载人航天的作用

漪澎

自从1961年4月12日，前苏联宇航员尤里·加加林首次遨游太空以来，至今，已有近800人次进入太空。载人航天尤其是空间站的建立，不仅是人类探索太空奥秘、了解宇宙空间的需要，而且是开发和利用太空资源的根本途径。人类利用载人航天所进行的以下工作，就是有力的证明。

微重力科学试验

载人航天使人类对太空的认识进一步加深，利用空间微重力、高真空和高能粒子辐射等太空资源，进行微重力条件下的科学试验，生产地面所不能生产的材料，是人类实现载人航天以来一直所梦寐以求的。几十年来宇航员在“太空工厂”里所取得的成果，给人类开发和利用太空资源带来了曙光。

空间材料的研究和加工技术是载人航天发展的必然产物。多年来，宇航员在太空中进行了大量的空间材料科学实验，在空间独特的无重力干扰的情况下，研究材料的特性、加工过程中的物理规律和加工工艺，并生产出了地面所无法生产的各种材料。科学家们从空间实验中发现，这里是发展半导体金属材料、新型工艺、复合材料和玻璃材料的理想场所。

1969年，前苏联“联盟”6号飞船首次在太空完成了空间焊接和合金熔化、结晶实验，空间材料加工序幕便由此拉开。

据资料介绍，到1994年底，美国航天飞机带有材料科学实验任务的飞行有34次，共进行了60项空间材料科学实验。其范围包括微重力条件下半导体晶体材料生长、材料溶解与凝固、金属焊接、制造有机薄片等，实验材料包括金属与合金、电子与光电材料、复合材料、陶瓷、玻璃和聚合物等。

砷化镓等晶体是一种极有用途的半导体电子材料，这种晶体材料的生成对于洁净度、均匀度和完整性要求极高，生长工艺十分复杂。在地面由于重力产生的对流作用，很难生长出优质的大面积晶体，而空间环境为晶体的生长提供了十分理想的场所，生长的晶体面积大、质量好。前苏联在空间站上和美国在航天飞机上，都成功地生成了直径超过20毫米的砷化镓晶体。

铝和锌是两种密度相差很大的金属，在地面无法结合。科学家在空间进行的金属合金材料的实验中，曾成功地制取了强度大、质量轻的铝锌合金。

美国在1992年9月航天飞机的飞行中，成功地进行了金属样品蒸发气化实验。实验证明，通过易于实现的悬浮加工方法，可以生产出地面条件下难以获得的高纯度、高均匀度，用于高透射率红外光传输的非硅原料玻璃。

据报道，1985年前，前苏联在“和平”号空间站上生产的半导体材料价值达30亿～50亿卢布，1989年又在“和平”号上生产出了297公斤砷化镓，价值上百万美元。1980～1990年，前苏联在空间站上进行了500项材料加工实验，范围涉及到聚合物、金属和合金、光学材料、超导体、电子晶体、超离子晶体、陶瓷和蛋白质晶体等。

生命科学和生物技术试验

作为构成生命的基本要素，测定蛋白质的分子结构及这种结构与功能之间的关系，对于深入了解生命系统及研制新型医药用品十分重要，同时，蛋白质分离还是生物制品技术至关重要的方面。测定蛋白质结构要求使用较大体积的高质量的蛋白质晶体。在地面进行的晶体生长中，因地球重力导致较轻颗粒上浮，因而产生流体流动、晶体沉淀在容器底部的情况，无法生成进行这项实验所需要的高质量的晶体。在空间条件下，晶体却可以实现无流动和沉积现象，蛋白质等晶体可以自由生长与分解。

据有关资料介绍，到1994年，美国利用航天飞机在太空中进行了170项蛋白质晶体生长试验。曾多次以比地面高500倍的速率成功地分离了老鼠蛋白和鸡蛋蛋白。美国航天飞机在1988年9月29日的飞行中，获得了可用于抗癌药物的新型干扰素D、可用于研究治疗肺气肿药物的晶体，不但体积大，而且结构均匀。在1992年6月的飞行中，一次就进行了35项蛋白质晶体生长试验，如可用于研究抗癌药物的人体转铁蛋白质等。

几十年来，宇航员还在太空中进行了一系列生物学实验，主要是对生物体物质的能量循环及调节的生物圈研究；利用微重力促进生命进程研究及微重力环境如何影响地球上生物机体形成的研究；对暴露在空间高能环境中的生物体损伤与防护研究的辐射生物学研究。

目前载人航天生物学实验的主要方向是生物体组织培养。该项实验有助于加深人们对空间环境适应情况的了解，同时，可推动未来在空间站或外星建立动植物养殖场的可行性研究。

有资料称，到90年代中期，美国利用航天飞机共14次携带生物体进行了生物学实验，其中5次携带植物生长装置，研究各种植物样品种子的发芽和生长情况。例如，1985年7月的飞行，测定了微重力条件对燕麦、松树、向日葵种子发芽的影响。1989年5月的飞行，进行了植物根生长、植物染色体与细胞分裂情况实验，受精鸡蛋孵化及老鼠骨骼再生实验。1992年1月的飞行，携带了7200万条蛔虫、3200万个老鼠胚胎骨细胞、180株燕麦、95株麦苗和燕麦种子以及青蛙的卵和精子、仓鼠肾细胞和人的血细胞等，进行了空间骨骼脱钙过程测定、活体组织对微重力与空间辐射的反应等项实验。1992年9月的飞行，携带了2条日本鲤鱼，用于观测其平衡系统在微重力条件下对光的反应；4只雌性南非爪蛙用于研究在太空中的产卵情况；7600只果蝇用于研究宇宙射线对果蝇幼虫可能产生的遗传影响；30个受精的鸡蛋，用于研究在微重力条件下，其生长的不同阶段中，钙、软组织和骨骼的形成情况。在这次飞行中，4只雌蛙在被注射激素后，排出的卵与雄蛙精子受精，首次在空中孵化出447只蝌蚪。

苏联在“和平”号上也进行了大量的生物技术实验。这些实验表明，微重力环境既能获得高纯度、高度均匀的生物制剂，又能提高生物技术加工的产量，所获得的各种蛋白质单晶的性能是地面实验所无法达到的。在太空中生物制剂提纯功效可增加400～1000倍，提纯度是地面的10倍。

生命科学实验一直是载人航天的重要内容。美、苏载人空间飞行之初，就已开始进行了一系列的人体生命科学实验，主要是为了研究人对空间飞行条件的适应情况，包括临床医学、生理学、心理学以及空间医学工程。多年来，苏联在空间站上，进行了前庭功能及空间运动病、运动功能、骨系统、心血管系统、代谢及控制、血液系统、免疫系统等实验和研究。通过大量的、长时间的飞行，取得了丰硕的成果。例如，鉴于现代科技水平，对宇航员进行严格的选拔、训练和在飞行期间采取一定防护措施，人能在太空有效地工作一年以上；受恶劣太空环境的影响，人体在飞行中会发生一系列生理变化，但这种变化在返回地面后，经过一段时间适应都基本上是可以恢复的。

人类实现载人航天以来所进行的一系列生物技术、生命科学实验，在加深对人类生命自身的研究，合成新的药物，抵御各种疾病的影响，延续生命，提高生命质量等方面，取得了重要的成果；同时，又为未来在空间站或外星上建立长期居住基地，提供受控生态环境及生命保障体系，作了理论上和技术上的准备。

对地球和宇宙天体观测

在太空观察地球不仅有“一览众山小”之感，而且由于克服了大气层的干扰，对地面和天体的观测效果远优于在地面的观测，特别是在地面无法进行的X射线探测和紫外线探测在空间却可以很方便地进行。更为重要的是载人空间飞行可以充分发挥人的主观能动性。因此，空间的有人观测较之卫星观测能变被动观测为主动观测，能获得比卫星观测更好的效果。

据有关资料称，美国曾利用航天飞机进行了10多次大规模的天文学观测，取得了丰硕成果。例如，1992年的飞行，成功地拍摄到空间紫外光图片，提供了有关从小麦哲伦星云到银河系的新星体信息，并发现了几个辐射紫外光的银河系星体。

近年来，俄罗斯对天文物理研究的投入越来越大。在“和平”号空间站，宇航员进行了太阳研究、太阳系行星研究、X射线天文研究以及空间粒子核的带电成分和同位素成分的研究。这些研究中的大部分工作还将在未来国际空间站内继续进行下去，并将为人类探索太阳系，建立月球基地以及载人火星飞行等提供经验。

前苏联科学家提供的情况表明，在空间站上花10分钟拍摄到的信息，如用飞机需花几年时间。从1977年至1980年底，前苏联使用“礼炮”6号对地球的每个区域都进行了观测，拍摄了14000多幅照片，还记录了地球表面和大气层10万多种光谱信息。“礼炮”7号则拍摄了20万幅光谱照片。通过拍摄的照片，对几天内主要农作物病虫害的传播作了预报。“礼炮”号空间站的宇航员，多次观测到苏联境内的森林火灾，在他们的引导下，救火人员及时赶到了火灾现场。

美国航天飞机曾数十次执行带有对地观测、大气观测和环境监测任务的飞行，这些飞行充分显示出载人对地观测的优势。如1981年11月，美国航天飞机首次在108分钟里，拍摄了海洋颜色的数据和美国东西海岸、日本海、欧洲南部海岸与非洲西海岸的大量图像，使用的遥感器还穿透了沙漠沙层，探测到撒哈拉沙漠下的古代河床与地貌、墨西哥荒漠中的富矿区，并获得了海洋环境、海浪、海洋深度、海洋风及海上船只与钻井平台的数据。在1994年4月的飞行中，携带的雷达作了较大的改进，这种遥感器可穿透云、沙、植被、冰雪，直达地下3米处，甚至可分清小麦的不同种类和生长情况，并可提供土壤湿度、雪分布、海流与火山活动的资料等。

据有关资料显示，前苏联利用空间站进行大量遥感所获得的资料，建立了一个包括国家矿藏资源、农田季节变化、全球海洋生物资源的数据库。这些资料在工农业生产中得到了广泛应用，取得了可观的经济效益。

军事应用

载人航天的军事活动主要包括施放军事载荷，利用空间站或航天飞机充当太空军事指挥所等。在必要情况下，安装武器系统的空间站或航天飞机还可以对敌目标进行攻击。

空间站可以进行大规模、连续的由人进行的地面目标识别、定标、拍摄等军事侦察活动，被誉为不落的“太空神眼”。

苏俄是目前世界上唯一拥有空间站和在空间站内进行军事活动最多、最活跃的国家。其早期的载人飞船宇航员大部分是军人，在后来的空间站上，一直也有军人在站上工作，从事以对地观测和以“天战”为主要内容的军事活动。

西方军事观察家发现，前苏联发射的“礼炮”3号和“礼炮”5号的轨道比其他空间站低，宇航员又全都是军人，因此，被认为是典型的军事空间站。“礼炮”6号和“礼炮”7号空间站在轨工作期间，共运回地面1187公斤物资，其中胶卷达501公斤。据外电报道，前苏联利用“礼炮”7号空间站拍摄了中苏、中蒙、中印等边境地区，以及中国全部领土和领海。前苏联宇航员还在“礼炮”7号上使用空间反潜探测系统来探测潜艇的活动。

1984年6月，前苏联“礼炮”7号空间站与6颗低轨道侦察卫星配合使用，在波斯湾上空多次进行轨道机动，使其能在6月16日、18日、20日、22日连续4次飞经该地区；并且在当地时间8：30左右朝北飞经伊拉克的上空，在当地时间下午4：30左右朝南飞经伊朗、伊拉克地区上空，可以充分利用当地的日光条件，并将拍摄的波斯湾地区的录像传回本国。

据报道，从“和平”号上拍摄的照片十分清晰，其地面分辨率已达6米。海湾战争期间，“和平”号空间站内的两名宇航员拍摄了伊拉克侵占科威特地区以及多国部队兵力部署情况的照片。照片上，机场、建筑物等清晰可见。空间站里的宇航员还监视了飞机的起降情况。在一次有叙利亚宇航员参加的飞行中，“和平”号拍摄了叙利亚的照片，一位叙利亚人竟从大马士革的照片上认出了自家的房屋。

利用航天飞机进行地面拍摄，是美国航天飞机的重要任务。如1982年6月的飞行中，航天飞机专门飞越前苏联和蒙古国土，拍摄了大量的苏空军飞行实验中心、导弹基地和苏驻蒙古乔巴山基地的高分辨率照片。1993年4月，应联合国要求，美国“哥伦比亚”号航天飞机的宇航员专门对柬埔寨国土作了拍摄，并绘制成该国地图，供联合国维和部队使用。

利用载人航天器对敌方目标进行攻击，是太空军事试验的一项重要内容。据称，前苏联将“和平”号空间站确定为战略防御计划的试验基地。宇航员参与了反弹道导弹试验，观测了反弹道导弹飞行器拦截再入飞行目标的情况。空间站上的宇航员还利用飞船运来的设备，从事了天基激光器对目标捕获和跟踪能力的试验。

美国的航天飞机则进行了大量的与“星球大战”有关的试验，如对导弹羽烟的跟踪和雷达的跟踪、观测试验，以及战争条件下利用航天飞机进行战场指挥、通信、救援等试验。

上述情况说明，人在太空军事活动中的作用，是迄今为止任何最先进行的智能机器所无法比拟的。空间站与卫星相比，具有补给能力，宇航员还可以随时维护和对故障进行检查维修，可以较长时间使用，克服了卫星因局部的失灵而丧失全部功效的弊端。载人航天是未来军事侦察的重要组成部分，其军事潜力是其它方法所无法替代的。

工程与技术试验

未实现载人航天以前，航天新技术、新材料等只能在地面进行，载人航天实现后，就可以在太空中进行各种实验了。利用载人航天器进行工程与技术实验，具有方便准确等特点，因此，无论是美国的航天飞机还是苏俄的空间站，都把进行工程技术实验作为一个重要任务。多年来，为进行大规模的空间活动、空间维修、空间操作，进行了大量的模拟试验和硬件操作实验，以证实其方法和技术的可行性。同时，进行了新型航天器研制中的新技术、新材料、新工艺的试验。载人航天为航天事业的进一步发展充当了开路先锋。

载人航天技术极其复杂，需要强大的技术基础和经济基础作后盾，尽管如此，载人航天的巨大作用仍吸引了众多航天国家。目前，世界上虽然只有美国和俄罗斯突破了载人航天技术，但是欧洲和日本也在奋起直追。中国作为一个发展中国家，长期以来，一直致力于外层空间资源的开发和利用，并在现有的基础上，进行了载人航天的研究，突破了许多关键技术。1999年11月20日～21日，我国成功进行了“神舟”号飞船的无人空间飞行试验，飞船准确返回预定地区。可以相信，实现中华民族载人太空飞行的日子已不再遥远。■