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為載人火星飛行探路的“火星鼠”
（2005年02月16日 22:18）
來源︰《太空探索》雜志
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□作者: 吳國興
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20世紀最壯觀的載人航天工程是“阿波羅”載人登月，21世紀最壯觀和最宏偉的工程則是人類登上火星。登上火星已經不是遙遠的夢想，而是一項實實在在的計劃。我國是航天大國，當然不會袖手旁觀，我們一定會在火星上建立中國的探險基地。今天的青少年朋友，明天就將擔負起這一歷史的重任，你們中有的人可能就是登上火星的中國第一批航天員。本刊將在新的一年中系統介紹人類火星飛行的各方面知識，包括為火星飛行探路的“火星鼠”、如何飛往火星、結構復雜的火星飛船、什麼人能當火星航天員、充滿危險的火星環境、火星前哨站、在火星上生活、先進的火星服、火星上的溫室、火星上的生命保障系統、永久性火星基地和火星環境改造。
正當“勇氣”號和“機遇”號在火星上進行緊張探測的時候，美國和澳大利亞的三所大學宣布，他們要在2006年聯合將15只老鼠送上太空，為未來的載人火星飛行探路。不過這些老鼠並不到達火星，它們只是乘坐生物衛星在地球軌道上運行，但衛星上有人工重力，這種人工重力相似于火星的低重力，因此它們將體驗到火星上的低重力環境。如果這項實驗獲得成功，即可知道未來人類能否在火星上長期生存或定居下來。
用老鼠研究火星低重力
用生物衛星研究火星低重力的計劃名為“火星重力生物衛星計劃”，是2001年8月由美國火星學會發起的，是一個以大學教師和學生為主體的國際合作研究計劃。參加該計劃的大學包括美國的麻省理工學院、華盛頓大學以及澳大利亞的昆士蘭大學。該計劃的主要目的是研究0.38g的火星低重力環境對哺乳動物的生理影響。地球是1g重力環境，火星是0.38g的低重力環境，而在太空飛行時飛船上是微重力環境。科學家目前還不知道，這種低重力環境是相似于地球的重力環境還是相似于太空飛行的微重力環境？經過40多年的載人航天，科學家對于太空飛行的微重力環境已經有了比較清楚的了解，微重力對航天員的骨骼肌肉系統、心血管系統和神經前庭系統能產生嚴重影響，但不知0.38g的低重力環境是減輕了這些影響還是加重了這些影響？
另外，如果將來在火星飛船上有人工重力，這種通過旋轉產生的人工重力能否有效減輕微重力的不良影響？在長達3年的火星探測中，航天員有兩年時間是在飛往火星和返回地球的途中度過的，在這段時間，航天員是處于微重力的作用下。如果火星飛船上有人工重力，這種人工重力能否確保航天員的健康和安全？特別是這種人工重力是靠旋轉產生的，長期的慢旋轉對人體的生理和行為是否又提出新的問題？
“火星重力生物衛星計劃”的目的就是回答這些問題。不過這些問題過于廣泛，該計劃提出6個更有針對性的重點研究課題︰（1）在低重力環境下骨骼脫失礦物質的程度，特別是發生骨折的風險有多大？（2）骨骼結構在宏觀和微觀兩個方面有何變化？（3）在主要肌肉群中發生萎縮和肌力減弱的情況；（4）肌縴維的結構和組成在宏觀和微觀上的變化情況；（5）神經前庭反射發生改變的程度；（6）前庭器官的微觀結構發生變化的程度。
火星鼠在天上的生活待遇
“火星重力生物衛星計劃”的衛星與一般的衛星不同，這種衛星不僅要能保證老鼠活著上去和活著返回， 而且衛星上還要有人工重力。為了產生人工重力，衛星必須以每分鐘34圈的速度進行旋轉，從而產生0.38g的低重力環境。
生物衛星重400千克，被發射到360千米高的軌道上運行5周左右，返回時用降落傘將返回艙軟著陸在澳大利亞的沙漠地區。這顆生物衛星上裝有15只老鼠，衛星的最大特點是為每一只老鼠設立一個小的“房間”，“房間”內有各種各樣的監測裝置和分析儀器︰每個“房間”內都有一台微型攝像機，以便研究人員對老鼠的活動隨時隨地進行觀察；“房間”內飲水裝置，可以記錄每只老鼠每天的飲水量；在“房間”的下方是廢物收集裝置，除收集糞便外，還可以進行尿分析，通過這種分析可以知道老鼠的骨骼礦物質脫失情況；身體質量傳感器，可以定期測量老鼠的質量，供研究人員了解老鼠身體質量變化的全過程；最有意思的是每只老鼠都有一些玩具，如供啃咬的小木塊，供跑步用的小管道和滾輪等。每只老鼠每天在“房間”內可以跑幾千米，這樣既可供老鼠玩耍，又可以對抗低重力引起的肌肉萎縮。
在15只老鼠中不僅有一些雌性鼠，而且還有懷孕的雌鼠。也就是說這些雌鼠將在太空中生下小鼠，這些小鼠將在低重力環境中出生、長大和成熟。迄今為止科學家還不知道低重力環境對哺乳動物生長和發育的影響，而且也沒有人用哺乳動物在太空中進行過這樣長時間的實驗和研究。
大學生踴躍參加實驗
三所大學中有250多名學生參加該項實驗，這些學生來自不同專業。三所大學各有不同分工，其中麻省理工學院負責鼠“房間”和生命保障系統的設計和研制，同時還負責整個計劃的組織和協調；華盛頓大學負責生物衛星的電力系統、推力系統、姿態控制系統、溫度控制系統和與地面的通信聯系；澳大利亞的昆士蘭大學則負責衛星的回收工作。
該計劃的發起人認為，這項計劃的最大收獲是讓學生們得到一次實際的學習機會，他們從中可以學到如何搞科學實驗和研究，而且是高科技領域的實驗研究，學生們在實驗中學到的知識和技能是在課堂上所學不到的。因此這些計劃很有吸引力，大批同學踴躍報名參加。
這項實驗研究計劃具有極大的挑戰性，所有工作都必須在2005年之前完成。雖然學校的師生們以前也曾經進行過許多衛星實驗，但是沒有一項有如此的復雜和困難。在實際飛行之前，他們要在地面進行幾次為期7周的模擬實驗，主要是測試和考驗衛星上的環控生保系統，如果該系統不過關，整個實驗就將前功盡棄。
其實對師生們最大的挑戰不是實驗本身，而是完成計劃的經費問題。估計完成整個計劃大約需要1500萬美元，目前三所大學分別提供了一些啟動經費。經費來源主要靠私人捐助，一位不願透露姓名的捐助者已經答應願意承擔二分之一的研究費用，此外美國航宇局也同意提供一部分資助。
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文章作者:吳國興
責任編輯:skylook
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