拓展人类生存空间-第2章
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比如说我们说太空里头是没有空气的，但是在居住舱里头应该有一个大气压，就跟我们地面一样的这样一个环境，它的温度的控制、湿度的控制，还有氧气供应，作为一个长期载人来讲，要能够把二氧化碳自动地转化为氧气，再循环使用，这个工作我们国家的863关键技术攻关里头已经完成了。
还有像在太空里头用水也是非常非常宝贵的，美国人曾经算过，往太空送一公斤水，用航天飞机的话，需要几万个美元，它是非常珍贵。所以在长期载人的情况下，就要解决，能够把废水变成饮用水这样一个技术，这个我们国家也已经完成，甚至就是把尿可以转换成再饮用的水来，这个工作我们已经做过。
还有你像乘员分系统里头，它有保证宇航员洗澡的设备，在俄罗斯的和平号空间站里头，它是给你准备了湿巾纸，一包一包，打开擦一擦，但是美国人好像觉得不满足，它在航天飞机里头它有专门的淋浴设备，它有一个像一个塑料罩一样把你罩起来，里头有淋浴，这都是属于环境控制与生命保障和乘员分系统。
那么我还要介绍一个就是导航制导与控制。这个在一般的无人航天器里头，比如卫星，主要是用来控制它的轨道、姿态，甚至它的比如说相机的镜头等等。那么在载人航天器里头，他要做更加复杂的这样一个工作，它就叫做交汇对接，这个在我们专业的研究生里头都曾经参与过这方面的研究。交汇对接是太空里头最困难的一个控制过程，那么我们想象一下，一个飞船正在轨道上飞行，每秒的速度可能是七八公里。那么一个航天飞机要把一个宇航员送到它里头去，那么航天飞机也要进入同样的轨道，给它以差不多的速度在飞行，两个都在高速飞行的情况下，慢慢地接近，然后要对接在一起，然后双方才能够把舱门打开，互相走动、互相访问，所以这个过程是非常复杂的。要能够进行稍微长期一点儿的太空飞行，必须要完成这个任务。而且为了航天员的安全，如果一个航天器出故障，另外一个航天器要去救它，必须要掌握这个技术。所以我们现在讲的导航制导与控制这个系统，会完成一个非常复杂的太空活动。
还有我们要介绍一个就是，热控系统。我们生活在地面，它是包围在一个很厚的大气层里头，它起到热冷交换的这样一个作用。那么在太空里头，因为舱外几乎没有空气，所以冷热的交换就非常困难，就是说你要把热量排出去这就不太容易。所以这也是一个比较困难的课题，要在舱里头把热和冷，给它按照需要搬来搬去，这个在863的关键技术攻关里头都是有研究。
我想简单地把载人航天器里头的三类给大家介绍一下。一个是飞船，一个是航天飞机，一个是空间站。就是说目前能够在大气层外载人的是这三种。
飞船基本上它是跟返回式卫星在技术上比较接近。它是用火箭发射到太空，然后在地球轨道上运行一段时间，一般是不超过七天，然后再进入大气层，用降落伞和缓冲着陆装置来降落。所以我们从技术上来讲，它跟返回式卫星相差不大，当然返回式卫星是不载人的，所以飞船还有很多高难度的动作在里头。
飞船它可以往天地之间运送货物和人，它可以有载人舱，还可以有留轨舱，还可以有科学实验舱等等，有不同的舱段。东方一号载人飞船，宇航员所能够待的空间是非常小的，比一个汽车驾驶室还小得多，是很难受的。好在它只上去转了几圈就回来了。
前苏联的第二个飞船上升号，就要前进一步了，宇航员可以通过一个口出来在太空活动，它是通过一个线牵着，这个线既给他供应能源，同时也防止他不至于飘走。
航天飞机，它是以火箭发动机为动力，具有飞机外型的这样一个载人航天器，所以它跟飞船是绝对不一样的。它在上升的时候也是靠火箭的推动，然后进入空间轨道以后，它会像飞船、卫星一样，绕着地球运行。然后它回来的时候，它是像飞机一样穿过大气层，水平降落。所以我们讲，航天飞机实际上是火箭、卫星和飞机三个的综合物，把这三个东西综合在一起，就是一个航天飞机。它上升的时候就是一个火箭，在空间的时候像卫星一样，回来的时候就像飞机一样，而且它是可以重复使用。所以它要比飞船的技术难得多。
空间站跟这两个东西又不一样。空间站跟飞船的区别是什么呢？它是不回来的。它的任务就是在太空建一个岛，就是一个太空岛。它小的时候可以是一个舱把它发射起，大的时候可能会要几十次发射，在太空中组装，来形成一个巨大的系统。然后什么时候寿命到了，就像和平号一样，在人的控制下坠毁，它不再回来了，这就是空间站。
我们看一下俄罗斯和平号空间站的照片，这个是美国航天飞机给它拍的，它在太空中运行了十五年，它的太阳帆板，已经被太空碎片给撞击得破破烂烂，破烂不堪，但是它确实是一个很了不得的成就，设计寿命只有三五年，但是它运行了十五年，做了很多实验，在一些公开的刊物里头我们都能够看见。
我们可以观察一下美国航天飞机跟俄罗斯空间站在太空对接的这样一个情况，这也是一个标志，就是标志美俄两国太空合作的开始。因为什么呢？本来俄罗斯在和平号之后还有一个和平二号空间站计划，由于经费的原因就搁浅了，在这个时候，美国就把它拉到自己的阵营里头，就是由美国来牵头，由十几个国家，包括俄罗斯参加的一个庞大的新的计划，叫做国际空间站计划，在1993年开始启动。1998年就开始发射，这个国际空间站，它的设计寿命为十年，它的大小比一个足球场还大，就是长110米，宽87米，重量也差不多有400吨，要经过50多次发射，在太空组装，这是一个难度非常高的过程。我们想象一下，这样一个东西，它不经过地面实验，因为它没有机会在地面实验，它是由不同的国家，在不同的时间里头，把它在地面制造好，然后分期送到空间，在空间再组装起来，然后还要保证它能够很好地运行，所以这个确实对人类是一个巨大的考验。它不像我们造一个飞机，造一个什么机器，我在地面试验好多次，最后成功就是成功了。它是一锤子买卖，必须成功。
袁建平：我们下面介绍一下空间站的应用和前景。空间站的应用是推动载人航天发展的一个持续的动力，如果它没有什么用处，仅仅是好玩。那么不管哪个国家花这么多钱，都是不合算的，或者说也就是一时的，不可能长久的。另外，它的应用都是科学家坐在地面上想出来的，就是说很多还没有真正地实施，这些应用还远远没有达到它应该有的那个程度，所以我希望我在这儿介绍完以后，我们在座的青年学生和电视机前的观众，能够参与到这个研究工作里头去，你可能会提出更加奇妙的新的想法。就目前来看，科学家提出的研究工作主要集中在两个方面。一个是微重力科学试验，就是说在微重力这个环境下，我们能够做些什么事。还有一个，就是空间观测，它包括在空间对地观测和对天观测，就是观测深空。
科学家认为，在太空这样一个环境里头所提出的这些实验，很有可能在一些科技的前沿产生突破和飞跃。我们在地面认识不清楚的一些事物，在空间可能会迎刃而解。
首先是生命科学。生命科学目前包括了两类，一个是人体生命科学，一个是重力生物学。
人体生命科学包括人的大脑、神经、骨骼、肌肉，在微重力条件下的一些表现。通过航天飞机的实验已经发现，就是人在太空如果待一个月，它的骨质损失1％，也就是说你这个骨头长期，不承载重量，这个骨头就变软了，肌肉也会萎缩，还有就是说在微重力情况下，这个血液就会往上冒，往头上冒，就会产生什么高血压、平衡失调等等这些病。通过在太空中对这些病的研究，可能会给我们地面上患这些病的病人带来福音。包括骨质疏松症、高血压，等等这些病人。所以我们认为是非常有意义的一个事情。
重力对生物的影响，主要是它的生长和发育过程，和平号空间站已经完成了小麦从育种到成熟的整个发育过程。因为我刚才提到，在太空里头，一天可以看到十六七次日出和日落，这就是说你的生命是不是要加快，植物和动物的繁殖、生长是不是一定要加快？特别一些细菌，等等。所以在微重力环境下，这些植物是什么样的表现，这是科学家急于想了解的。
微重力科学里头，第二个就是生物技术。我们知道现在生物技术已经是一个非常热门的技术，生物技术里我们主要考虑的一个是蛋白质晶体的生长，一个是组织、细胞的培养。因为当前的生物技术，已经使制药工业进入到分子级的水平。也就是科学家将是面对分子这样一些东西进行研究。那么就需要培养出结构质量好的大块的晶体来。我们知道，在地面培养一个晶体是比较困难的，就是说要求它纯度很高的时候就比较困难，但是在太空里头，因为它克服了（重力），就是说没有重力，不存在对流、沉淀等现象，晶体的生长就纯度高、个儿大，我们可以通过一个照片来比较，在一个比例尺相同的情况下，太空培养的晶体就是跟地面是不一样的。
那么航天医学也是它研究的一个课题。当然它除了对宇航员在太空里头健康状况进行监测以外，现在德国宇航员把它发展成了一个遥医学，就是远距离诊断系统。因为宇航员在天上，不可能有医生老跟着他，他研究出一个背心，这个背心里头就埋入了各种传感器，来测量你的，比如心脏跳动、血压、呼吸，甚至于皮肤等等。它把这个东西拿到地面上，给那些老人、小孩，病比较重的，随时需要监测的给他穿上，一有情况变化就会发信号。同时还可以用在边远地区，就医不方便的地方，也可以使用这种东西。
还有一个研究方向是流体物理，我们知道流体是有体积没有形状的，原因就是重力的影响。在太空微重力的环境下，它既有体积也有形状。一个水珠，让它是圆的，就是圆的，你让它是扁的就是扁的，它流动的很多特性就可以让科学家把它认识清楚。比如说液体的毛细作用这个现象，在地面是一个微不足道的现象，但是在太空，它实际上是流体移动的一个主要的方式。所以这个原理就被用在航天器的液体燃料的管理上，美国的大力神火箭就用了这样一个原理。
下面我要谈的是燃烧科学，也是在微重力情况下的燃烧科学。因为燃烧是对人类非常有价值的一个研究领域，全球大约有85％的能源来自于燃烧，不管是燃烧煤还是石油，但是燃烧也是世界上引起污染的一个主要的来源。而且它还破坏生态平衡。燃烧科学的任务就是了解燃烧的机理，控制燃烧过程，寻求最佳的燃烧方式。
从钻木取火到现在有多少年说不太清楚，但是对于燃烧科学这个研究工作，也就是一百多年。一百多年来，科学家在燃烧里头投入了很大的精力，但是到现在为止还没有一个非常精确的完整的，能够描述燃烧过程这样一个数学模型。原因是什么呢？就是你观察不到非常稳定的燃烧过程。我们�
