书城工业向太空进军(征服太空之路丛书)
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第10章 意义非凡的太空试验(1)

为了更好地了解宇宙,了解人类与宇宙的关系,科学家利用宇宙飞船、天空实验室、人造卫星等航天器材进行了一系列具有针对性的太空试验,这些太空试验包括太空生物试验、宇宙辐射电磁波检测试验、太阳能发电试验等等。太空环境与地球环境有着很大的不同,因此,太空试验与在地球上的试验也存在着显著的区别,做好这些太空试验有着莫大的意义,它对人类进一步开展探索宇宙活动有着指导性意义,在一定程度上,也为人类下一步探索活动指明了道路。

太空生物试验

动物不仅是人类进入太空的先驱,而且半个世纪以来一直是用它们的“鲜血和生命”为人类的航天事业作出贡献。在航天飞机几十次飞行中,科学家们总不忘带猴子、老鼠及昆虫等动物上太空。因此,可以说在整个航空事业的发展过程中,都少不了动物的飞行实验。

这是因为太空环境极其恶劣,人在太空中会受到失重、加速度、宇宙辐射、噪声和振动等因素的影响。人类是不愿意轻易拿自己的生命去冒险的,因此,在征服太空的道路上,就用动物作先导,为人类探路。

意义非凡的太空试验蜜蜂是对人类有益的昆虫类群之一,通常指的是生产用蜂种,可以划分为西方蜜蜂和中华蜜蜂。它们为农作物、果树、蔬菜、牧草、油茶作物和中药植物传粉后,产量可增加几倍至20倍。

每当鲜花盛开,花香四溢的时节,我们总能看到蜜蜂忙碌的身影,蜜蜂日复一日飞翔在万花丛中,以它那勤劳的天性为人采集、加工高营养价值的美味佳品——蜂蜜。在地面翩翩飞舞的蜜蜂在太空如何生活呢?18岁的美国男孩纳尔逊好奇地提出疑问。纳尔逊毕业于明尼苏达州某公立学校,现在航天飞机学员规划部工作。

纳尔逊在中学念书时,就对航天事业有浓厚的兴趣,因此他设计了小昆虫遨游太空的科学实验,以观察具有不同体重和翅膀的昆虫在失重时的飞行特性,研究体重对昆虫飞行的稳定性和方向性的影响。其中蜜蜂就是这批小昆虫之一。纳尔逊的科学实验安排在航天飞机第3次飞行中。1982年3月22日,航天飞机起飞时,航天员把事先准备好的12只蜜蜂带上太空,让这些蜜蜂在太空遨游。人们从电视里清楚地看到,翅膀较小的蜜蜂,在失重环境中,似乎在滚来滚去。航天飞机8天的飞行中,也许这几只蜜蜂太孤独了,11只先后可怜地夭折,剩下的唯一一只,也在着陆时死去,这样的结果,实在让人觉得很可惜。

事隔一年多之后,航天飞机第11次飞行时,安排了学生波斯基维奇设计的科学实验。波斯基维奇设计了蜜蜂在太空筑巢的实验项目,以研究蜜蜂的生活规律,弄清蜜蜂在太空的某些奥秘,譬如,在失重的太空中能否与地面同样地筑巢,在失重状态下筑巢会出现什么奇异的现象等。

太空设想图航天飞机“挑战者”号起飞前,人们把装有3300只蜜蜂的塑料蜂箱放置在航天飞机的舱里。航天飞机飞行中,航天员仔细地观察蜜蜂不断地进出放置食物的地区,它们忙个不停寻找食物,并在塑料蜂箱中开始筑新巢。一次,两名航天员抬着蜂箱,用手拍打并摇晃这个装有3000多只蜜蜂的塑料蜂箱,让地面的人们通过电视观看蜜蜂在太空觅食、筑巢的情景。

在“挑战者”号航天飞机7天的飞行中,这窝蜜蜂在失重状态下为筑新巢如同在地面那样忙个不停,不久它们在太空又筑起了与原先那样的大蜂窝。一名航天员风趣地说:“我想它们(蜜蜂)和我们一样喜欢失重状态。”

今天,还有许多的太空医学和生物学问题需要通过动物实验来解决。如航天病,折磨着许多航天员,使他们胃部不适、恶心和呕吐,特别是在飞行的关键时刻,降低了他们的工作能力,使他们不能按计划完成飞行任务;长期持续性的骨骼脱钙,使航天员面临着骨质疏松病的威胁;宇宙辐射的生物效应,可使航天员更快地衰老,出现贫血,还可能导致癌症。

为了解决医学问题,使航天员在太空中更健康地生活和工作,人类只得大量使用各种生物作被试对象,特别是猴子、狗和老鼠,它们安放在生物卫星、航天飞机、载人飞船等航天器上,为人类征服太空作出了贡献。

知识点生物卫星的组成

生物卫星是进行空间生命科学研究、为载人航天飞行做准备的科学卫星,也是一种返回式卫星。在生物卫星上进行的生物学实验主要有重力生理学实验、放射生物学实验和发育生物学实验等。生物卫星一般由服务舱和返回舱两部分组成。服务舱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。返回舱内装有实验生物样品、记录仪器。

宇宙辐射电磁波检测试验

人造卫星上天后,人们建造了太空天文台——天文卫星,它打开了一座座通往天宫的大门,冲破了一个个揭示宇宙秘密的屏障。

也许你知道这段历史:17世纪初,科学家伽利略制成了第一架天文望远镜。它开辟了人类观察太空的新纪元,为天文学的发展铺平了道路。

寂静的太空中充满着各种天体,它们不仅能辐射出可见光和无线电波,而且还可辐射出包括红外线、紫外线、X射线、γ射线在内的整个电磁波。人们研究天体的电磁辐射及其变化,就能进一步探索宇宙的奥秘,发现新的天体。遗憾的是地球大气对于X射线和γ射线并不透明,它们遭到大气阻拦,紫外线也被臭氧层所吸收,无线电波则受电离层的影响,所以,要在地球上研究天体的这些辐射是十分困难的。

1957年人造卫星上天后,人们利用空间物理测量技术,从卫星轨道上对宇宙天体发射的这些电磁辐射进行了测量,于是,红外线天文学、紫外线天文学、X射线天文学、γ射线天文学相继诞生,而使天文学进入一个全波天文的崭新时代。如今,人造卫星已成为天文观测的重要工具,窥测宇宙的“眼睛”,而以外层空间(太空)观察为标志的空间天文学,则是射电天文学之后的又一新秀。它的问世,使古老的天文学获得了新的生命,是天文学发展史上的又一个里程碑。

第一颗天文卫星是美国于1960年发射的“太阳辐射监测卫星”。

一颗又一颗天文卫星上天,就等于在地球轨道上建起了一座座太空天文台,它们具有地面无法比拟的优越性,从而可以直接测量到天体的各种辐射和宇宙能粒子。特别是核物理探测技术应用于天文学之后,空间天文学如虎添翼,太空天文观测已经在X射线和γ射线等波段取得了一系列的重大进展。

X射线探测,为人类展示出一幅与光学天文学截然不同的宇宙图像。自1962年首次发现来自天蝎摩声向的强X射源以来,非太阳X射线天文学,很快进入了全盛时期。

空间γ射线的探测,稍为困难。太阳γ射线的首次观测,是在1972年8月的一次特大耀斑爆发事件中,“轨道太阳天文台”7号卫星记录了γ射线谱,从而使太阳γ射线天文学迈出可喜的第一步。1973年,美国核侦察卫星“维拉”,意外地记录到一次强脉冲γ射线,后来查明,这是一次来自太阳系之外的宇宙γ射线大爆发,人们称它为空间γ爆。这是20世纪70年代空间天文学的又一重大发现,曾轰动整个天体物理学界。

在中国的空间天文研究中,我们也获得了多个宇宙γ爆完整的光变曲线、能谱和时间结构,发现有超软X射线、硬X射线到γ射线宽能谱覆盖的事例。

卫星作为一种有效的天文观察工具,不但使宇宙射线天文学得到蓬勃的发展,而且又为光学天文学和射电天文学的发展开辟了新的途径。