长期载人航天活动中的生物科学

生物卫星

世界上第一颗生物卫星是1957年11月3日，前苏联发射的载狗“莱伊卡”的人造地球卫星。生物卫星是一种专门用于在空间进行生命科学实验的人造地球卫星。它相当于一个太空生物实验室，在生物卫星上进行科学实验，有许多特殊的优点和有利条件，是载人飞船和航天站所不能取代的，可研究失重、超重和其他各种空间飞行环境对生物生长、生育、代谢、遗传等方面的影响和防护措施，揭示在地面条件下发现不了的生物学问题，是研究太空生命科学的重要工具。

生物卫星主要由服务舱和返回舱两部分组成。返回舱是卫星的主体，是返回地面的部分，内装各种实验生物（如猫、老鼠等）、记录仪器、制动火箭和回收系统。舱的外面是防热保护层。为了更好地保持舱内适宜温度，里面还有一层涂铝的聚酯薄膜。舱内还有脱离轨道、分离和回收设备，以保证卫星按时同服务舱分离，准确脱离轨道，安全地返回地面。返回舱的外形有的呈球形，有的呈碗形，重三四百千克至一二吨。

服务舱是卫星与运载火箭的接合部分，内装有卫星的姿态控制系统、电源系统和其他保证卫星正常工作的设备。卫星上还包括电源、回收等分系统，如回收部分，除减速伞和主伞外，还有闪光灯、海水染色剂和回收示位信标等设备。装配这些东西是为了在返回舱着陆以后，便于回收人员寻找和发现。

生命卫星上有各种各样的实验生物，但主要是狗、猴子、猩猩和大小白鼠，此外，有些生物卫星也有细菌、植物、种子、爬行类动物、昆虫、蛙、蝇、兔、鱼类和其他哺乳动物。

各种生物都用特制的容器来装，如装大白鼠的笼，常制成圆筒形，5个一组连成一排。每个笼都有单独的照明、供水、食物、空气流通和废物处理装置。照明时间为12小时，然后维持12小时黑暗，以模拟地面的昼夜规律。老鼠吃的是一种糊状饲料，每天4次，每次10克。水的供应不限量，随时都有。空气从鼠笼后端进入，通过笼内壁的许多小孔眼，吹到老鼠身上，这样还可将粪便和臭味吹走。粪便吹进废物收集袋，收集袋隔两天自动更换一次。从鼠笼排出的空气，经过活性碳过滤，又被送入笼内。

在生物卫星上，可以进行许多生物学实验，如重力生物学实验、放射生物学实验、发育生物学实验等。

研究失重和超重的生物效应，是人类航天的重要课题之一。研究长期失重的生物效应，对长期载人航天活动有重要意义。长期失重现象无法在地面模拟，只能在太空的环境中进行实验。目前在生物卫星上，重力生理学的实验重点是研究像狗和猴等这类哺乳动物的心血管系统、感觉系统、神经系统、血液系统和骨骼肌肉系统的反应和变化，其中研究重点是骨质脱钙、血液动力学的变化机理。这是因为在载人航天活动中，许多航天员在这些方面都出现不同程度的变化，这已成为长期载人航天活动急需解决的课题。

宇宙辐射是航天过程中另一种重要的环境因素，也是不容易在地面实验室中模拟产生的。宇宙辐射作用于生物机体，能产生生物效应，其中的高能粒子对人体还能产生严重的伤害。在长期航天中，为了保证人的安全，必须收集宇宙辐射中各种粒子在空间分布的数据，测量生物体可能耐受的剂量，研究宇宙辐射对生物各种器官和组织的影响，宇宙辐射的复合效应以及防护措施等。

发育生物学实验主要包括太空失重对昆虫、蛙卵、细胞、微生物、植物的生长、发育和代谢的影响，以及航天过程中对生物昼夜节律变化的研究等。