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中國太空探索的汪星先驅者:小豹、珊珊

狗是人類忠實的朋友,它們喜歡與人親近,樂於接受人類的訓練、掌握各種技能,還具有敏銳的聽覺和嗅覺,因此除了作為寵物被飼養外,它們還常常會幫人類承擔一些方面的工作。我們熟知的警犬、導盲犬、搜救犬等,都是汪星人中的"專業工作者"。在人類征服太空的過程中,汪星人們同樣肩負起了探路者的重任,為搞清太空飛行對生物體產生的效應問題做出了自己的貢獻。世界上第一隻進入太空的動物,就是前蘇聯的太空狗萊卡。相比於大名鼎鼎的萊卡,曾經投身於中國太空探索事業的「汪星人」小豹、珊珊的故事,就很少有人了解了。雖然搭載小豹、珊珊的探空火箭的飛行高度,並沒有超過人們公認的100公里高度的太空邊界。但它們先於宇航員承受了火箭飛行中的超重、失重和震動,為空間生物學研究和空間生命保障系統的研製提供了資料與經驗,為之後開展載人航天工程做了準備。在狗年到來之際,就讓我們一起重溫它們的飛天故事吧!

座駕——T7探空火箭

1958年,毛澤東主席提出了「我們也要搞人造衛星」的號召。中國科學院隨即成立了581組,負責人造衛星的研製工作。起初,科研人員們極富熱情地計劃衛星在國慶10周年時發射,並為此不分旦夕地勤奮工作。然而,受當時我國整體科技工業水平和綜合國力的限制,中央領導在1959年初指示「衛星明年不放,與國力不相稱」。根據中央指示,中科院調整了空間技術計劃,提出了「大腿變小腿,衛星變探空」的工作方針,將探空火箭的研製作為先行工作,為將來研製衛星進行練兵、打好基礎。

探空火箭的飛行高度一般在50公里-1500公裡間,以近似拋物線的軌跡飛行,類似於一個未能當空爆炸的竄天猴或二踢腳。探空火箭發射升空後,並不會像運載火箭一樣將載荷送入環繞地球的軌道,而是在下降過程中將攜帶的科學儀器等效載荷彈出,利用降落傘等氣動減速裝置安全降落到地面回收。探空火箭可以在飛行過程中探測火箭所在位置的中高層大氣和電離層的各類參數,獲得整個飛行路徑上從低到高的物理參數分布。由於大氣層的遮擋,天體輻射的X射線和紫外等波段的信號難以到達地面。當探空火箭飛出大氣層後,在沒有濃密大氣遮擋的情況下,還可以探測這些波段的信號,為太陽物理等學科的研究提供一手資料。

探空火箭的飛行高度,處在探空氣球的飛行高度之上、探測衛星的軌道高度之下,因此在空間探測中能夠發揮其獨特的作用,至今仍被廣泛應用。此外,由於探空火箭對軌道精度的要求相對運載火箭要低,因此設計製造相對簡單,常作為航天技術的先行試驗工具。美國在使用運載火箭發射衛星前,就曾試射過多顆 Aerobee 探空火箭,還利用這種火箭將老鼠、猴子等動物發射到了高空中,研究火箭發射過程中動物們的生理指標情況。

中科院研製的 T7 型探空火箭,是一種能探測60-80公里以下的大氣溫度、氣壓、風向、風速的空間探測系統,由當時的中科院上海機電研究院、自動化研究所和581組等單位共同完成研製任務。這種起飛重量在一噸左右的探空火箭,在上世紀六十年代總共進行了二十多次發射,最高發射高度達到了312公里。而搭載「小豹」和「珊珊」的,是 T7 火箭家族中特別為兩位汪星人定製的 T-7A(S2)型生物探空火箭。

百里挑一的實驗狗

正所謂「術業有專攻」,那些對火箭、衛星十分在行的科學家和工程師們,面對動物研究就無能為力了。探空火箭的生物實驗,是由中科院生物物理所的科研人員負責完成的。起初,他們讓白鼠乘坐火箭上天,取得了一些成果。但是,要想更好地模擬人類,就必須尋找一種各方面更接近人的動物。科研人員們自然地想到了讓人類的近親猴子上天。然而猴子天性好動,難以進行測試訓練,在買猴回實驗室的過程中曾發生過猴子大鬧公共汽車、眾乘客一齊捕猴的鬧劇,在實驗室中,猴子更是多次掙脫束縛,在實驗室里上躥下跳,讓研究人員們哭笑不得。

最終,身形比白鼠更大又更容易訓練的狗取代猴子,成為坐火箭上天的動物。實驗人員從馬戲團等處搞來一些易於訓練的狗後,在實驗室中繁殖出了一支由一百多名汪星人組成的狗群。「小豹」和「珊珊」就是從這些狗中脫穎而出的。

只有經過嚴格的選拔,參加實驗的動物才能承擔飛行實驗任務。對於「飛天狗」,首先要求它們顏值要高。具體標準是:身體小巧,毛色富有光澤且緊貼身體,鼻子較短粗,眼睛圓而大,無分泌物,鼻部濕潤,臉部口、鼻、眼的位置分布勻稱,長相順眼,樣子漂亮。這條標準淘汰了百分之五十左右的備選者。然後,還要求飛天狗情商要高,它們必須是性格活潑,親近人,不怕陌生人。對新環境、新刺激感到新異,有明顯的探究反射,而沒有消極的防禦反應。有些狗的性格比較差,膽小、見不得人、咬人、與人疏遠、對新環境適應慢,甚至狂叫,這都不符合要求。在挑選飛天狗的過程中,曾有科研人員感慨說,這比給人找對象難多了。

而對於完成飛行實驗來說,能夠忍受飛行中的惡劣環境是最重要的要求。在地面測試中,研究人員將實驗狗們置於隔音室內,以一百多分貝的強度播放火箭發動機工作的雜訊,那些在測試中情緒崩潰,亂跑亂撞或狂叫不已的實驗狗都會被篩選掉,再加上其他如加速度、振動、旋轉、溫度等各種適應性考驗,都會淘汰一大批不合格的動物。在經過這樣的層層篩選後,兩歲多的小豹和三歲多的珊珊脫穎而出,被選中執行火箭探空任務。

勇士也會流淚

兩隻小狗被運抵位於安徽省宣城市廣德縣的603基地後,準備分別搭乘兩枚火箭執行任務。1966年7月15日,小豹被裝入火箭頂部為它們準備的生物艙,準備開啟它們的高空飛行之旅。在生物艙中,布置了觀察小狗呼吸、血壓、心電和溫度四大生理指標的儀器。研究人員們希望搞清楚在飛行中的超重和失重階段,狗狗們的這些生理指標將會如何變化。

然而,在發射即將進行時,一個意外卻發生了。平時十分乖巧聽話的小豹,在進入生物艙中後突然變得十分狂躁,在那裡又哭又鬧。如果小豹以這個狀態上天,不但不能正常進行測試,小豹在掙扎過程中還可能弄斷已經附加了相關測量設備的頸動脈,從而危急生命。情急之下,發射指揮部緊急召回了已經撤離到附近山坡上的小豹專職飼養員。這位名叫趙秀花的姑娘,當時剛剛21歲。在所有的參試人員中,她和朝夕相處的小豹感情最好。指揮部希望她能安撫小豹的情緒,讓發射能夠繼續進行。

飼養員要想見到小豹,必須徒手爬上發射架。這位放到今天可以自稱寶寶的飼養員,平時連樓頂都很少上,面對高聳的發射架自然非常膽怯。但為了實驗成功,她頂著內心的恐懼爬了上去。在生物艙門口,趙秀花見到了眼裡含著淚水、不停哭鬧的小豹。原來,小豹的情緒波動源於發射前受到的驚嚇。小狗進入生物艙前,首先由吊籃吊到發射塔頂端。吊籃是鏤空的,從半空中能看到地面越來越遠的景象。起吊時,各種機器還會發出各異的雜訊,這些都是勇敢的小豹從未訓練過和經歷過的陌生環境。從發射前生物艙內記錄下來的數據看,小豹的血壓和心率已經明顯升高,充分證明它已經受到了驚嚇。

飼養員見到小豹的委屈模樣,自然十分心疼。她一邊呼喊著小豹的名字,一邊輕輕撫摸安慰它。而小豹見到平日里最親近的人後,像迷路的孩子終於見到了母親一樣,慢慢地平靜了下來,乖乖地讓人們將它固定在了生物艙中。在檢查火箭和小狗的各項參數均沒有問題後,T-7A 探空火箭騰空而起,將小豹送往高空之中。在二十多分鐘的飛行過程中,小豹坐高承受了最高12.3 G 的超重。對儀器數據的分析表明,在飛行過程中,小豹的各項生理指標雖然有不小的波動,但均屬於正常的、短暫的和可逆的生理反應。在飛行結束後,生物艙在距離發射場40公里的地方安全著陸,由空軍派出的直升機部隊及時尋獲帶回。試驗取得了圓滿成功!

隨後,珊珊也乘坐火箭進行了一次同樣的飛行,但由於飛行過程中火箭的震動過大,使得儀器沒有返回可用的數據。好在這個問題並沒有影響到珊珊的生命安全。小豹和珊珊凱旋後,受到了英雄般的禮遇。在貝時璋先生的陪同下,它們受到了中國科學院郭沫若院長和張勁夫書記的親切接見,獲得了應得的榮譽。

來源:中國科學院國家空間科學中心

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