南方周末：“神十”做了哪些科學(xué)實(shí)驗(yàn)？
2013年6月13日13時(shí)18分，搭載著3名航天員的神舟十號飛船與天宮一號目標(biāo)飛行器成功實(shí)現(xiàn)自動交會對接。 （CFP/圖）
“神舟十號”共承擔(dān)了三十余項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，是神舟九號的兩倍多。一些在地球上解決不了的問題，到了太空的微重力環(huán)境之下就迎刃而解了。
“神舟十號”發(fā)射之前，全體總裝和測試人員按照慣例在飛船前合影。這一次，他們排列出了阿拉伯?dāng)?shù)字“10”的圖案，并在其中別具匠心地用橘紅色工裝拼出了一個(gè)“人”字。他們口中喊出“十戰(zhàn)十捷，十全十美”。
中國載人航天工程新聞發(fā)言人武平說，“神舟十號”飛行任務(wù)的性質(zhì)是應(yīng)用性飛行，將為在軌運(yùn)行的“天宮一號”提供人員和物資運(yùn)輸服務(wù)，同時(shí)也更加注重為空間站建造積累經(jīng)驗(yàn)。與前兩次任務(wù)相比，“神舟十號”更加注重驗(yàn)證和鞏固交會對接技術(shù)。
從單純載人飛行，到多人多天飛行、出艙活動，以及自動、手控交會對接等，中國的載人航天技術(shù)得到積累和驗(yàn)證。同時(shí)，每一次任務(wù)中都會開展一些科學(xué)實(shí)驗(yàn)，它們也成為神舟飛船執(zhí)行任務(wù)過程中十分有趣的部分。
解答科學(xué)爭論
對于科學(xué)家來說，一些在地球上解決不了的問題，到了太空的微重力環(huán)境之下就迎刃而解了。
在研究植物的時(shí)候，植物學(xué)家們早就發(fā)現(xiàn)，植物在向上生長的過程中，其頂端是擺動著上升的。人眼直接觀察很難看到植物這種相對緩慢的運(yùn)動，但是用延時(shí)攝影技術(shù)拍攝下來就很明顯了。對于這一現(xiàn)象的解釋，長期以來存在兩種假說。
最早提出解釋的是達(dá)爾文，他認(rèn)為這種運(yùn)動是植物內(nèi)在的行為。但是瑞典的兩名學(xué)者則認(rèn)為植物的擺動僅僅是它感應(yīng)重力的結(jié)果。假如我們將一株植物根部向上倒立過來，它會知道自己被倒置了，然后讓根和莖向反方向生長。這是因?yàn)橹参飪?nèi)部存在一種與人類的耳石相似的物質(zhì)，能夠讓它根據(jù)重力尋找平衡。后一種假說的提出者就認(rèn)為，植物在平衡的過程中總是會矯枉過正，然后不得不再往另一個(gè)方向調(diào)整，接著又過頭，于是再調(diào)整……如此循環(huán)。
這兩種假說究竟哪個(gè)正確，直到太空時(shí)代的到來才得以判別。最早在1960年代，科學(xué)家在衛(wèi)星上搭載了植物，想看看在失重環(huán)境下，植物會怎樣運(yùn)動。這一次實(shí)驗(yàn)沒有得到確定的結(jié)論。后來在國際空間站的任務(wù)當(dāng)中，這個(gè)問題才終于得到解答。在失重環(huán)境下，植物的擺動幅度變小了；人工模擬重力后，它又恢復(fù)到在地面時(shí)的擺動幅度。這說明，達(dá)爾文是正確的，擺動是內(nèi)生的，重力的效果是加大這種運(yùn)動。
在神舟飛船的歷次任務(wù)中，中國科學(xué)家也在嘗試回答一個(gè)爭論了二十多年的問題：微重力環(huán)境是否會促進(jìn)蛋白質(zhì)晶體生長？
蛋白質(zhì)在生命體中的獨(dú)特功能取決于它們的三維結(jié)構(gòu)。對于種類繁多的蛋白質(zhì)，科學(xué)家獲取其三維結(jié)構(gòu)的最有效手段之一是X射線衍射，而做衍射則必須獲得高質(zhì)量的蛋白質(zhì)晶體。
在2000年，美國國家研究委員會（NRC）指出，微重力可能會有利于蛋白質(zhì)結(jié)晶，但是之前的相關(guān)太空研究項(xiàng)目基本上沒有對結(jié)構(gòu)生物學(xué)帶來什么影響。從2001年的“神舟二號”起，中國的研究人員利用神舟飛船提供的微重力環(huán)境，重新對這一問題進(jìn)行了考察。
據(jù)中國科學(xué)院生物物理研究所倉懷興等人發(fā)表在中國科協(xié)《科技導(dǎo)報(bào)》上的研究論文，到“神舟八號”為止，中國共開展了五次蛋白質(zhì)結(jié)晶的空間實(shí)驗(yàn)。
在“神舟三號”的任務(wù)中，蛋白質(zhì)結(jié)晶的空間實(shí)驗(yàn)只進(jìn)行了七天，但生物物理研究所的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)結(jié)果是“鼓舞人心的”，四種蛋白質(zhì)晶體的衍射質(zhì)量出現(xiàn)了提高。到了“神舟八號”，14種蛋白質(zhì)的出晶率比地面上高出了78%，也比“神舟三號”時(shí)高出了75%，空間晶體的衍射數(shù)據(jù)也比地面上的要更完整。這次實(shí)驗(yàn)的樣本包括了與腫瘤、沙眼病、人體性激素合成等功能有關(guān)的蛋白。
太空中的人體
神舟飛船上的許多空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)都與人體密切相關(guān)。在“神舟九號”的任務(wù)中，中國科學(xué)家首次在微重力環(huán)境下進(jìn)行了系統(tǒng)的人體生理學(xué)實(shí)驗(yàn)，在任務(wù)飛行前、中、后同步檢測動脈脈搏、靜脈脈搏、腦電和眼動。
此外，在這次任務(wù)中，研究人員還積累了航天員的骨代謝數(shù)據(jù)，以研究在失重環(huán)境下如何防止骨丟失。“神舟九號”共進(jìn)行了15項(xiàng)航天醫(yī)學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，包括失重條件下?lián)錈嵯⑼吹乃幋鷦恿W(xué)研究、航天員睡眠清醒生物周期節(jié)律監(jiān)測等。
在這些課題中，許多有趣的科學(xué)問題都有待解答。比如，在以往的空間和模擬微重力的實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家都觀察到了人和動物骨質(zhì)疏松的發(fā)生，但是究竟是什么機(jī)制造成這樣的結(jié)果，仍然是不清楚的。
有一種猜測是，這可能涉及微重力環(huán)境下的細(xì)胞行為改變。但是相當(dāng)一部分學(xué)者認(rèn)為，細(xì)胞不可能直接感受重力，因?yàn)橹亓?xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)及生化過程產(chǎn)生的力明顯低于該系統(tǒng)內(nèi)的熱噪。然而，細(xì)胞功能的改變卻明顯存在。北京航空航天大學(xué)生物工程系的研究人員認(rèn)為這提供了“挑戰(zhàn)性的研究思路”。
中國航天員科研訓(xùn)練中心的研究人員十分看重生物節(jié)律對航天員的影響，比如睡眠的變化如何影響航天員的工作能力，以及造成的行為改變。他們極為細(xì)致地研究了國外已有的文獻(xiàn)，甚至連國外宇航員的日記都成為研究中的證據(jù)之一。
1982年，“禮炮7號”進(jìn)行了長達(dá)兩百多天的飛行。一名宇航員在第三天就表示自己出現(xiàn)了緊張性頭痛，他在日記中寫道：“早上，我感到心神不安，早飯后才好一點(diǎn)……”在飛行四個(gè)月時(shí)，他寫道：“我開始有失眠的麻煩，我躺在那里像一個(gè)少女那樣想各種事情，想家，我失眠到凌晨2點(diǎn)才入睡，我喜歡看報(bào)紙，這些報(bào)紙以前我已看過十多遍。”在即將返回地球的日子里，他又寫道：“我的心境異常焦慮，那里的事情會怎樣？我們不再習(xí)慣，我們已學(xué)會適應(yīng)空間小島上的生活，而現(xiàn)在又必須再一次面對真實(shí)世界，實(shí)在令人不安。”
“神舟七號”的航天員執(zhí)行任務(wù)中首次進(jìn)行了出艙活動，而出艙活動過程中的生理變化也是研究者們關(guān)心的問題。過去的研究已經(jīng)顯示，出艙活動對航天員最主要的影響是引起航天員心血管系統(tǒng)和能量代謝變化。中國航天員科研訓(xùn)練中心的研究人員認(rèn)為，隨著出艙活動變得更頻繁和重要，出艙活動時(shí)遇到的問題也會越來越多。因此，“研究EVA（出艙活動）對人體生理功能的影響，采用有效的防護(hù)措施仍是今后航天醫(yī)學(xué)研究的重點(diǎn)。”
溢出效應(yīng)
隨著神舟系列飛船在技術(shù)上越來越成熟，更多的科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)得以開展。“神舟十號”共承擔(dān)了三十余項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，是神舟九號的兩倍還要多，主要涉及航天醫(yī)學(xué)和航天器技術(shù)。
“太空育種”仍然是一個(gè)保留節(jié)目。“神舟十號”帶上了人參種子、福建名茶大紅袍與正山小種，還有四個(gè)茄子品種、六個(gè)番茄品種、兩個(gè)黃瓜品種、九個(gè)西瓜品種和六個(gè)甜瓜品種。
“神舟四號”進(jìn)行了動物細(xì)胞融合和植物細(xì)胞融合的實(shí)驗(yàn)。細(xì)胞融合是在高中生物課本上就講到的內(nèi)容，早在1970年代有人做過，但是由于細(xì)胞的密度不同，地面上進(jìn)行細(xì)胞融合相對困難，而在微重力環(huán)境下，細(xì)胞在融合液中的重力沉降現(xiàn)象就消失了，有利于細(xì)胞間的融合。“神舟四號”的實(shí)驗(yàn)是利用1980年代出現(xiàn)的電融合技術(shù)完成的，研究人員認(rèn)為這樣的工作為探索空間制藥提供了機(jī)會。
1970年，贊比亞的一名修女寫信給美國宇航局（NASA）科學(xué)副總監(jiān)恩斯特·史都林格（Ernst Stuhlinger）。她在信中問到，地球上還有那么多兒童在挨餓，為什么要去探索火星？史都林格在回信中說：“通往火星的航行并不能直接提供食物解決饑荒問題。然而，它所帶來大量的新技術(shù)和新方法可以用在火星項(xiàng)目之外，這將產(chǎn)生數(shù)倍于原始花費(fèi)的收益。”
有人將這稱為“溢出效應(yīng)”。上海航天技術(shù)研究院的專家陶建中最近就提到，“神舟十號”的太陽能電池轉(zhuǎn)化效率達(dá)到26%左右，在世界上處于領(lǐng)先水平。如果該技術(shù)能夠繼續(xù)研究，并進(jìn)一步降低成本，將可以極大地改變我們的生活�！ �
中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院院長王崑聲曾表示，我國近年來開發(fā)使用的1100多種新材料中，80%左右是在航天技術(shù)的牽引下研制完成的。
在“神舟七號”的任務(wù)中，中國曾第一次開展固體潤滑材料的外太空暴露試驗(yàn)。中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所和光電研究院的研究人員試驗(yàn)了兩千多次，研制出了能夠可靠鎖緊和便于解鎖的實(shí)驗(yàn)裝置。在太空時(shí)，航天員通過簡單的動作，就能將試驗(yàn)裝置取下和回收。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)后來的成果就是獲得一種新型的潤滑油和一種新型的潤滑脂，它們都可以幫助解決空間遙感儀器精密軸承的潤滑問題。從中國的第一顆人造衛(wèi)星開始，固體潤滑材料就被用于航天器。也有一些潤滑產(chǎn)品后來進(jìn)入民用領(lǐng)域，被用于汽車和家電當(dāng)中。
在“神舟十號”的任務(wù)過程中，航天員王亞平還計(jì)劃進(jìn)行一次“太空授課”。授課內(nèi)容主要是幫助青少年了解微重力環(huán)境下物體運(yùn)動的特點(diǎn)，了解液體表面張力的作用，加深對質(zhì)量、重量以及牛頓定律等基本物理概念的理解。
在甘肅酒泉的東風(fēng)航天城，當(dāng)?shù)氐男『⒆觽円呀?jīng)熟悉了一個(gè)游戲。“8、7、6、5、4、3、2、1、發(fā)射！”“神舟十號”發(fā)射前一天的傍晚，一名女孩在大理石廣場上把空礦泉水瓶當(dāng)作火箭。“錯(cuò)了！還有點(diǎn)火，不點(diǎn)火怎么發(fā)射呢。”她旁邊的小伙伴一把抓過礦泉水瓶，沖著女孩說。然后，給女孩演示了一遍正確的玩法。
�。▉碓矗耗戏街苣�
