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“神舟二号”有什么 (图文)
李琇玮/光明日报　2001-01-22 09:15:50

　　“神舟二号”飞船的三个舱段的各个角落，几乎都安装了大大小小的科学实验设备，返回舱里15件，轨道舱有12件，附加段有37件。这些由64件仪器设备组成的有效载荷，都是第一次上天的正式产品，简直就是“太空实验舱”。

　　图为研究人员把小白鼠放进生物舱。

　　这些仪器设备各有各的用途。有进行空间材料科学试验的多工位空间晶体生长炉和空间晶体生长观察装置；有进行空间生命科学试验的空间蛋白质结晶装置和空间通用生物培养箱；有进行空间天文观测的太阳和宇宙天体高能辐射监测仪，包括超软X射线探测器、X射线探测器和γ射线探测器；有进行空间环境探测的大气成份探测器、大气密度探测器和固体径迹探测器；有有效载荷公用系统，还有微重力测量仪等。科学家将通过这些设备进行材料科学、生命科学、空间天文、环境监测等试验任务。这些任务以中国科学院为主，由全国50多个科研院所和大学承担。

　　太空“百宝箱”

　　“神舟二号”飞船上装载了一台可制备多种晶体材料的“百宝箱”—多工位空间晶体生长炉。由于太空中几乎没有重力，在这种特殊的环境中，各种比重不同的物质可以在一起“和平共处”，几乎没有地面上的对流和沉淀等现象，可以生长出地面上得不到的结构完整、性能优良的晶体材料。因此，在飞船上进行空间材料科学试验，对于获取高品质的功能晶体材料，了解晶体材料生长过程中对晶体品质的影响，指导地面批量生产，具有重要意义。
　　进行空间材料科学研究，是“神舟二号”的使命之一。在飞船上安装有材料科学通用装置——多工位空间晶体生长炉。科学家将制备半导体、氧化物和金属合金等多种晶体材料，研究太空微重力条件下各种效应对晶体材料生长过程的影响规律。
　　由于在太空中克服了不利于获得高品质晶体材料生长的诸多因素的影响，加上对微重力条件下晶体生长特殊规律的深入研究，有可能在空间获得高性能的用于高新技术领域的晶体。这些材料都在高新技术领域有着重要的应用价值，例如二元半导体锑化镓晶体是制造微波器件、微波集成电路和超高速集成电路的关键电子材料，与目前普遍应用的硅单晶相比，该晶体具有电子迁移率高、工作温度高、抗辐照能力强和噪声低等优良性能；三元半导体碲锌镉晶体是制造红外探测器不可缺少的材料，我们现在通过风云气象卫星可以获得准确的天气预报，还可进行矿产资源勘探、指导农牧业生产和自然灾害预防等等，这其中红外探测器功不可没；氧化物激光晶体硅酸铋是光信息存储功能材料，随着信息时代的到来，信息存储材料的重要作用已是有目共睹。
　　地面的晶体生长过程可以通过肉眼直接观察，那么，在空间微重力环境下的晶体生长过程又是什么样的呢？科学家还设计了一种特殊的安装在飞船上的空间晶体生长观察装置，利用摄像机全过程拍摄空间微重力条件下氧化物单晶的生长历程，通过对空间晶体熔化和结晶过程图像的分析，研究晶体生长动力学和重力对流消失后各种效应对晶体生长的影响。通过在空间对晶体材料生长机理和生长工艺的深入研究，可以指导地面晶体材料生产过程，改进工艺，提高晶体质量，推进材料科学及工程的发展。

　　太空“生物军团”

　　空间环境的微重力、强宇宙粒子辐射、节律变化等特殊的极端条件，给生命科学、生物技术实验，提供了地面不能或不能完全模拟的条件。利用这种独特环境，进行生物体组织培养，可以避免地面重力作用所造成的对流的沉淀作用，获得比地面更好的效果。因此，进行空间生命科学研究，不仅有助于揭示生命科学中不可能在地面环境下获知的一些本质特征，而且在应用上可望发展新的空间生物工程方法，生产高质量单晶、高效生物制品等。
　　另外，科学家发现，在空间失重的条件下，蛋白质晶体可以比在地球上生长的尺度大，结构更完整，可以很方便地进行分析。通过对这些晶体进行分析，能更深入地揭开蛋白质、酶和一些病毒的秘密。
　　生命体的一切活动都是通过它的基本构成物质，特别是蛋白质和核酸的功能来实现的，而这些生物大分子的功能又直接取决于它们的结构。因此，测定这些生物大分子的结构，并研究其结构与功能的关系，对于揭示生命奥秘和理解疾病十分重要，而且也是发展蛋白质工程及理性药物设计等生物高技术所必需的基础。特别是在人类基因组计划完成之后，这类研究的意义将更加突出。
　　“神舟二号”飞船上装载的蛋白质结晶装置，是科学家们为了揭示生命的奥秘经过多年研制而成的。它装载有天麻抗真菌蛋白、碱性磷脂酶A2、细胞色素B5等15种蛋白质，对于抗农作物病害、治疗顽症、设计新型药物、在细胞和分子水平上研究生命现象的本质，具有重要意义。
　　“神舟二号”所进行的空间生物效应研究，是我国航天领域首次多物种、多种生物综合性生物学研究。酒泉卫星发射中心中科院负责生命科学实验的刘永定博士透露，“神舟二号”飞船携带上天的两只空间通用生物培养箱，一共有19类25种植物、动物、水生生物、微生物、细胞和细胞组织，它们是中科院的科学家们从87种生物中，通过近7年的地面试验精心选拔出来的。
　　这次装载“生物军团”的生命培养箱——由镁铝合金制成的长400毫米、宽310毫米、高240毫米的4个黑箱子，其中2个箱子是装着上天的试验样品，另2个是在地面作对比试验用的。每个大箱子又可以装16个小样品盒，8个大的，8个小的。科学家把他们的试验样品先装在小试管里，再放到样品盒子里，然后放入生命培养箱中。
　　刘永定说，载人航天的最终目的是要把人送上天，研究太空环境与生命之间的反应，研究太空环境因素对生物体神经网络系统的刺激反应和在刺激反应过程中可能产生的特殊物质，为航天员上天提供科学依据。因此科学家们将从这些已经怀孕的六只小白鼠身上提取心脏脊髓组织和胚胎组织、腿部肌肉等标本，把细胞组织放在小白鼠的大腿肌肉上，再放入生命培养液中，进行相关生命科学研究。
　　因为不同的环境和气压下，氧份压不一样，就会影响人心脏的供血量，进而影响人的血液环境。为研究心脏在太空氧份压下反应，科学家将提取乌龟的心脏细胞，放在生命培养箱中，观察太空环境对心脏细胞的影响。
　　幼果蝇是一种非常小的动物，它们被放在底部装有白色高级营养液的试管中，看上去比芝麻粒还小。负责果蝇培养的专家李夏介绍说，这次试验主要是考察它们在太空微重力环境下的交配与产卵情况，由于果蝇“社会”实行的是“一妻多夫”制，所以上天的果蝇大致是按二比一公母搭配方式。
　　在试验中还有澳洲水泡螺。它们此次飞天的主要目的是为了验证空间环境对食物链的影响。澳洲水泡螺排出的粪便将成为蛋白核小球藻等水生生物的美餐，而小球藻产生的氧气正好成为澳洲水泡螺的“氧吧”。
　　在扁圆形的玻璃器皿里，还装着石刁柏、圆红萝卜等十多种植物的种子。在适宜的温度下，有的圆鼓鼓的，有的张着小嘴，吐出了嫩芽。装在试管里的是蛋白质、蛋白核小球藻、鱼星藻、螺旋藻等各种藻类，还有假单胞菌、灵芝大肠杆菌等菌类。
　　刘博士说：“在7天的太空之旅中，为使这些细胞活着回来，我们给它们做了保温衣和保温箱。回收时，怕他们冻着，中科院上海技术物理所的科学家们还专门到‘三枪棉’厂给它们定做了一件牛仔小棉褂子。”
　　因为重力的干扰对活细胞的体外生长会产生一定的影响，空间不受重力干扰更容易进行细胞的培养，所以进行这种实验，可使医生在不危害病人的条件下，精确地实验治疗癌症的新方法。同时，高质量的组织培养，也已用于生长胰腺细胞，使糖尿病人在不按常规使用胰岛素的情况下得到治疗。

　　太空“天文台”

　　太空除了用肉眼可见到的星星之外，科学家们在太空还发现了一个神奇的现象，它就是人们用肉眼看不到的γ射线暴。
　　宇宙γ射线暴是宇宙中一种突发的巨大能量的爆发现象，每秒钟爆发能量高达1034尔格，相当于10个太阳的辐射能量。如此巨大能量的来源及其发射机制，无法用现有科学理论解释，至今还是一个谜，也是一个重要的国际前沿热点课题。“神舟二号”飞船上携带了进行空间天文观测的超软X射线探测器、X射线探测器和γ射线探测器，目的就是尝试为解开这一谜底提供更多的信息。
　　通过对X射线和γ射线的探测和分析，对研究宇宙γ射线暴的起源、产生机制、爆发的能谱及时变特征等有重要的科学意义。
　　太阳耀斑中质子耀斑（质子事件）产生的高能质子辐射，对载人飞船有很大威胁，对短波通讯、洪涝灾害等也有直接影响。通过对太阳高能辐射变化的观测研究可以判断耀斑性质，可能提前几十小时对质子事件作出警报，在太阳活动高年期间对太阳高能电磁辐射进行监测，具有重要的科学意义和对载人航天器的安全保障作用。因此，我国天文学家将以“神舟二号”飞船为平台，同样利用由上述设备组成的宽能区、高时间分辨率谱仪，在进行宇宙γ射线暴探测研究的同时兼顾太阳耀斑高能辐射监测。
　　这一项目是我国首次对g暴和太阳耀斑进行空间探测。在观测的能谱段设置、时间分辨率及观测任务所处时间（太阳第23周活动高年）上均有我国自己的特色。
　　此外，科学家还将用安装在“神舟二号”飞船上的大气成分探测器、大气密度探测器、径迹探测器，监视空间环境的变化，为空间环境预报和警报提供实时监测数据。即利用空间环境预报中心，收集、综合分析国内外卫星和地面观测数据，提供飞船运行轨道的有关大气参数及太阳活动和地磁活动参数，预报飞船发射、运行期间空间环境状况和可能出现的空间环境异常。它是将来航天员出舱活动的“空间天气预报”系统。
　　我国已经开始进行宇宙飞船载人飞行的准备，宇航员培训进展顺利，宇航员安全在磁辐射、流星雨、失重等恶劣的太空情况下如何有保障等课题正在抓紧研究。已成立模拟太空环境的试验室，并开始自行研制太空衣、太空食品。

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