●江雪、宋丽芳、闻扬扬

　　3月25日22时15分，长二F大推力火箭托举着“神舟”三号飞船，从大漠深处拔地而起，飞向太空，在预定轨道环绕地球运行108圈后，于4月1日16时51分准确降落在内蒙古中部地区，我国载人航天第三次飞行试验圆满成功。在此次载人航天活动中，我国科学家还进行了以光学遥感对地探测及材料科学、生命科学为主的一系列科学试验，把科学实验室搬上了太 空。

　　太空“摄像机”

　　人们通常看到太阳光呈现出赤橙黄绿青蓝紫7种不同的色彩，这其实是由于各种光线的波长不一样而造成的。不同的物体对光的反射均不一样，彩色提供了大量的信息，由此使我们能识别不同的物体。

　　为什么花朵是红的、树叶是绿的、海水是蓝的，世界如此光怪陆离，五彩缤纷？原来，这些物体被太阳照射后，只反射某一种光波。如，红花反射的是红光波，树叶反射绿光波，海水反射蓝光波，其他不能被反射的光全被吸收了。然而，有些光线是人眼无法看到的，如红外线、紫外线、X射线等，有些事物及其性质也是人眼无法认识的。安装在飞船轨道舱附加段上的“中分辨率成像光谱仪”却具有特殊功能，它能为人们提供大量的极其珍贵的信息。

　　这台仪器是由中科院最新研制的空间遥感器，它采用双面镜旋转扫描、双光学系统、棱镜分束直接耦合等技术，能反射34个波段，具有先进的光谱成像功能，是继美国1999年发射的M ODIS—N90之后，第二台进入太空的“中分辨率成像光谱仪”，仅比美国的M ODIS少2个波段。

　　这台仪器在轨半年时间内将接受成像光谱技术、红外焦平面技术和机械制冷等方面的考核。每当它经过一个地方时，能得到34种不同途径的谱段，某几个波段可合成一项，从而组合出多种图样，得到大量信息。适合于对农业、林业、自然环境进行大面积观测，能详细探测出海洋水色、悬浮泥沙多少，叶绿素浓度，是否有污染，并兼测水深和浅水地形；大气探测以水汽和气溶胶探测为准。陆地探测则以大尺度土壤和植被分布等地表探测为准，兼顾大尺度地质构造、以及土壤沙化和水分情况。如，它能准确探测出森林中阔叶林、针叶林、灌木面积各占多少，哪片草场肥沃，哪片正在枯萎，哪片正在沙化，哪块农作物长势良好，估计产量多少。

　　地球“警报器”

　　地球是人类赖以生存的独特环境，其变化取决于非人类活动的地球环境自然变化和人类自身活动影响两大因素。为了预测未来的全球变化，需要从科学上建立地球系统定量模型，以具备描述发生于地球层圈的物理、化学、生物学耦合过程的能力，这是全世界地球环境物理学家共同关心的热门课题。

　　飞船上安装的“地球辐射收支仪”、“太阳紫外线光谱监测仪”、“太阳常数监测仪”，将相互配合对地球环境变化进行监测。“地球辐射收支仪”通过特殊装置，一方面能测出太阳对地球辐射多少热量，特别是大气层的紫外光情况；另一方面能测出地球反射出多少热量，通过计算便可得出每天地球吸收了多少热量。3套仪器完成的试验目标就是通过定量监测太阳常数、太阳紫外光谱与绝对辐照度，定量监测地球对太阳短波辐射的反射和地表系统自身的长波热辐射，以及定量监测太空臭氧总浓度垂直分布及垂直结构变化等。

　　大气圈有一个臭氧层，对地球有保护作用。但是由于地面使用的冰箱、空调等电器产生大量的氟利昂进入太空后，会破坏臭氧层，出现太空臭氧“空洞”。在这一段面积内，如果太阳紫外线没有被保护层吸收，会直接照射地面，将使人皮肤灼伤，还会致癌，出现很多意想不到的问题。发达国家的科学家现已通过探测证明，在地球南极上空的臭氧层已被破坏。

　　在飞行过程中，“太阳紫外光谱监测仪”能测出大气中的紫外线。科学家们根据测出的结果进行分析，弄清其危害程度，发出警告，引起各国政府的重视，通过立法或国际协作控制对臭氧层的破坏，达到保护人类生存环境的目的。

　　利用此仪器在太空对地球环境进行观测，目前世界上仅有美国做过此类试验。通过地面模拟和数据分析，对探测结果进行初步评估，争取使我国相应的探测手段达到与国际同类探测绝对精度可比对的水平，为有关研究工作进入世界先进行列提供机会。同时为我国政府治理国家提供重要的决策依据，通过立法或国际协作等形式，保护地球环境。

　　空间“气象站”

　　距地面300公里的航天运行轨道基本属于真空，但是也有少量稀薄空气，它会产生一定的阻力，将会使飞船速度逐渐变慢，造成轨道下降一定高度。当轨道舱再入大气层后，很可能被烧毁。这是因为高空中的氧气不再是两个氧原子紧密结合在一起，而是处于游离松散状态，具有很强的活性。而氧原子有很强的氧化性，它构成对飞行器的腐蚀。因此，空间环境及其变化是载人航天十分关注的问题，涉及载人航天器和航天员的安全。载人航天工程应用系统空间环境预报和监测是载人航天工程任务的保障和支持系统之一。

　　为了做好空间环境预报工作，中科院载人航天应用系统深入开展了空间环境及预报方法研究，为载人航天工程有关系统提供设计参数，建立了空间环境预报中心，通过收集并综合分析国内外卫星和地面观测数据，发布远期、中期、近期预报，预报飞船发射、运行期间的空间环境情况和可能出现的空间异常，提供有关太阳活动、空间辐射、地磁活动等参数和飞船运行轨道的大气参数，在出现危急情况时发布警报，为载人航天器提供安全保障。

　　为了实时监测飞船轨道空间的环境参数，在三号飞船上安装了高层大气探测设备和探测重粒子的固体径迹探测器件，测量高能带电重粒子的成分和能谱，为空间环境预报和警报提供依据。

　　太空“百变箱”

　　在太空失重环境条件下，地面上的熔体对流、沉降和流体静压力等现象将大大减弱，晶体充分熔合，能生长出地面上难以得到的优良的晶体材料，还可以寻找改进地面材料的制备工艺，制备多种优质材料，有潜在的重大经济效益。

　　“神舟”三号飞船上安装了一台“百变箱”———多工位晶体生长炉。参与太空实验的6种材料样品，均是经科学家们精心筛选的。如锑化镓晶体是制造微波器件、微波集成电路和超高速集成电路的关键电子材料；碲镉晶体是制造红外探测器的基底材料；氧化物激光晶体硅酸盐是一种重要光信息存储功能材料；铝镁硅、铝镍合金都是重要的新型合金材料，在航空、航天领域有重要的应用前景。

　　微型“生物研究所”

　　空间独特的微重力、高能辐射、节律变化为生命科学研究和生物技术发展提供了新的机会。空间生命科学研究有助于揭示生命科学中不可能在地面环境下获知的一些本质特征，有望获取以至生产高纯、高效和高值的生物制品，发展新的空间生物工程方法。

　　在“神舟”三号上进行空间生命科学实验，涉及两种空间生物技术。即空间蛋白质晶体生长和细胞培养。蛋白质晶体生长实验应用我国第二代空间蛋白结晶装置，对16种蛋白质样品进行了实验。这些样品是从我国生物资源制备中得到的。其分子各具有特异的三维结构，使蛋白质在生物体内执行特殊生物功能或具有特殊的生理性能，其中一些蛋白质的精确结构知识还可用于高效率的药物设计。

　　为什么要让它们在空间完成结晶，主要是看中了空间微重力条件下没有重力影响这一实验环境。在这个环境里，可培养出质量优于地面的、能用X射线衍射方法进行大分子三维结构测定的单晶体，从而为揭示生命密码和设计新型高效药物开拓新的途径。

　　空间纯净的制药环境，获得更均一、更纯净物质的潜力，以及空间微重力等特殊的物理状况，为细胞的培养提供了独特的良机。科研工作者使用我国自行研制的空间细胞生物反应器，选择具有制药前景的4种细胞，研究微重力对细胞的生长、繁殖、合成和分泌活性因子等方面的影响，以图从细胞中揭示空间环境对人类的影响，并为空间制药奠定基础。

　　背景资料

　　长二F火箭

　　长征二号F火箭是以长征二号捆绑火箭为基本型，以发射载人飞船为主要目的而研制的火箭。火箭全长58.34米，起飞重量479.7吨，可以将7.8吨重的飞船送入预定轨道。火箭由箭体结构、动力装置、控制、推进剂利用、故障检测处理、逃逸、遥测、外测安全、附加和地面设备共10个系统组成，其中故障检测处理系统和逃逸系统，是其他型号的运载火箭所没有的。

　　逃逸系统

　　逃逸系统的任务是，当运载火箭在抛整流罩前发生威胁航天员生命安全的重大故障时，负责使航天员脱离危险区。该系统由逃逸塔和上部整流罩组成，逃逸系统加上飞船的轨道舱和返回舱构成逃逸飞行器。当需要逃逸时，上部整流罩上的栅格翼打开，支撑机构夹住飞船轨道舱和返回舱，然后返回舱与推进舱解锁、上下整流罩解锁、逃逸发动机点火，逃逸飞行器飞离运载火箭。当到达安全位置时，飞船返回舱再与逃逸飞行器分离，返回地面。

　　“神舟”号飞船

　　“神舟”号飞船由轨道舱、返回舱和推进舱3个舱组成。轨道舱长2.8米，直径2.25米，位于飞船的前部，两端有供航天员进出的通道，用于航天员进出空间站及返回舱。舱外有一对面积为12平方米的太阳电池阵。返回舱位于3舱中间，长2.059米，底部最大直径2.5米，外层为烧蚀式防热结构。它是航天员的生活舱。推进舱长2.94米，最大直径2.8米，位于飞船后部，内装各种发动机，为飞船提供多种能源。舱外装有一对面积为24平方米的主太阳电池阵。