探討重力水平對生命形態(tài)和功能的重要影響

1、探究重力水平對生命形態(tài)和功能的重要影響關(guān) 鍵 詞 ： 生 命 科 學 衛(wèi) 星 ”;計 劃 述 評“生 命 科 學 衛(wèi) 星 ”(Lifesat) 是 一 顆 不 載 人 的 再 入 式 衛(wèi) 星 ，可 重 復 使 角 ，屬 NASA 和 國 際 空 間 生 命 科 學 共 同 體 共 用 。其 上 將 帶 有 大 量 的 生 物 樣 品 ，包 括 細 胞 和 組 織 、植 物 、 無 脊 椎 動 物 和 小 的 哺 乳 動 物 ， 目 的 是 了 解 空 間 環(huán) 境 ( 即 空 間 高 能 輻 射 和 微重 力 )對 生 物 系 統(tǒng) 的 影 響 。 樣 品 放 在 衛(wèi) 星 有 效 載 荷 艙 內(nèi)

2、。 該 衛(wèi) 星 擬 用 德 爾 它 l 號火 箭 或 其 他 運 載 工 具 發(fā) 射 ，它 將 按 進 行 空 間 輻 射 效 應(yīng) 的 特 定 研 究 的 要 求 ，發(fā) 射 到不 同的 軌 道 上 。該 衛(wèi) 星 具 有 O 、1.59 的 人 工 重 力 能 力 ，使 研 究 者 們 可 以 研 究 不 同重 力 水 平 對 生 命 形 態(tài) 和 功 能 的 重 要 影 響 。 其 設(shè) 計 的 性 能 參 數(shù) 見 表 1 。雖 然 目 前 已 有 了 一 些 載 人 航 天 的 醫(yī) 學 資 料 和 有 限 的 生 物 樣 品 實 驗 結(jié) 果 ，但 仍需 暮 更 多 地 了 解 許 多 航 天 因

3、 素 對 生 物 系 統(tǒng) 的 影 響 。有 些 問 題 還 知 道 得 很 少 ，例 如 ，空 間 輻 射 對 生 物 系 統(tǒng) 損 害 到 什 么 程 度 、后 果 如 何 、改 善 的 方 法 等 。另 外 ，對 于 長期 處 于 變 化 的 重 力 狀 態(tài) 下 的 生 物 效 應(yīng) 也 還 沒 有 進 行 全 面 的 探 測 。設(shè) 計 生 命 科 學 衛(wèi)星 就 是 要 回 答 這 些 重 要 的 問 題 ， 這 包 括 :零 重 力 在 細 胞 和 器 官 水 平 上 有 什 么 影 響 ?生 物 體 能 成 功 地 進 行 損 傷 修 復 、 再 生 和 生 長 嗎 ?輻 射 和 微 重

4、力 效 應(yīng) 之 間 是 否 存 在 某 種 關(guān) 系 ， 如 果 存 在 ， 那 么 是 什 么 關(guān) 系 ?o“19之 間 的 小 重 力對 生 物 系 統(tǒng) 有 什 么 影 響 ?是 否 存 在 重 力 影 響 的 閡 值 ?如 果 存 在 ， 對 各 種 不 同 的 系 統(tǒng) ( 發(fā) 育 、 修 復 、 免疫 和 骨 骼 等 )這 個 閡 值 是 多 少 ?.如 何 使 目 前 的 和 計 劃 中 的 地 面 基 礎(chǔ) 研 究 能 很 好 地 代 表 在 空 間 發(fā) 現(xiàn) 的 影 響 ?計 劃 的 由 來 和 歷 史“生 命 科 學 衛(wèi) 星 ”方 案 是 由 NASA 空 間 科 學 和 應(yīng) 用 署

5、 生 命 科 學 部 于 1986 年 7 月 提出 的 ，作 為 該 局 空 間 混 合 艦 隊 戰(zhàn) 略 的 一 部 分 ，它 是 在 挑 戰(zhàn) 者 號 航 天 飛 機 失 事后 立 項 的 。 但 從 歷 史 上 看 ， 自 1960 年 以 來 ， 世 界 上 已 有 許 多 國 家 發(fā) 射 過 各 種 不載 人 的 衛(wèi) 星 ， 包 括 NASA 于 60 年 代 末 發(fā) 射 的 3 顆 生 物 衛(wèi) 星 。1987 年 ， NASA 成 立 了 國 際 Lifesat 科 學 工 作組 (LSSWG) ， 以 便 跟 蹤 當 代 科學 的 發(fā) 展 。 1987 、 工 988 年 ， 由

6、艾 姆 斯 研 究 中 心 進 行 A 階 段 研 究 ， 設(shè) 計 了 一 顆直 徑 為 1.905m 的 衛(wèi) 星 ， 這 比 原 方 案 減 小 了 一 點 ， 但 仍 能 滿 足 許 多 科 學 要 求 。 在 Lifesat 計 劃 的 頭 幾 年 ， 有 幾 個用 戶 要 求 進 行 各 種 學 科 的 觀 察 ， 包 括 天 文 物 理 、材 料 加 工 和 工 藝 。 但 由 于 Lifesat 只 能 到 達 特 有 的 地 球 高 輻 射 軌 道 ， 并 將 生 物 樣1品 完 整 地 運 回 地 球 ，以 便 進 行 詳 細 檢 查 ，因 此 該 衛(wèi) 星 計 劃 僅 對 生

7、命 科 學 研 究 者 特別 有 價 值 。1989 年 中 期 ， NASA 對 該 衛(wèi) 星 進 行 了 B 階 段 的 兩 項 平 行 設(shè) 計 研 究 ， 分 別 由國 際 科 學 應(yīng) 用 公 司 和 通 用 電 子 公 司 負 責 。 1989 年 ， NASA 接 受 了 總 統(tǒng) 的 一 項 指示 ，研 究 重 返 月 球 ，建 立 月 球 基 地 的 課 題 ，這 被 看 作 是 載 人 火 星 飛 行 任 務(wù) 的 一 個階 段性 里 程 碑 。為 了 確 定 美 國 如 何 完 成 這 些 目 標 ，美 國 科 學 家 進 行 了 90 天 研 究 ，重 點 在 于 確 定 具 有

8、 像 生 命 科 學 衛(wèi) 星 這 樣 能 力 的 航 天 器 的 要 求 ，以 便 為 更 長 期 的 飛行 任 務(wù) 進 行 關(guān) 鍵 的 預 先 研 究 。C 和 D 階 段 研 究 的 實 施 期 限 自 1991 年 第 4 季 度 到 1994 年 第 3 季 度 ，在 此 期間 要 將 B 階 段 研 究 確 定 的 設(shè) 計 特 點 最 后 確 定 下 來 ， 選 擇 承 包 商 ， 研 制 出 衛(wèi) 星 。 NASA 計 劃 于 19 例 年 12 月 進 行 第 一 次 Lifesat 飛 行 。計 劃 描 述Lifesat 計劃 有 三 個 主 要 目 標 :第 一 ， 支 持 N

9、ASA 的 空 間 探 測 倡 議 ， 獲 得 空 間環(huán) 境 的 初 步 數(shù) 據(jù) ;第 二 ， 進 行 基 礎(chǔ) 研 究 ， 包 括 生 物 系 統(tǒng) 受 到 哪 些 影 響 、 如 何 受 影響 、 這 些 影 響 如 何 隨 連 續(xù) 太 空 暴 露 而 變 化 ， 此 外 ， 還 將 研 究 對 抗 措 施 ;第 三 ， 該計 劃 將 加 強 NASA 與 其 他 國 際 空 間 生 物 學 計 劃 之 間 的 合 作 。 Lifesat 計 劃 的 實 施分 為 兩 個 階 段 :第 一 階 段 目 標 是 為 空 間 探 測 倡 議 制 定 有 關(guān) 載 人 航 天 危 險 和 載 人 航

10、天 器 設(shè) 計標 準 。 該 階 段 基 本 上 同 等 地 強 調(diào) 研 究 輻 射 生 物 學 和 重 力 生 物 學 。 Lifesat的 研 制和 實 施 已 納 入 到 NASA生 命 科 學 部 內(nèi) 部 的 輻 射 /生 物 學 倡 議 (R/Bl)計 劃 中 。 R/Bl是 地 面 基 礎(chǔ) 研 究 和 航 天 因 素 研 究 兩 者 的 結(jié) 合 。 為 了 有 效 地 發(fā) 揮 空 間 部 分 的 作 用 ，必 須 進 行 特 定 的 地 面 基 礎(chǔ) 研 究 ， 以 便 更 好 地 了 解 重 離 子 與 生 物 系 統(tǒng) 的 相 互 作 用 ，它 包 括 后 效 應(yīng) 、 基 礎(chǔ) 機

11、理 、 生 物 醫(yī) 學 對 抗 措 施 和 直 接 相 互 作 用 的 可 能 性 研 究 。這 一 階 段 中 共 進 行 5 次 發(fā) 射 ， 第 1 次 和 第 5 次 發(fā) 射 各 部 署 一 顆 “生 命 科 學 衛(wèi)星 ”， 其 余 各 次 發(fā) 射 每 次 部 署 兩 顆 “生 命 科 學 衛(wèi) 星 ”， 總 共 有 8 次 “生 命 科 學 衛(wèi) 星 ” 飛 行 任 務(wù) 。 這 一 階 段 中 初 期 的 飛 行 任 務(wù) 將 使 用 普 通 / 放 射 生 物 學 艙 ， 一 般 帶 有 細胞 、 無 脊 椎 動 物 和 低 等 植 物 作 為 生 物 樣 品 。 歐 洲 空 間 局 (E

12、SA) 植 物 艙 (BotanyModule) 也 可 能 在 這 一 階 段 的 初 期 飛 行 。小 哺 乳 動 物 可 能 在 第 一 階 段 計 戈 J 后 期 飛 行 。 到 1999 年 ， 作 為 地 面 和 飛 行 輻 射 研 究 的 結(jié) 果 ， 初 步 的 載 人 航 天 危險 性 數(shù) 據(jù) 和 設(shè) 計 標 準 ( 例 如 屏 蔽 、儀 器 設(shè) 備 和 旋 轉(zhuǎn) 速 率 )，將 有 效 地 用 于 月 球 基 地和 火 星 飛 行 任 務(wù) 的 定 義 和 研 制 活 動 。第 二 階 段 計 劃 進 行 小 哺 乳 動 物 研 究 ， 并 繼 續(xù) 進 行 細 胞 /無 脊 椎

13、動 物 和 植 物 研究 。還 可 能 包 括 靈 長 類 動 物 ，這 取 決 于 需 要 和 科 學 上 的 用 途 。在 這 一 長 期 計 劃 中 ，飛 行 任 務(wù) 活 動 頻 率 將 在 一 年 一 次 和 一 年 兩 次 的 生 命 科 學 飛 行 任 務(wù) 之 間 交 替 進 行 。飛 行 器2“生 命 科 學 衛(wèi) 星 ”將 用 來 為 幾 個 生 物 學 科 的 研 究 者 提 供 定 期 的 、相 當 節(jié) 省 的 途徑 進 入 空 間 環(huán) 境 ，進 行 長 時 間 的 研 究 。 “生 命 科 學 衛(wèi) 星 ”將 具 有 以 下 能 力 : 可 使用 多 種 一 次 性 運 載

14、工 具 發(fā) 射 ; 作 為 一 個 無 人 的 自 由 飛 行 實 驗 室 在 地 球 軌 道 上工 作 ; 能 獨 立 地 再 入 地 球 大 氣 層 ，并 軟 著 陸 在 新 墨 西 哥 州 白 沙 導 彈 發(fā) 射 場 ，以使 實 驗 者 盡 早 到 達 有 效 載 荷 著 陸 點 。一 次 飛 行 時 間 可 長 達 60 天 。 回 收 后 ， 對 其 進 行 迅 速 整 修 后 ， 能 再 攜 帶 新 的有 效 載 荷 飛 行 ， 它 可 飛 行 10 年 以 上 。 該 衛(wèi) 星 能 進 行 三 軸 穩(wěn) 定 ， 允 許 軌 道 上 平 衡機 動 和 精 確 的 離 軌 機 動 。漂

15、浮 在 空 中 時 能 提 供 小 于 10“”g的 軌 道 加 速 度 環(huán) 境 。在軌 道 平 衡 機 動 期 間 ， 加 速 度 環(huán) 境 將 小 于 10 一 “g。 衛(wèi) 星 通 過 旋 轉(zhuǎn) ， 可 給 有 效 載 荷包 提 供 O、 0.59 的 人 工 重 力 ?！吧?命 科 學 衛(wèi) 星 ”設(shè) 計 得 很 堅 固 ， 易 于 維 護 ， 可 很 經(jīng) 濟 地 再 修 復 ( 某 些 分 系 統(tǒng)要 更 換 ) 。 修 復 后 ， 要 更 換 消 耗 性 部 分 ， 安 裝 新 的 有 效 載 荷 艙 ， 然 后 進 行 鑒 定 ?；?收 和 再 飛 行 之 間 的 時 間 應(yīng) 盡 可 能

16、短 ， 大 約 60 天 左 右 。有 效 載 荷 艙 都 設(shè) 計 得 能 進 行 相 當 獨 立 自 主 的 實 驗 ，很 少 需 要 地 面 指 令 ，只 需要 有 限 的 遙 測 。 有 效 載 荷 艙 中 具 有 10 億 比 特 的 成 批 數(shù) 據(jù) 儲 存 能 力 ， 其 組 合 體 具有 電 源 和 熱 控 制 ，但 它 們 的 調(diào) 節(jié) 、控 制 和 對 各 個 實 驗 的 分 配 ，則 由 各 有 效 載 荷 艙承 擔。有 效 載 荷 艙 的 質(zhì) 量 、慣 性 性 質(zhì) 和 重 心 將被 控 制 在 可 接 受 的 范 圍 內(nèi) 。各 個 有效 載 荷 艙 均 有 專 門 的 研 究

17、 范 圍 ， 例 如 :普 通 生 物 學 艙 (GBM) 裝 有 帶 低 級 生 命 形 式 、動 物 和 植 物 樣 品 的 儀 器 設(shè) 備 ，將能 保 證 進 行 若 干 種 輻 射 和 重 力 生 物 學 研 究 。(c 歐 空 局 微 重 力 植 物 學 設(shè) 備 可 支 持 多 達 18 個 植 物 栽 培 裝 置 ， 內(nèi) 部 帶 有 1g 控 制 離 心 機 。組 織 管 理該 項 計 劃 具 有 堅 實 的 基 礎(chǔ) ， 其 后 盾 包 括 NASA 、 工 業(yè) 和 國 際 合 作 機 構(gòu) 。 “生命 科 學 衛(wèi) 星 ”科 學 工 作 組 由 NASA 總 部 管 理 。 生 命

18、科 學 計 劃 和 R/Bl 生 命 科 學 衛(wèi) 星 計 劃 的 整 個 方 向 和 評 價 ，由 NASA 負 責 空 間 科 學 和 應(yīng) 用 的 副 局 長 負 責 。 生 命科 學 硬 件 研 制 和 所 有 生 命 科學 實 驗 活 動 的 一 級 權(quán) 力 ，由 生 命 科 學 部 主 任 負 責 ，并 由 他 任 命 該 計 劃 的 計 劃 經(jīng) 理和 計 劃 科 學 家 ?！吧?命 科 學 衛(wèi) 星 ”的 探 測 、研 制 和 實 施 是 二 級 責 任 ，它 隸 屬 于 約 翰 遜 航 天 中 心新 倡議 辦 公 室 。約 翰 遜 航 天 中 心 還 是 它 的 輻 射 研 究領(lǐng) 導 中 心 ，其 設(shè) 在 空 間 和 生 命科 學管 理 局 內(nèi) ，負 責 確 定 整 個 放 射 生 物 學 實 驗 計 劃，并 綜 合 空 間 和 地 面 基 礎(chǔ) 研 究的 結(jié)果 。發(fā) 射 服 務(wù) 由 哥 達 德 航 天 中 心 提 供 。整 個 重 力 科 學 的 協(xié) 調(diào) ，以 及 與 動 物 保障 硬 件 有 關(guān) 的 研 制 、 試 驗 和 有 效 載 荷 活 動 ， 由 艾 姆 斯 研 究 中 心 負 責 。 荃 少 有 53個 國 際 機 構(gòu) 支