唐驳虎:中国建设空间站,将有什么实际作用?(组图)

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核心提要:

1.有人疑惑聂海胜57岁上太空是不是年纪太大了?实际上在国际空间站,55岁左右是很主流的年龄,航天员需要学习多门知识,经历专门训练,经验也很有用。本次出舱太空行走,将采取新老结合的方式,完成6-7小时的出舱作业。

2.航天员首次入住“天和”核心舱,这意味着中国进入“空间站时代”,相比于既往15立方米的活动空间,“天和”舱内空间提升到了110立方米,相当于从“宿舍间”,搬进了“大平层”。航天员在轨时间也得以从1个月延长到3个月,乃至6个月。

3.神舟12号是空间站阶段首次载人飞行任务,还将验证物资补给、舱外操作、在轨维修等关键技术。另外飞船返回技术也有提升。随着繁重空间站任务的展开,航天员飞天的机会将越来越多,中国载人航天也将从小步快跑式的补课式追赶,进入为期10年以上的空间站常态化运营、科学实验应用与发展阶段。

4.太空站建设的意义,在于利用空间资源进行太空探索和前沿科学研究,后续也将带动相关产业链的发展,甚至为有朝一日移民外太空积累基础。目前太空站生命科学和生物技术的研究占比较高,包括应对不治之症的药物纯化研究、骨保护蛋白研究、微生物疗法研究等等。



6月16日上午,中国载人航天工程办公室在酒泉卫星发射中心举行神舟12号飞船任务新闻发布会,宣布了乘组名单。

首飞乘组名单:聂海胜(指令长)、刘伯明、汤洪波。

备份乘组名单:翟志刚(指令长)、王亚平、叶光富。

6月17日9时22分飞船发射升空,这既是时隔5年,中国航天员再度进入太空,更是中国空间站CSS开启载人运行阶段。





57岁的航天员,并不算老


“老船长”、57岁的聂海胜(生于1964年9月)这一次是第三次登陆太空。曾经搭乘神舟6号、神舟10号两次进入太空。

第一次是2005年10月,费俊龙、聂海胜执行神舟6号任务。

第二次是2013年6月,聂海胜作为指令长,与张晓光、王亚平执行神舟10号对接天宫1号任务。

这一次再次作为指令长,执行神舟12号任务。聂海胜成为中国第二位三度飞天的航天员,也刷新了中国航天员的升天年龄记录。

(第一位是执行了神7、9、11号任务的景海鹏,但他已于两年前转职陆军某集团军副军长)

有人会问,快满57周岁了,是不是年纪太大了?

并不是,在国际空间站,55岁左右实际上是很主流的年龄。航天员需要学习多门知识,经历专门训练,经验也很有用。



比如刚刚返回的日本宇航员野口聪一,生于1965年4月15日(56岁),比聂海胜小半岁,分别搭乘美国航天飞机、俄罗斯联盟号飞船、最新的SpaceX载人龙飞船上过太空。



新老结合,探索更长太空行走

飞行乘组的第二位成员,将担负太空行走重要任务的刘伯明,生于1966年9月(55岁)。

2008年9月,刘伯明曾作为2号太空行走员,执行神舟7号三人飞天、两人出舱的飞行任务(翟志刚、刘伯明、景海鹏)。



这一次,由于太空站建设实验包含两次太空行走。在这方面训练考核成绩很好,具有经验的刘伯明再度入选。

而上次的1号太空行走员翟志刚(1966年9月),则成为了备份乘组的指令长。预计也将有望在接下来几次任务中担纲升天、行走太空。

时隔13年,已经不算年轻、但依旧体能充沛的刘伯明将再度行走太空。

届时协助刘伯明的还有第二批航天员中的汤洪波,生于1975年10月(46岁),这是新生力量。



汤洪波说,经过11年的学习训练和磨砺考验,他也已经完成了从航空到航天这一艰苦难忘的转型,经过一轮又一轮严格科学的选拔,对自己充满信心。

与上次不同,他们这两次出舱太空行走,将从上次神舟7号半小时左右、取回舱外样品的短时间操作,延长到国际空间站出舱作业的6~7小时。

这也是空间站运行维护所需的实际作业任务。刘伯明他们将验证航天员在机械臂支持下,进行舱外的设备安装、维修维护等操作作业的能力。





空间站时代


按照计划,聂海胜、刘伯明、汤洪波3名航天员将成为 “天和”核心舱的首批“入住人员”。

继4月29日发射天和号核心舱、5月29日发射天舟2号货运飞船,完成设备准备之后,此次太空之旅意味着中国将进入“空间站时代”。



他们将在轨驻留3个月,执行舱外舱内维修维护、对设备进行组装和调试等任务,是目前中国航天员在太空留守时间最长的一次太空之旅。

而神舟12号载人飞船新增了自主快速交会对接能力。

根据太空实践经验,航天员在进入太空后,因为对失重的适应过程,在6小时后将出现空间感知迟钝、混乱等情况,不利于操作交汇对接。但这个症状将在48小时后逐渐适应和消失。

所以进入空间站的对接一般有两种模式:

一种是6小时之内的快速对接。在航天员出现空间感知迟钝情况之前,就进入空间站,

另一种是在轨等待48小时后再进行对接,这样就比较浪费时间。



这一次是中国的神舟载人飞船首次使用6小时以内的快速交会对接模式。所以预计17日下午15点之前,就与空间站的“天和”核心舱对接交汇,进入核心舱。



▎新一代异体同构周边对接装置


接下来,聂海胜、刘伯明、汤洪波3名航天员将在轨工作生活3个月,考核验证空间站核心舱再生生保、空间站物资补给、航天员健康管理等航天员长期太空飞行的各项保障技术。

此前2012年6月神舟9号(景海鹏、刘旺、刘洋),2013年6月神舟10号(聂海胜、张晓光、王亚平)与天宫1号的对接持续约半个月。

2016年10月神舟11号(景海鹏、陈冬)与天宫2号的对接持续约一个月。





▎神舟11号与天宫二号空间实验室组合体


这主要受到了空间站体积规模、载荷等维持条件的制约。

两颗天宫实验室发射重量8吨左右,提供给航天员的舱内活动空间为15立方米。

这相对于神舟飞船在轨舱7立方米的舱内活动空间有了较大提升,但是依然比较局促。



而空间站“天和”核心舱,将舱内活动空间从15立方米提升到了整站110立方米,简直是从“宿舍间”搬进了“大平层”。



3名航天员的太空在轨时间也得以从1个月延长到3个月,乃至6个月。



繁重的空间站建设任务


神舟12号载人飞行任务是空间站建设阶段首次载人飞行任务,除了验证航天员长期驻留外,还将验证空间物资补给、出舱活动、舱外操作、在轨维修等空间站建造和运营关键技术。

并且开展多领域的空间应用及试验;综合评估考核工程各系统执行空间站任务的功能和性能,进一步考核各系统间的匹配性和协调性,为后续任务积累经验。



另外神舟12号飞船改进了返回技术、进一步提高落点精度,返回着陆场从沿用多年的内蒙古中部四子王旗,调整到酒泉卫星发射中心附近的东风着陆场,接近于实现原地升空原地返回。



▎ 神舟飞船返回舱座舱


接下来,神舟13号、神舟14号、神舟15号也将陆续上天。

另外还包括“问天”实验舱和“梦天”实验舱2次空间站舱段发射,3次天舟货运飞船发射,任务紧密关联、环环相扣。

神舟12号到神舟15号将担负在中国空间站的建设阶段的调试任务,任务非常艰巨。

所以这4次神舟载人飞船航天员乘组,将主要由第一批有飞行经验的航天员担任指令长,第二批航天员为协助。



▎天宫空间站三大舱段地面测试验证舱

最终2022年形成三个主要舱室(核心舱、2个科学实验舱)构成的中国空间站,可以让每批3名航天员驻留半年,并完成众多科学实验工作。





中国载人航天将常态化、实用化


中国目前已经有三批宇航员,分别是1998年、2010年、2020年选定。

1998年第一批航天员一共有14位,有8位曾经执行过航天任务,分别是:杨利伟、费俊龙、聂海胜、翟志刚、刘伯明、景海鹏、刘旺、张晓光。



▎中国第一批航天员。后排左起:刘旺、景海鹏、刘伯明、李庆龙、陈全、张晓光、潘占春 前排左起:邓清明、聂海胜、杨利伟、吴杰、费俊龙、赵传东、翟志刚

目前第一批航天员2014年初共退役5位,分别是李庆龙、吴杰、陈全、潘占春、赵传东。还有一位是还没有执行过太空任务、苦苦准备了23年仍然在服役的邓清明。



而2010年第二批共有7人,分别是刘洋、王亚平,陈冬、蔡旭哲、叶光富、汤鸿波、张陆。其中刘洋、王亚平、陈冬三人已经执行过航天任务。

2020年选定的第三批航天员,则主要承担2022年后天宫空间站运营阶段的科学实验任务,其中包括很多并不是飞行员出身,而是在工程师、科学家中选拔的任务专家。

随着空间站任务的到来,航天员飞天的机会会越来越多。

中国载人航天也将从小步快跑式的补课式追赶,进入为期10年以上的空间站常态化运营、科学实验应用与发展阶段。



每隔半年发射一组3人乘员组,每年就是2次载人发射、6人规模升天。10年下来,就是60人次。大量科学研究任务将在空间站实验舱内开展。



为什么要建设空间站?

太空空间站的建设,对于一个国家无疑具有重大的战略意义。

不仅会直接带动整个航天科技产业链相关的科学技术进步,还将为有朝一日人类能移民外太空积累科学基础。

更现实的意义,还在于可以利用稀缺的空间资源进行太空探索和前沿科学研究。

“天宫”空间站会给中国科研人员的太空研究提供最大的便利,提供更丰富更有价值的信息。



空间站中将安装1000多套设备,所支持的学科领域包括空间生命科学与生物技术、微重力流体物理、空间材料科学、微重力基础物理等。



空间站的低重力、真空、超净环境可以冶炼地球上无法冶炼的高性能合金,可以生产性能更优越的半导体晶体。

只要能证明空间技术有利可图,市场经济就可以为航天提供更大的推进力。

在提高地球上人类的生命健康水平上,航天空间研究也大有可为。

据统计,国际空间站在轨20多年间共进行了大约3000项各学科的科学研究,其中占比最高的就是来自生命科学和生物技术领域。



单克隆抗体简称单抗,利用单克隆特异性抗体与靶细胞特异性结合,可直接用于不同的人类疾病的治疗,开创了免疫疗法,开辟出治疗一些不治之症的新途径,是近年来医药科学最大的明星。

但单克隆抗体作为一种大分子蛋白质,在制造、纯化和储存上面临着许多质量控制技术难题。

2019年,默沙东的研究人员与国际空间站合作,利用微重力研究了对抗体制备、结晶生产纯化的影响。

结果发现,在微重力条件下,沉降和对流减少,产生的结晶悬浮液具有更低的粘度,并且比地面的对照组更加均匀。



▎抗体结晶研究中的地面对照样品(左)和航天样品(右)的紫外成像(来源:默沙东)

后来,研究小组使用旋转混合器,在地面实验中成功复制了太空中均匀的结晶悬浮液。

这对单抗的药物纯化和储存具有重要意义,有望提高单抗的生产、储存质量,并推动给药方式由静脉注射转为皮下注射,进一步提高患者的生活质量。

在太空中,航天员长期处于微重力条件下,身体会发生一系列变化,最突出的问题便是骨质疏松。

而骨质疏松对于地面上的老年人而言,也是常见疾病。

在太空中解决宇航员的身体健康问题,同时也能为地面的骨质疏松患者开发新药。

骨保护蛋白的太空实验研究,助力FDA在2010年批准了地舒单抗的上市,而硬化蛋白抗体研究的太空数据,则推动了罗莫索单抗在2019年获FDA批准上市。



▎骨保护研究中承载小鼠太空实验的仪器(来源:NASA)


而对中国科研人员来说,此前这些条件都是难以触及、难以想象的。

但随着中国空间站组建完成的脚步越来越近,中国人即将把那片未知的领域拥入怀中。

随着近年来微生物疗法的兴起,以及肠道菌群在各类疾病中的重要作用不断被揭示,微生物疗法的发展具有很大的前景。

对于益生菌菌株而言,在地球上的变异频率十分低,要想获得耐酸性更好、性能更优的益生菌株并非易事。

在2020年5月,长征五号B运载火箭和新一代载人飞船就曾将益生菌搭载至太空进行了了3天太空实验。

经过太空诱变的鼠李糖乳杆菌M9的菌落形态较上天前变得更大更黏,菌株的益生特性发生了优化。



这显示未来空间站可以在医药领域热门的肠道菌群的筛选和功能改造方面进一步探索。

另外,中科院上海药物所提供的天然药物库验证样本也将随今年9月的神舟13号/天舟3号飞船前往核心舱。

中国空间站还将与拥有全球最丰富斑马鱼鱼种的中科院水生所合作,计划将药物研发的常用模式动物斑马鱼的胚胎送上太空,这对于解密疾病发病机理以及指导药物研发具有重要意义。



中国空间站的建成将为中国科研的发展提供新的创新载体,助力中国科研技术水平的整体创新提升,也将造福人类。

以前,中国的科研人员此前并没有机会进行如此级别和深度的太空探究,而“天宫”空间站将为中国的科研人员插上“梦想的翅膀”。

中国空间站的实验柜,正如一个个太空魔盒一样,等待着与各学科的碰撞。



这是前所未有的机遇,也是无限可能的开始。

可上九天揽月,可下五洋捉鳖,谈笑凯歌还。

世上无难事,只要肯登攀。

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