♦文編／謝新

4月6日，大陸酒泉衛星發射中心，長征二號丁運載火箭成功將中國大陸科學衛星系列第二顆星——實踐十號返回式科學實驗衛星送入太空。

實踐十號衛星搭載著19項創新性的科學實驗，相當於把一個綜合性的實驗室搬到了太空。這個實驗室有多牛？大陸科學家們為我們揭秘。

揭開被重力掩蓋的科學秘密

對科學家來說，宇宙空間是一個很好的實驗室。地球上的物理現像，都受到地球重力的制約，比如浮力、沉降等。在微重力，也就是通常說的「失重」環境下，能觀察到很多地球上不可能觀測到的獨特現像。

「極端物理條件下，物質的運動規律、物理化學過程、生命過程等都可能會發生變化，這就意味著重大科學突破的可能。」實踐十號衛星首席科學家、中科院院士胡文瑞說。

大陸是繼美國、俄羅斯之外第三個掌握返回式衛星技術的國家，實踐十號是大陸發射的第25顆返回式衛星。「也是首顆大規模實施無人空間微重力實驗的返回式科學衛星。」中國航天科技集團五院實踐十號衛星工程總設計師唐伯昶說。

「從上世紀80年代後期，大陸就開始利用返回式衛星做微重力科學實驗，但都是搭載在其他用途的衛星上。實踐十號是第一顆專門為進行微重力科學和空間生命科學研究而發射的衛星，對科學研究來說，機會十分難得。」胡文瑞說。

他說，近年來，微重力環境是各國研究的焦點領域。人類要走向太空，就必須研究微重力環境下物質會發生哪些變化。而科學家們的一些理論猜想，也只有到太空微重力的環境下，才能進行實驗驗證。

具備比空間站更好的微重力環境 

為開展微重力研究，科學家們嘗試在地球上模擬微重力環境，比如利用幾十公尺、幾百公尺高的落塔或落井、拋物線飛機和探空火箭。實踐十號科學應用系統總設計師康琦說，「長時間的空間科學實驗需要利用科學衛星、航天飛機、空間站進行，與地面微重力實驗互為補充。」

大陸將在2020年前後開始空間站的建設，為什麼還要發射科學衛星呢？胡文瑞解釋說，空間站有實驗時間長、可以有人參與等優勢，但殘餘重力、機械動力和人的活動干擾可能給實驗結果帶來影響。實踐十號衛星是專門為微重力科學和空間生命科學而設計的衛星，將為實驗提供更好的微重力環境和其他條件。

一是衛星的微重力水平可更高，是地球表面重力的10－6g，而太空站上僅為地球重力的10－3g；二是它的機動性高，比如這次要進行的胚胎實驗可以在發射前8小時才裝到衛星上，縮短在地面停留的時間，如果搭載在載人飛船上就做不到這一點，而且返回式科學衛星在實驗完成後就可以及時回收，這是空間站做不到的；三是科學衛星風險小，且造價大大低於建設一個空間站。

絕不重複別人的實驗

胡文瑞介紹，實踐十號搭載的19個實驗項目是從200多項申請中脫穎而出的，按照創新性、可行性、必要性等科學標準，經過嚴格遴選、反覆論證，涵蓋微重力流體物理、微重力燃燒、空間材料科學、空間輻射效應、微重力生物效應、空間生物技術6大領域。

「我們絕不會重複別人的實驗。」胡文瑞說，「所有實驗任務都是全新探索，每一項科學實驗均具有創新性，有很強的科學研究價值，有望獲取具有國際先進水平的、具有自主知識產權的重大科技成果。」

胡文瑞介紹，目前世界上只有俄羅斯和大陸把返回式衛星技術運用到科學衛星上。實踐十號搭載了19項科學實驗任務，涉及28項科學實驗研究，是迄今為止單次空間微重力和生命科學實驗項目及種類最多的衛星任務。

康琦說，實踐十號設計壽命為15天，返回艙在軌飛行若干天後將返回地球，而留軌艙將繼續在軌工作3到5天。實踐十號衛星整體為柱錐組合體形狀，高約5.2公尺，直徑超過2公尺。19個實驗載荷分別裝在29個鋁合金箱子裡，總共近600公斤。

「實踐者」上天要幹4件「大事」

1.揭示鼠小弟胚胎細胞在太空能否發育？

隨著人類走向太空，未來，哺乳動物能在太空正常繁衍嗎？為了回答這個疑惑，實踐十號把小鼠早期胚胎帶上了太空。它能否在空間環境下正常分裂、發育？其發育過程與地面有哪些不同？

「我們以小鼠細胞胚胎為研究對像，對其進行培養並顯微實時跟蹤觀察，看它在微重力環境中能否繼續分裂到8個細胞、16個細胞……觀察在微重力情況下，哺乳動物胚胎能否和在地球上一樣正常發育。」中科院動物所研究員段恩奎說。

日本研究人員幾年前發表報告稱，在太空微重力等環境下，哺乳動物正常的胚胎發育可能會受到阻礙，因此哺乳動物要在太空繁衍難度較大。中國將利用返回式科學實驗衛星，揭示空間環境條件下動物早期生命活動規律，為未來長期太空飛行中保障人類生殖發育健康提供科學依據。我們還有望在世界上首次獲得空間小鼠早期胚胎是否能發育的實時攝影圖片。

2.向太空火災說「不」，確保空間站安全！

載人空間飛行過程中，存在多種威脅航天器和航天員安全的潛在風險，其中航天器艙內火災事故是最嚴重的一種。微重力環境比地面更容易著火，而且著火點不易發現，很難撲滅。俄羅斯的和平號空間站、美國的阿波羅號飛船都有過慘痛教訓。這次「實踐者」要做的另一件「大事」，就是為今後載人空間飛行探索更安全的防火規範和材料選用、使用規範。

實踐十號衛星科學應用系統總設計師康琦介紹，將來建空間站，沒有這方面的研究和防火標準，後果不堪設想。

3.太空輻射性強，航天員如何艙外實驗？

太空環境中，既有太陽耀斑和日冕物質拋射時產生的太陽高能粒子，也有長期存在的能量高、穿透性強的銀河宇宙射線，即使是數十釐米的鋁板也難以防護。這次實踐十號搭載了3個生物輻射盒，攜帶了水稻種子、擬南芥種子和線蟲等樣品，研究空間輻射引起生物基因組變化和空間輻射損傷的分子網絡調控，建立輻射風險評估體系，為大陸空間站輻射評估和防護提供基礎。

實驗項目組負責人杭海英介紹，實踐十號開展的實驗，以小鼠細胞和果蠅為樣本，定量研究空間輻射對基因組穩定性方面的影響，就是希望解答在微重力環境下，輻射對人體基因組損傷的問題。

4.煤炭微重力條件下能實現「冷焰燃燒」？

美國空間站十大成果之一，就是通過棉花團點燃觀察到「冷焰燃燒」，而這一低溫狀態下的燃燒是地面無法看到的。胡文瑞院士介紹，此次「煤燃燒及其污染物生成實驗」也期待看到微重力條件下煤的「冷焰燃燒」實驗效果。

實驗將選擇2至3種大陸典型煤種，在實驗裝置中點燃，觀測不同爐溫、不同煤種、不同粒徑和環境氣體成分條件下的單個球形煤顆粒和煤粉顆粒群的燃燒全過程，記錄下單顆球形煤粒火焰形狀、顆粒表面變化、揮發和釋放現像及其變化規律等。康琦說，煤炭是中國大陸能源的主力。在微重力環境下進行煤燃燒實驗，則可以避免浮力、熱對流等因素干擾，有望獲得一些地面無法得到的基礎數據，對幫助人類更好利用煤炭資源有重要意義。