(shù)領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值。例如二元半導(dǎo)體銻化鎵晶體，是制造微波器件、微波集成電路和超高速集成電路的關(guān)鍵電子材料。與目前普遍應(yīng)用的硅單晶相比，其性能更加優(yōu)良。三元半導(dǎo)體碲鋅鎘晶體是制造紅外探測(cè)器不可缺少的材料。我們現(xiàn)在通過“風(fēng)云”氣象衛(wèi)星可以獲得準(zhǔn)確的天氣預(yù)報(bào)，進(jìn)行礦產(chǎn)資源勘探、指導(dǎo)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)和自然災(zāi)害預(yù)防，這其中紅外探測(cè)器功不可沒。氧化物激光晶體硅酸鉍是光信息存儲(chǔ)功能材料。隨著信息時(shí)代的到來，信息存儲(chǔ)材料的重要作用已是有目共睹。

地面的晶體生長過程可以通過肉眼直接觀察，那么，在空間微重力環(huán)境下的晶體生長過程又是什么樣的呢?我國科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種安裝在“神舟二號(hào)”上的空間晶體生長觀察裝置，可以利用攝像機(jī)拍攝空間微重力條件下氧化物單晶的生長全過程。在空間對(duì)晶體材料生長機(jī)理和生長工藝的深入研究，有利于指導(dǎo)地面晶體材料的生產(chǎn)，改進(jìn)工藝，提高晶體質(zhì)量，以推進(jìn)材料科學(xué)及工程的發(fā)展，造福全人類。

太空“生物軍團(tuán)”

空間微重力、強(qiáng)宇宙粒子輻射、節(jié)律變化等特殊環(huán)境，給生命科學(xué)、生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)提供了地面不能或不能完全模擬的條件。利用這種獨(dú)特環(huán)境進(jìn)行生物體組織培養(yǎng)，可以避免地面重力作用所造成的對(duì)流和積淀作用，獲得比地面更好的效果。因此，空間生命科學(xué)研究不僅有助于揭示生命科學(xué)中不可能在地面環(huán)境下獲知的一些本質(zhì)特征，而且在應(yīng)用上可望獲取空間生物工程的方法，生產(chǎn)出高質(zhì)量單晶、高效生物制品等。

今天，微生物的生長代謝研究已由地面拓展到太空，由此而發(fā)展起來的微生物技術(shù)已廣泛用于藥物合成、醫(yī)學(xué)研究等領(lǐng)域，為人類生產(chǎn)生物制劑開拓了新的前景。

在生物材料加工方面，已分離出地面很難分離的哺乳動(dòng)物特化細(xì)胞，其純度比地面高4～5倍，分離速度提高400～700倍。這些成果給藥物學(xué)研究帶來了新的生機(jī)，一些地面不能制造和提純的藥物，卻可以在太空中完成。

在“和平”號(hào)空間站里，科學(xué)家已經(jīng)成功地種植了卷心菜、土豆等蔬菜，還種植了只有40厘米高的小麥。由于在空間站里24小時(shí)都有電燈照明，小麥無法“安眠”，60天就成熟了。這種轉(zhuǎn)基因小麥的產(chǎn)量是地面普通小麥產(chǎn)量的3倍。

自1988年以來，我國先后進(jìn)行了4次藻類空間生長試驗(yàn)，研究了20種藻類和大型藻在太空環(huán)境中的適應(yīng)能力，取得了固氮能力強(qiáng)的藻類新品系。用它們的發(fā)酵物配置的飼料喂養(yǎng)梅花鹿，不僅節(jié)省飼料，還能使鹿茸的產(chǎn)量增加16％。

科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)，在空間失重的條件下，蛋白質(zhì)晶體比在地球上生長的個(gè)大，且更為純凈，結(jié)構(gòu)更為完整，可以很方便地進(jìn)行分析。通過對(duì)它們的分析，能更深入地揭開蛋白質(zhì)、酶和一些病毒的秘密，并由此研制出新的藥物。

生命體的一切活動(dòng)都是通過其基本構(gòu)成物質(zhì)，特別是蛋白質(zhì)和核酸的功能來實(shí)現(xiàn)的，而這些生物大分子功能如何又直接取決于它們的結(jié)構(gòu)。因此，測(cè)定這些生物大分子的結(jié)構(gòu)，研究其結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，對(duì)于揭示生命奧秘和了解疾病十分重要；而且，它也是發(fā)展蛋白質(zhì)工程及藥物設(shè)計(jì)等生物高技術(shù)所必需的基礎(chǔ)，特別是在人類基因組計(jì)劃完成之后，這類研究的意義將更加突出?！吧裰鄱?hào)”飛船上裝載的蛋白質(zhì)結(jié)晶裝置是我國科研工作者為了揭示生命的奧秘，經(jīng)過多年研制而成的。這項(xiàng)研究對(duì)于抗農(nóng)作物病害、治療人體頑癥、設(shè)計(jì)新藥物、在細(xì)胞和分子水平上研究生命現(xiàn)象和揭示生命的奧秘具有重要意義。

“神舟二號(hào)”所進(jìn)行的空間生物效應(yīng)研究，是我國航天領(lǐng)域首次多物種、多種生物的綜合性生物學(xué)研究。眾多的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)材料，組成了一個(gè)進(jìn)軍太空的“生物軍團(tuán)”。

本次生物學(xué)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)所用的生物材料是在過去7年篩選出來的。在19種生物中，有17種分別是微生物、植物、水生生物和無脊椎動(dòng)物，有2種為脊椎動(dòng)物的細(xì)胞或組織。實(shí)驗(yàn)的目的是從細(xì)胞、組織、個(gè)體、種群和簡單生態(tài)系統(tǒng)等不同層次上，研究生物體和生物封閉系統(tǒng)的空間生物學(xué)效應(yīng)，爭取研究開發(fā)出空間生物加工的共培養(yǎng)技術(shù)、反應(yīng)器技術(shù)和發(fā)現(xiàn)高效、高質(zhì)生命物質(zhì)的特殊代謝途徑；同時(shí)，爭取利用空間環(huán)境的誘發(fā)變異獲得具有優(yōu)良品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的生物品系。

重力的干擾對(duì)活細(xì)胞的體外生長會(huì)產(chǎn)生一定的影響，空間環(huán)境由于不受重力干擾更容易進(jìn)行細(xì)胞的培養(yǎng)。通過空間細(xì)胞的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，可使醫(yī)生在不危害病人的條件下，精確地試驗(yàn)治療癌癥的新方法。同時(shí)，高質(zhì)量的組織培養(yǎng)已用于生長胰腺細(xì)胞，使得糖尿病患者在不使用胰島素的情況下也能得到治療。

空間生物學(xué)效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法、工藝和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以促進(jìn)高效、高抗體、優(yōu)質(zhì)物種在相關(guān)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用。通過建立生物反應(yīng)器原理模型和生態(tài)管理模型，可以指導(dǎo)解決我國和世界當(dāng)前面臨的嚴(yán)峻環(huán)境問題。

太空“天文臺(tái)”

你想知道在遙遠(yuǎn)的太空是怎樣的景象嗎?除了用肉眼可以見到的星星之外，科學(xué)家近年來還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)神奇的現(xiàn)象，那就是人們用肉眼看不到的γ射線暴。

宇宙γ射線暴是宇宙中一種突發(fā)的巨大能量的爆發(fā)現(xiàn)象，其巨大能量的來源及其發(fā)生機(jī)理，無法用現(xiàn)有的科學(xué)理論解釋，至今還是一個(gè)謎。因此，它已成為一個(gè)重要的國際前沿?zé)狳c(diǎn)課題?！吧裰鄱?hào)”飛船攜帶了進(jìn)行空間天文觀測(cè)的超軟X射線探測(cè)器和γ射線探測(cè)器，目的就是嘗試為解開這一謎底提供更多的信息，以便了解宇宙γ射線暴的起源、產(chǎn)生機(jī)制和內(nèi)在性質(zhì)等。

太陽耀斑中的質(zhì)子耀斑所產(chǎn)生的高能質(zhì)子輻射，對(duì)載人飛船有很大威脅，對(duì)短波通訊、洪澇災(zāi)害等也有直接影響。通過對(duì)太陽高能輻射變化的觀測(cè)研究，可以判斷耀斑性質(zhì)，可能提前幾十小時(shí)對(duì)其作出警報(bào)，并在太陽活動(dòng)高峰年期間對(duì)太陽高能電磁輻射進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)太陽高能輻射變化的觀測(cè)研究，也有利于載人航天器的安全保障。因此，我國天文學(xué)家將以“神舟二號(hào)”飛船為平臺(tái)，在對(duì)宇宙γ射線暴進(jìn)行探測(cè)研究的同時(shí)，也兼顧到對(duì)太陽耀斑高能輻射的監(jiān)測(cè)。

此外，我國科學(xué)家還將用安裝在“神舟二號(hào)”飛船上的大氣成分探測(cè)器、大氣密度探測(cè)器等，監(jiān)視空間環(huán)境的變化，為空間環(huán)境預(yù)報(bào)和警報(bào)提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。也就是說，利用空間環(huán)境預(yù)報(bào)中心，收集、綜合分析國內(nèi)外衛(wèi)星和地面的觀測(cè)數(shù)據(jù)，提供飛船運(yùn)行軌道的有關(guān)大氣參數(shù)及太陽活動(dòng)和地磁活動(dòng)的參數(shù)，預(yù)報(bào)飛船發(fā)射、運(yùn)行期間空間環(huán)境狀況和可能出現(xiàn)的空間環(huán)境異常，并在出現(xiàn)危急情況時(shí)發(fā)布警報(bào)。同時(shí)，它還是將來航天員出艙活動(dòng)的“空間天氣預(yù)報(bào)”系統(tǒng)。

騰飛吧，“希望之舟”

如果把我國空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)比喻為“陽光事業(yè)”，那么，它的承載者就是“神舟號(hào)”飛船。

“神舟二號(hào)”第一次集中了有一定學(xué)科面的開拓性的空間科學(xué)研究工作。

這一系列實(shí)驗(yàn)，何時(shí)能知道結(jié)果?能否取得突破性進(jìn)展?是大家十分關(guān)心的問題?？茖W(xué)家對(duì)此次空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)的估計(jì)，總是十分謹(jǐn)慎的。他們認(rèn)為，現(xiàn)在下結(jié)論尚為時(shí)過早，因?yàn)橛行┙Y(jié)果飛船回收后就知道，有些還有待于進(jìn)行深入研究，有些將繼續(xù)在太空中進(jìn)行長達(dá)半年的觀測(cè)。但可以肯定的是，通過“神舟二號(hào)”的太空之旅，將會(huì)開拓我們的視野，增加我們的新知，積累更多的經(jīng)驗(yàn)，為今后更深入、更大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)，最終實(shí)現(xiàn)空間產(chǎn)品的商品化和產(chǎn)業(yè)化，更為廣泛地服務(wù)社會(huì)、造福社會(huì)開辟了前進(jìn)的道路。

據(jù)專家介紹，繼“神舟二號(hào)”以后，我國還將在今后陸續(xù)上天的“神舟號(hào)”飛船中，進(jìn)一步加快空間實(shí)驗(yàn)的腳步。在空間材料科學(xué)方面的研究，將增加新的樣品；在生命科學(xué)和生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究方面，將增加細(xì)胞反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)、細(xì)胞融合、電泳等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；在空間環(huán)境探測(cè)方面，將進(jìn)一步開展空間大氣成分、密度等多項(xiàng)研究。

番茄和荔枝的滋味都是美妙的。如果把這兩種水果的細(xì)胞融合成一個(gè)實(shí)體，結(jié)出來的果實(shí)將會(huì)是什么滋味，恐怕很難想像。我國科學(xué)家在今后幾艘“神舟號(hào)”飛船進(jìn)行的空間實(shí)驗(yàn)，或許就能回答這個(gè)問題。

“神舟二號(hào)”承載著許多秘密，也承載著許多希望，它是中華民族的“希望之舟”。在未來的征程中，“神舟號(hào)”飛船燃起的科學(xué)之火，必將隨著一艘艘飛船的翩翩升空而愈燃愈烈。

責(zé)任編輯：兆然