中國進入空間站時代!它的真正作用是啥?

唐駁虎:鳳凰新聞客戶端榮譽主筆

核心提要:

1.有人疑惑,聶海勝57歲上太空是不是年紀太大了?實際上在國際空間站,55歲左右是很主流的年齡,航天員需要學習多門知識,經歷專門訓練,經驗也很有用。本次出艙太空行走,將採取新老結合的方式,完成6-7小時的出艙作業。

2.航天員首次入住「天和」核心艙,這意味著中國進入「空間站時代」,相比於既往15立方米的活動空間,「天和」艙內空間提升到了110立方米,相當於從「宿舍間」,搬進了「大平層」。航天員在軌時間也得以從1個月延長到3個月,乃至6個月。

3.神舟12號是空間站階段首次載人飛行任務,還將驗證物資補給、艙外操作、在軌維修等關鍵技術。另外飛船返回技術也有提升。隨著繁重空間站任務的展開,航天員飛天的機會將越來越多,中國載人航天也將從小步快跑式的補課式追趕,進入為期10年以上的空間站常態化運營、科學實驗應用與發展階段。

4.太空站建設的意義,在於利用空間資源進行太空探索和前沿科學研究,後續也將帶動相關產業鏈的發展,甚至為有朝一日移民外太空積累基礎。目前太空站生命科學和生物技術的研究佔比較高,包括應對不治之症的藥物純化研究、骨保護蛋白研究、微生物療法研究等等。

6月16日上午,中國載人航天工程辦公室在酒泉衛星發射中心舉行神舟12號飛船任務新聞發佈會,宣佈了乘組名單。

首飛乘組名單:聶海勝(指令長)、劉伯明、湯洪波。

備份乘組名單:翟志剛(指令長)、王亞平、葉光富。

6月17日9時22分神舟12號發射升空,這既是時隔5年,中國航天員再度進入太空,更是中國空間站CSS開啓載人運行階段。

中國空間站CSS開啓載人運行階段。

神舟12號載人飛船新增了自主快速交會對接能力

57歲的航天員,並不算老

「老船長」、57歲的聶海勝(生於1964年9月)這一次是第三次登陸太空。曾經搭乘神舟6號、神舟10號兩次進入太空。

第一次是2005年10月,費俊龍、聶海勝執行神舟6號任務。

第二次是2013年6月,聶海勝作為指令長,與張曉光、王亞平執行神舟10號對接天宮1號任務。

聶海勝這一次再次作為指令長,執行神舟12號任務。他成為中國第二位三度飛天的航天員,也刷新了中國航天員的升天年齡記錄。

(第一位是執行了神7、9、11號任務的景海鵬,但他已於兩年前轉職陸軍某集團軍副軍長)

有人會問,快滿57週歲了,是不是年紀太大了?

並不是,在國際空間站,55歲左右實際上是很主流的年齡。航天員需要學習多門知識,經歷專門訓練,經驗也很有用。

比如剛剛返回的日本宇航員野口聰一,生於1965年4月15日(56歲),比聶海勝小半歲,分別搭乘美國航天飛機、俄羅斯聯盟號飛船、最新的SpaceX載人龍飛船上過太空。

新老結合,探索更長太空行走

飛行乘組的第二位成員,將擔負太空行走重要任務的劉伯明,生於1966年9月(55歲)。

2008年9月,劉伯明曾作為2號太空行走員,執行神舟7號三人飛天、兩人出艙的飛行任務(翟志剛、劉伯明、景海鵬)。

這一次,由於太空站建設實驗包含兩次太空行走。在這方面訓練考核成績很好,具有經驗的劉伯明再度入選。

而上次的1號太空行走員翟志剛(1966年9月),則成為了備份乘組的指令長。預計也將有望在接下來幾次任務中擔綱升天、行走太空。

時隔13年,已經不算年輕、但依舊體能充沛的劉伯明將再度行走太空。

屆時協助劉伯明的還有第二批航天員中的湯洪波,生於1975年10月(46歲),這是新生力量。

湯洪波說,經過11年的學習訓練和磨礪考驗,他也已經完成了從航空到航天這一艱苦難忘的轉型,經過一輪又一輪嚴格科學的選拔,對自己充滿信心。

與上次不同,他們這兩次出艙太空行走,將從上次神舟7號半小時左右、取回艙外樣品的短時間操作,延長到國際空間站出艙作業的6~7小時。

這也是空間站運行維護所需的實際作業任務。劉伯明他們將驗證航天員在機械臂支持下,進行艙外的設備安裝、維修維護等操作作業的能力。

空間站時代

按照計劃,聶海勝、劉伯明、湯洪波3名航天員將成為 「天和」核心艙的首批「入住人員」。

繼4月29日發射天和號核心艙、5月29日發射天舟2號貨運飛船,完成設備準備之後,此次太空之旅意味著中國將進入「空間站時代」。

他們將在軌駐留3個月,執行艙外艙內維修維護、對設備進行組裝和調試等任務,是目前中國航天員在太空留守時間最長的一次太空之旅。

而神舟12號載人飛船新增了自主快速交會對接能力。

根據太空實踐經驗,航天員在進入太空後,因為對失重的適應過程,在6小時後將出現空間感知遲鈍、混亂等情況,不利於操作交匯對接。但這個症狀將在48小時後逐漸適應和消失。

所以進入空間站的對接一般有兩種模式:

一種是6小時之內的快速對接。在航天員出現空間感知遲鈍情況之前,就進入空間站,

另一種是在軌等待48小時後再進行對接,這樣就比較浪費時間。

這一次是中國的神舟載人飛船首次使用6小時以內的快速交會對接模式。所以預計17日下午15點之前,就與空間站的「天和」核心艙對接交匯,進入核心艙。

接下來,聶海勝、劉伯明、湯洪波3名航天員將在軌工作生活3個月,考核驗證空間站核心艙再生生保、空間站物資補給、航天員健康管理等航天員長期太空飛行的各項保障技術。

此前2012年6月神舟9號(景海鵬、劉旺、劉洋),2013年6月神舟10號(聶海勝、張曉光、王亞平)與天宮1號的對接持續約半個月。

2016年10月神舟11號(景海鵬、陳冬)與天宮2號的對接持續約一個月。

這主要受到了空間站體積規模、載荷等維持條件的制約。

兩顆天宮實驗室發射重量8噸左右,提供給航天員的艙內活動空間為15立方米。

這相對於神舟飛船在軌艙7立方米的艙內活動空間有了較大提升,但是依然比較局促。

而空間站「天和」核心艙,將艙內活動空間從15立方米提升到了整站110立方米,簡直是從「宿舍間」搬進了「大平層」。

3名航天員的太空在軌時間也得以從1個月延長到3個月,乃至6個月。

繁重的空間站建設任務

神舟12號載人飛行任務是空間站建設階段首次載人飛行任務,除了驗證航天員長期駐留外,還將驗證空間物資補給、出艙活動、艙外操作、在軌維修等空間站建造和運營關鍵技術。

並且開展多領域的空間應用及試驗;綜合評估考核工程各系統執行空間站任務的功能和性能,進一步考核各系統間的匹配性和協調性,為後續任務積累經驗。

另外神舟12號飛船改進了返回技術、進一步提高落點精度,返回著陸場從沿用多年的內蒙古中部四子王旗,調整到酒泉衛星發射中心附近的東風著陸場,接近於實現原地升空原地返回。

神舟飛船返回艙座艙

接下來,神舟13號、神舟14號、神舟15號也將陸續上天。

另外還包括「問天」實驗艙和「夢天」實驗艙2次空間站艙段發射,3次天舟貨運飛船發射,任務緊密關聯、環環相扣。

神舟12號到神舟15號將擔負在中國空間站的建設階段的調試任務,任務非常艱巨。

所以這4次神舟載人飛船航天員乘組,將主要由第一批有飛行經驗的航天員擔任指令長,第二批航天員為協助。

天宮空間站三大艙段地面測試驗證艙

最終2022年形成三個主要艙室(核心艙、2個科學實驗艙)構成的中國空間站,可以讓每批3名航天員駐留半年,並完成眾多科學實驗工作。

中國載人航天將常態化、實用化

中國目前已經有三批宇航員,分別是1998年、2010年、2020年選定。

1998年第一批航天員一共有14位,有8位曾經執行過航天任務,分別是:楊利偉、費俊龍、聶海勝、翟志剛、劉伯明、景海鵬、劉旺、張曉光。

中國第一批航天員。後排左起:劉旺、景海鵬、劉伯明、李慶龍、陳全、張曉光、潘佔春 前排左起:鄧清明、聶海勝、楊利偉、吳傑、費俊龍、趙傳東、翟志剛

目前第一批航天員2014年初共退役5位,分別是李慶龍、吳傑、陳全、潘佔春、趙傳東。還有一位是還沒有執行過太空任務、苦苦準備了23年仍然在服役的鄧清明。

而2010年第二批共有7人,分別是劉洋、王亞平,陳冬、蔡旭哲、葉光富、湯鴻波、張陸。其中劉洋、王亞平、陳冬三人已經執行過航天任務。

2020年選定的第三批航天員,則主要承擔2022年後天宮空間站運營階段的科學實驗任務,其中包括很多並不是飛行員出身,而是在工程師、科學家中選拔的任務專家。

隨著空間站任務的到來,航天員飛天的機會會越來越多。

中國載人航天也將從小步快跑式的補課式追趕,進入為期10年以上的空間站常態化運營、科學實驗應用與發展階段。

每隔半年發射一組3人乘員組,每年就是2次載人發射、6人規模升天。10年下來,就是60人次。大量科學研究任務將在空間站實驗艙內開展。

為什麼要建設空間站?

太空空間站的建設,對於一個國家無疑具有重大的戰略意義。

不僅會直接帶動整個航天科技產業鏈相關的科學技術進步,還將為有朝一日人類能移民外太空積累科學基礎。

更現實的意義,還在於可以利用稀缺的空間資源進行太空探索和前沿科學研究。

「天宮」空間站會給中國科研人員的太空研究提供最大的便利,提供更豐富更有價值的信息。

空間站中將安裝1000多套設備,所支持的學科領域包括空間生命科學與生物技術、微重力流體物理、空間材料科學、微重力基礎物理等。

空間站的低重力、真空、超淨環境可以冶煉地球上無法冶煉的高性能合金,可以生產性能更優越的半導體晶體。

只要能證明空間技術有利可圖,市場經濟就可以為航天提供更大的推進力。

在提高地球上人類的生命健康水平上,航天空間研究也大有可為。

據統計,國際空間站在軌20多年間共進行了大約3000項各學科的科學研究,其中佔比最高的就是來自生命科學和生物技術領域。

單克隆抗體簡稱單抗,利用單克隆特異性抗體與靶細胞特異性結合,可直接用於不同的人類疾病的治療,開創了免疫療法,開闢出治療一些不治之症的新途徑,是近年來醫藥科學最大的明星。

但單克隆抗體作為一種大分子蛋白質,在製造、純化和儲存上面臨著許多質量控制技術難題。

2019年,默沙東的研究人員與國際空間站合作,利用微重力研究了對抗體制備、結晶生產純化的影響。

結果發現,在微重力條件下,沈降和對流減少,產生的結晶懸浮液具有更低的粘度,並且比地面的對照組更加均勻。  

抗體結晶研究中的地面對照樣品(左)和航天樣品(右)的紫外成像(來源:默沙東)

後來,研究小組使用旋轉混合器,在地面實驗中成功複製了太空中均勻的結晶懸浮液。

這對單抗的藥物純化和儲存具有重要意義,有望提高單抗的生產、儲存質量,並推動給藥方式由靜脈注射轉為皮下注射,進一步提高患者的生活質量。

在太空中,航天員長期處於微重力條件下,身體會發生一系列變化,最突出的問題便是骨質酥鬆。

而骨質酥鬆對於地面上的老年人而言,也是常見疾病。

在太空中解決宇航員的身體健康問題,同時也能為地面的骨質酥鬆患者開發新藥。

骨保護蛋白的太空實驗研究,助力FDA在2010年批准了地舒單抗的上市,而硬化蛋白抗體研究的太空數據,則推動了羅莫索單抗在2019年獲FDA批准上市。

而對中國科研人員來說,此前這些條件都是難以觸及、難以想像的。

但隨著中國空間站組建完成的腳步越來越近,中國人即將把那片未知的領域擁入懷中。

隨著近年來微生物療法的興起,以及腸道菌群在各類疾病中的重要作用不斷被揭示,微生物療法的發展具有很大的前景。

對於益生菌菌株而言,在地球上的變異頻率十分低,要想獲得耐酸性更好、性能更優的益生菌株並非易事。

在2020年5月,長徵五號B運載火箭和新一代載人飛船就曾將益生菌搭載至太空進行了了3天太空實驗。

經過太空誘變的鼠李糖乳桿菌M9的菌落形態較上天前變得更大更黏,菌株的益生特性發生了優化。

這顯示未來空間站可以在醫藥領域熱門的腸道菌群的篩選和功能改造方面進一步探索。

另外,中科院上海藥物所提供的天然藥物庫驗證樣本也將隨今年9月的神舟13號/天舟3號飛船前往核心艙。

中國空間站還將與擁有全球最豐富斑馬魚魚種的中科院水生所合作,計劃將藥物研發的常用模式動物斑馬魚的胚胎送上太空,這對於解密疾病發病機理以及指導藥物研發具有重要意義。

中國空間站的建成將為中國科研的發展提供新的創新載體,助力中國科研技術水平的整體創新提升,也將造福人類。

以前,中國的科研人員此前並沒有機會進行如此級別和深度的太空探究,而「天宮」空間站將為中國的科研人員插上「夢想的翅膀」。

中國空間站的實驗櫃,正如一個個太空魔盒一樣,等待著與各學科的碰撞。

這是前所未有的機遇,也是無限可能的開始。

可上九天攬月,可下五洋捉鱉,談笑凱歌還。

世上無難事,只要肯登攀。■

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