天舟小哥送快遞沒人簽收，為什麼還要發射？

【文/ 觀察者網專欄作者 譚驍天】

4月20日傍晚，隨著長征七號遙二火箭的成功發射，天舟一號貨運飛船也準確進入了與天宮二號共面的對接軌道。作為我國第一艘專門用於空間站/空間實驗室上行運輸的貨運飛船，大家都親切地稱呼天舟一號為「給天宮送貨的快遞小哥」。但很遺憾的是，由於天宮二號空間實驗室目前正處於無人值守狀態，此次「天舟快遞」上搭載的貨物，除了推進劑以外，都不會有人簽收。

天舟一號採用了全封閉構型的貨倉

基於中國航天一貫的艱苦樸素精神和發掘任務潛力的能力，天舟貨運飛船高達6.5噸的上行運載能力當然不會因為沒人收貨而被浪費掉。

根據相關報道，天舟一號上共搭載了涉及空間環境探測、力學環境測量、生命科學實驗這三個大方面的四十個實驗設備。在預計為時三個月的在軌期間，這四十個設備將開展十三項各方面科學實驗。尤其值得一提的是，由於天舟一號的貨倉採用了全封閉的設計，具備載人級別的環境控制能力，它非常適合被用於開展常壓微重力條件下的空間生物學實驗。

蘇聯早期的生物衛星

說起空間生命科學研究，我國只能算是個新秀。

為了探尋空間極端環境，尤其是失重及宇宙射線對高級生命活動的影響，早在20世紀五十年代後期，蘇聯和美國就相繼發射了數枚搭載了大鼠、狗、猴子等哺乳動物的生物衛星。而在載人航天技術相對完善後的七八十年代，美國和蘇聯又相繼在各自的載人飛船和空間站內（如美國阿波羅飛船，天空實驗室，蘇聯禮炮和和平號空間站）進行過多種較為複雜的空間生命科學實驗。

90年代初期，我國也曾經利用尖兵系列返回式衛星進行過哺乳動物太空生存實驗，但受限於當時的技術水平，這項實驗最終以失敗告終。

但即便是美蘇兩大航天強國，受困於自動化生物實驗系統、小型化檢測設備的匱乏和大量數據傳輸的技術難度，在這一階段內的空間生命科學研究也只能以細胞或組織的靜態培養為主，而且實驗數據的採集高度依賴於載人飛船和返回式衛星的載貨下行能力。很不幸的是，飛行器的再入過程又往往伴隨著超重、高溫和劇烈擾動。這些干擾性因素都降低了實驗樣本表現的可靠性，也使得這一階段的空間生命科學實驗很難提升到能和地面實驗相提並論的水平。

隨著國際空間站的逐步建成，這樣的尷尬局面很快有了改觀。相比之前的禮炮和天空實驗室，國際空間站不僅空間充足，而且在設計時就已經考慮到了較為複雜生物實驗裝置的安裝位置。這些特質使國際空間站成為了迄今為止獨步天下的空間生物實驗平台。其中最典型，也是最出名的，就是下圖中的微重力科學手套箱。

宇航員在微重力手套箱中進行實驗操作

這樣的設計不僅簡化了箱內實驗載荷的替換程序，也從物理上隔絕了可能存在污染源的試驗區和箱外相對潔凈的生活區，更讓航天員實際參與進這些微重力實驗成為可能。

有人參與的空間生物實驗相配套的實驗輔助設備，在這一階段也出現了迅猛發展。目前美國航天局及相關實驗室已經開發出了失重環境專用的移液槍、加樣器、除泡器、PCR（DNA擴增）儀以及可便攜的熒光檢測設備（如下圖所示）。利用這些技術，科研人員完全可以在國際空間站中進行簡單的分子生物學實驗，這對於檢測生物體在空間生存過程中的基因變異尤其重要。

國際空間站使用的生物實驗器材

與此同時，地面上的生物感測系統也在進行著革命性的發展。尤其是近15年來，各種可編程的生物微流控系統層出不窮。由於這些微流控晶元中有很大一部分是由液泵或電機驅動，並不完全依賴地表重力，它們的出現也從側面推進了空間生命科學技術的發展。

國際空間站上搭載的一個不是很典型的微流生物反應器

相對美俄英法等國際空間站項目的參與國而言，中國的空間生物學研究則長期停留在如空間育種這樣隨機性相對較高且科研價值較低的領域。這一方面是由於我國載人航天項目起步較晚，對人員長期空間駐留相關的生物研究顯得並不十分緊迫，另一方面也是由於我國航天界曾長期處於運力有限的狀態，並不十分充裕的火箭運力要優先滿足國防等高新技術試驗任務。

隨著我國載人航天項目的發展，航天員空間駐留時間也不斷加長，與人在太空長期駐留有關的生命科學實驗所受重視的程度也在不斷地提高。2016年4月，我國利用一顆改造過的尖兵返回式衛星進行了實踐十號空間科學實驗任務，令人激動的是，其中就大量涉及了我國長久以來沒有涉足過的空間生命科學實驗。

上圖為實踐十號返回式衛星結構，下圖為實踐十號搭載的生命科學相關載荷

實事求是地說，實踐十號上搭載的生物實驗設備並沒有很令人驚艷。其中大部分的實驗仍然是在近地軌道上利用失重環境進行特殊條件下的細胞和組織培養並顯微觀察細胞形態，絕大部分項目仍以採集隨衛星返回後的生物樣本為最終目的。經過查閱相關資料，實踐十號任務似乎也沒有採用國際上較新的自動化實驗方法。

但無論如何，受益於小型化顯微檢測技術和天地通訊技術的發展，本次任務仍然取得了如實時觀測失重狀態下小鼠的胚胎髮育等意義比較重大的科學成果。

實踐十號上進行的一部分空間生物學實驗

萬事開頭難，哪怕實踐十號邁出的第一步並不驚天動地，但它也標誌著我國的空間生物實驗技術走入了進步的快車道。本次發射的天舟一號，就可以作為這種進步的一個例證。

由於天舟一號貨運飛船既不載人也沒有貨物下行能力，這就要求上面搭載的實驗載荷必須具備在太空自動化運行並且長期讀取實驗數據的能力。據報道，本次搭載的載荷中也有利用了微流控技術進行在軌細胞培養、觀察、分析的高度集成自動化的實驗設備。這就意味著相比實踐十號而言，本次天舟一號的所攜帶的生物實驗載荷的含金量要上了一個大台階。

隨著我國空間站項目的不斷推進，航天員也將由在軌中期駐留走向長期駐留。屆時，不僅進行有人參與的更為複雜的科學實驗成為了可能，航天員的身體本身也將成為研究的對象。

現如今，針對航天員的醫監醫保系統，只能進行如心跳、體溫、血壓、呼吸、血糖這些較為簡單的測試。這對於較短期的駐留來講也許將將夠用，但如果有人需要在太空長期生存，誰能保證在這期間一定不得病呢，總不能把航天員的血樣也寄回到地面上進行檢測吧。也許到那個時候，一個針對太空人的血相快速檢測系統就會應運而生。

相信在不遠的將來，在天宮空間站建成的那天，我國的空間實驗技術也能繼續現在快速進步的趨勢，再上一個台階，並擁有一個可以和國際空間站匹敵的空間實驗平台。我願意相信，到了那個時候，我們也能做出不少可以獨步天下的空間生命科學實驗成果。

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