載人航天的作用

漪澎

自從1961年4月12日，前蘇聯宇航員尤里·加加林首次遨游太空以來，至今，已有近800人次進入太空。載人航天尤其是空間站的建立，不僅是人類探索太空奧秘、了解宇宙空間的需要，而且是開發和利用太空資源的根本途徑。人類利用載人航天所進行的以下工作，就是有力的證明。

微重力科學試驗

載人航天使人類對太空的認識進一步加深，利用空間微重力、高真空和高能粒子輻射等太空資源，進行微重力條件下的科學試驗，生產地面所不能生產的材料，是人類實現載人航天以來一直所夢寐以求的。幾十年來宇航員在“太空工廠”里所取得的成果，給人類開發和利用太空資源帶來了曙光。

空間材料的研究和加工技術是載人航天發展的必然產物。多年來，宇航員在太空中進行了大量的空間材料科學實驗，在空間獨特的無重力干擾的情況下，研究材料的特性、加工過程中的物理規律和加工工藝，并生產出了地面所無法生產的各種材料。科學家們從空間實驗中發現，這里是發展半導體金屬材料、新型工藝、復合材料和玻璃材料的理想場所。

1969年，前蘇聯“聯盟”6號飛船首次在太空完成了空間焊接和合金熔化、結晶實驗，空間材料加工序幕便由此拉開。

據資料介紹，到1994年底，美國航天飛機帶有材料科學實驗任務的飛行有34次，共進行了60項空間材料科學實驗。其范圍包括微重力條件下半導體晶體材料生長、材料溶解與凝固、金屬焊接、制造有機薄片等，實驗材料包括金屬與合金、電子與光電材料、復合材料、陶瓷、玻璃和聚合物等。

砷化鎵等晶體是一種極有用途的半導體電子材料，這種晶體材料的生成對于潔凈度、均勻度和完整性要求極高，生長工藝十分復雜。在地面由于重力產生的對流作用，很難生長出優質的大面積晶體，而空間環境為晶體的生長提供了十分理想的場所，生長的晶體面積大、質量好。前蘇聯在空間站上和美國在航天飛機上，都成功地生成了直徑超過20毫米的砷化鎵晶體。

鋁和鋅是兩種密度相差很大的金屬，在地面無法結合。科學家在空間進行的金屬合金材料的實驗中，曾成功地制取了強度大、質量輕的鋁鋅合金。

美國在1992年9月航天飛機的飛行中，成功地進行了金屬樣品蒸發氣化實驗。實驗證明，通過易于實現的懸浮加工方法，可以生產出地面條件下難以獲得的高純度、高均勻度，用于高透射率紅外光傳輸的非硅原料玻璃。

據報道，1985年前，前蘇聯在“和平”號空間站上生產的半導體材料價值達30億～50億盧布，1989年又在“和平”號上生產出了297公斤砷化鎵，價值上百萬美元。1980～1990年，前蘇聯在空間站上進行了500項材料加工實驗，范圍涉及到聚合物、金屬和合金、光學材料、超導體、電子晶體、超離子晶體、陶瓷和蛋白質晶體等。

生命科學和生物技術試驗

作為構成生命的基本要素，測定蛋白質的分子結構及這種結構與功能之間的關系，對于深入了解生命系統及研制新型醫藥用品十分重要，同時，蛋白質分離還是生物制品技術至關重要的方面。測定蛋白質結構要求使用較大體積的高質量的蛋白質晶體。在地面進行的晶體生長中，因地球重力導致較輕顆粒上浮，因而產生流體流動、晶體沉淀在容器底部的情況，無法生成進行這項實驗所需要的高質量的晶體。在空間條件下，晶體卻可以實現無流動和沉積現象，蛋白質等晶體可以自由生長與分解。

據有關資料介紹，到1994年，美國利用航天飛機在太空中進行了170項蛋白質晶體生長試驗。曾多次以比地面高500倍的速率成功地分離了老鼠蛋白和雞蛋蛋白。美國航天飛機在1988年9月29日的飛行中，獲得了可用于抗癌藥物的新型干擾素D、可用于研究治療肺氣腫藥物的晶體，不但體積大，而且結構均勻。在1992年6月的飛行中，一次就進行了35項蛋白質晶體生長試驗，如可用于研究抗癌藥物的人體轉鐵蛋白質等。

幾十年來，宇航員還在太空中進行了一系列生物學實驗，主要是對生物體物質的能量循環及調節的生物圈研究；利用微重力促進生命進程研究及微重力環境如何影響地球上生物機體形成的研究；對暴露在空間高能環境中的生物體損傷與防護研究的輻射生物學研究。

目前載人航天生物學實驗的主要方向是生物體組織培養。該項實驗有助于加深人們對空間環境適應情況的了解，同時，可推動未來在空間站或外星建立動植物養殖場的可行性研究。

有資料稱，到90年代中期，美國利用航天飛機共14次攜帶生物體進行了生物學實驗，其中5次攜帶植物生長裝置，研究各種植物樣品種子的發芽和生長情況。例如，1985年7月的飛行，測定了微重力條件對燕麥、松樹、向日葵種子發芽的影響。1989年5月的飛行，進行了植物根生長、植物染色體與細胞分裂情況實驗，受精雞蛋孵化及老鼠骨骼再生實驗。1992年1月的飛行，攜帶了7200萬條蛔蟲、3200萬個老鼠胚胎骨細胞、180株燕麥、95株麥苗和燕麥種子以及青蛙的卵和精子、倉鼠腎細胞和人的血細胞等，進行了空間骨骼脫鈣過程測定、活體組織對微重力與空間輻射的反應等項實驗。1992年9月的飛行，攜帶了2條日本鯉魚，用于觀測其平衡系統在微重力條件下對光的反應；4只雌性南非爪蛙用于研究在太空中的產卵情況；7600只果蠅用于研究宇宙射線對果蠅幼蟲可能產生的遺傳影響；30個受精的雞蛋，用于研究在微重力條件下，其生長的不同階段中，鈣、軟組織和骨骼的形成情況。在這次飛行中，4只雌蛙在被注射激素后，排出的卵與雄蛙精子受精，首次在空中孵化出447只蝌蚪。

蘇聯在“和平”號上也進行了大量的生物技術實驗。這些實驗表明，微重力環境既能獲得高純度、高度均勻的生物制劑，又能提高生物技術加工的產量，所獲得的各種蛋白質單晶的性能是地面實驗所無法達到的。在太空中生物制劑提純功效可增加400～1000倍，提純度是地面的10倍。

生命科學實驗一直是載人航天的重要內容。美、蘇載人空間飛行之初，就已開始進行了一系列的人體生命科學實驗，主要是為了研究人對空間飛行條件的適應情況，包括臨床醫學、生理學、心理學以及空間醫學工程。多年來，蘇聯在空間站上，進行了前庭功能及空間運動病、運動功能、骨系統、心血管系統、代謝及控制、血液系統、免疫系統等實驗和研究。通過大量的、長時間的飛行，取得了豐碩的成果。例如，鑒于現代科技水平，對宇航員進行嚴格的選拔、訓練和在飛行期間采取一定防護措施，人能在太空有效地工作一年以上；受惡劣太空環境的影響，人體在飛行中會發生一系列生理變化，但這種變化在返回地面后，經過一段時間適應都基本上是可以恢復的。

人類實現載人航天以來所進行的一系列生物技術、生命科學實驗，在加深對人類生命自身的研究，合成新的藥物，抵御各種疾病的影響，延續生命，提高生命質量等方面，取得了重要的成果；同時，又為未來在空間站或外星上建立長期居住基地，提供受控生態環境及生命保障體系，作了理論上和技術上的準備。

對地球和宇宙天體觀測

在太空觀察地球不僅有“一覽眾山小”之感，而且由于克服了大氣層的干擾，對地面和天體的觀測效果遠優于在地面的觀測，特別是在地面無法進行的X射線探測和紫外線探測在空間卻可以很方便地進行。更為重要的是載人空間飛行可以充分發揮人的主觀能動性。因此，空間的有人觀測較之衛星觀測能變被動觀測為主動觀測，能獲得比衛星觀測更好的效果。

據有關資料稱，美國曾利用航天飛機進行了10多次大規模的天文學觀測，取得了豐碩成果。例如，1992年的飛行，成功地拍攝到空間紫外光圖片，提供了有關從小麥哲倫星云到銀河系的新星體信息，并發現了幾個輻射紫外光的銀河系星體。

近年來，俄羅斯對天文物理研究的投入越來越大。在“和平”號空間站，宇航員進行了太陽研究、太陽系行星研究、X射線天文研究以及空間粒子核的帶電成分和同位素成分的研究。這些研究中的大部分工作還將在未來國際空間站內繼續進行下去，并將為人類探索太陽系，建立月球基地以及載人火星飛行等提供經驗。

前蘇聯科學家提供的情況表明，在空間站上花10分鐘拍攝到的信息，如用飛機需花幾年時間。從1977年至1980年底，前蘇聯使用“禮炮”6號對地球的每個區域都進行了觀測，拍攝了14000多幅照片，還記錄了地球表面和大氣層10萬多種光譜信息。“禮炮”7號則拍攝了20萬幅光譜照片。通過拍攝的照片，對幾天內主要農作物病蟲害的傳播作了預報。“禮炮”號空間站的宇航員，多次觀測到蘇聯境內的森林火災，在他們的引導下，救火人員及時趕到了火災現場。

美國航天飛機曾數十次執行帶有對地觀測、大氣觀測和環境監測任務的飛行，這些飛行充分顯示出載人對地觀測的優勢。如1981年11月，美國航天飛機首次在108分鐘里，拍攝了海洋顏色的數據和美國東西海岸、日本海、歐洲南部海岸與非洲西海岸的大量圖像，使用的遙感器還穿透了沙漠沙層，探測到撒哈拉沙漠下的古代河床與地貌、墨西哥荒漠中的富礦區，并獲得了海洋環境、海浪、海洋深度、海洋風及海上船只與鉆井平臺的數據。在1994年4月的飛行中，攜帶的雷達作了較大的改進，這種遙感器可穿透云、沙、植被、冰雪，直達地下3米處，甚至可分清小麥的不同種類和生長情況，并可提供土壤濕度、雪分布、海流與火山活動的資料等。

據有關資料顯示，前蘇聯利用空間站進行大量遙感所獲得的資料，建立了一個包括國家礦藏資源、農田季節變化、全球海洋生物資源的數據庫。這些資料在工農業生產中得到了廣泛應用，取得了可觀的經濟效益。

軍事應用

載人航天的軍事活動主要包括施放軍事載荷，利用空間站或航天飛機充當太空軍事指揮所等。在必要情況下，安裝武器系統的空間站或航天飛機還可以對敵目標進行攻擊。

空間站可以進行大規模、連續的由人進行的地面目標識別、定標、拍攝等軍事偵察活動，被譽為不落的“太空神眼”。

蘇俄是目前世界上唯一擁有空間站和在空間站內進行軍事活動最多、最活躍的國家。其早期的載人飛船宇航員大部分是軍人，在后來的空間站上，一直也有軍人在站上工作，從事以對地觀測和以“天戰”為主要內容的軍事活動。

西方軍事觀察家發現，前蘇聯發射的“禮炮”3號和“禮炮”5號的軌道比其他空間站低，宇航員又全都是軍人，因此，被認為是典型的軍事空間站。“禮炮”6號和“禮炮”7號空間站在軌工作期間，共運回地面1187公斤物資，其中膠卷達501公斤。據外電報道，前蘇聯利用“禮炮”7號空間站拍攝了中蘇、中蒙、中印等邊境地區，以及中國全部領土和領海。前蘇聯宇航員還在“禮炮”7號上使用空間反潛探測系統來探測潛艇的活動。

1984年6月，前蘇聯“禮炮”7號空間站與6顆低軌道偵察衛星配合使用，在波斯灣上空多次進行軌道機動，使其能在6月16日、18日、20日、22日連續4次飛經該地區；并且在當地時間8：30左右朝北飛經伊拉克的上空，在當地時間下午4：30左右朝南飛經伊朗、伊拉克地區上空，可以充分利用當地的日光條件，并將拍攝的波斯灣地區的錄像傳回本國。

據報道，從“和平”號上拍攝的照片十分清晰，其地面分辨率已達6米。海灣戰爭期間，“和平”號空間站內的兩名宇航員拍攝了伊拉克侵占科威特地區以及多國部隊兵力部署情況的照片。照片上，機場、建筑物等清晰可見。空間站里的宇航員還監視了飛機的起降情況。在一次有敘利亞宇航員參加的飛行中，“和平”號拍攝了敘利亞的照片，一位敘利亞人竟從大馬士革的照片上認出了自家的房屋。

利用航天飛機進行地面拍攝，是美國航天飛機的重要任務。如1982年6月的飛行中，航天飛機專門飛越前蘇聯和蒙古國土，拍攝了大量的蘇空軍飛行實驗中心、導彈基地和蘇駐蒙古喬巴山基地的高分辨率照片。1993年4月，應聯合國要求，美國“哥倫比亞”號航天飛機的宇航員專門對柬埔寨國土作了拍攝，并繪制成該國地圖，供聯合國維和部隊使用。

利用載人航天器對敵方目標進行攻擊，是太空軍事試驗的一項重要內容。據稱，前蘇聯將“和平”號空間站確定為戰略防御計劃的試驗基地。宇航員參與了反彈道導彈試驗，觀測了反彈道導彈飛行器攔截再入飛行目標的情況。空間站上的宇航員還利用飛船運來的設備，從事了天基激光器對目標捕獲和跟蹤能力的試驗。

美國的航天飛機則進行了大量的與“星球大戰”有關的試驗，如對導彈羽煙的跟蹤和雷達的跟蹤、觀測試驗，以及戰爭條件下利用航天飛機進行戰場指揮、通信、救援等試驗。

上述情況說明，人在太空軍事活動中的作用，是迄今為止任何最先進行的智能機器所無法比擬的。空間站與衛星相比，具有補給能力，宇航員還可以隨時維護和對故障進行檢查維修，可以較長時間使用，克服了衛星因局部的失靈而喪失全部功效的弊端。載人航天是未來軍事偵察的重要組成部分，其軍事潛力是其它方法所無法替代的。

工程與技術試驗

未實現載人航天以前，航天新技術、新材料等只能在地面進行，載人航天實現后，就可以在太空中進行各種實驗了。利用載人航天器進行工程與技術實驗，具有方便準確等特點，因此，無論是美國的航天飛機還是蘇俄的空間站，都把進行工程技術實驗作為一個重要任務。多年來，為進行大規模的空間活動、空間維修、空間操作，進行了大量的模擬試驗和硬件操作實驗，以證實其方法和技術的可行性。同時，進行了新型航天器研制中的新技術、新材料、新工藝的試驗。載人航天為航天事業的進一步發展充當了開路先鋒。

載人航天技術極其復雜，需要強大的技術基礎和經濟基礎作后盾，盡管如此，載人航天的巨大作用仍吸引了眾多航天國家。目前，世界上雖然只有美國和俄羅斯突破了載人航天技術，但是歐洲和日本也在奮起直追。中國作為一個發展中國家，長期以來，一直致力于外層空間資源的開發和利用，并在現有的基礎上，進行了載人航天的研究，突破了許多關鍵技術。1999年11月20日～21日，我國成功進行了“神舟”號飛船的無人空間飛行試驗，飛船準確返回預定地區。可以相信，實現中華民族載人太空飛行的日子已不再遙遠。■