“动物宇航员”
2013年1月28日,伊朗向太空发射了一个载有猴子的太空舱,
太空舱到达地面以上120千米,随后安全返回地面。从伊朗国家电视台公布的画面看,猴子被置于一个类似座椅的小型舱室中,头部和四肢都被扣住。伊朗有关负责人称,此次试验是为有可能的2020年载人发射做准备,之所以送猴子进入太空是因为猴子与人类在生理上的相似性。
在人类进入太空之前,为了搞清楚人类是否能够很好地适应太空环境,一些“动物宇航员”作为太空探索先驱者被送入太空,它们为科学家提供了人类太空探索的许多重要信息。如今,人类已多次进入太空飞行并安全返回。那么,为什么还要送动物到太空呢?让我们从黑猩猩哈姆的故事说起。
1961年1月31日,黑猩猩哈姆作为首次进入外层空间的最大动物,在太空遨游17分钟后,随太空舱安全返回地球,溅落在大西洋海面上。当救援人员赶到时,他们欣喜地发现哈姆还好好地活着。它高兴地接过了人们递给它的一个苹果和半个橘子。
哈姆是美国太空计划中第一只发射进入外太空的黑猩猩,哈姆之名由它所在实验室——美国新墨西哥州霍洛曼空军基地航空航天医学研究中心——的首字母缩写构成。
3岁的哈姆是人类进入太空的先行者,它的任务是为人类进军太空铺平道路。为跟踪记录哈姆的太空之行,科学家使用一架自动照相机每隔一段时间拍摄下哈姆的脸部表情。这些珍贵的照片记录下了人类太空探索的一段重要历史。从照片上看,哈姆一脸安详,这表明它在完成这次太空使命中表现得非常勇敢。当时的摄影负责人说:“作为第一只进入太空的黑猩猩,进入太空环境可能让哈姆感到有些困惑,但我们从拍摄的照片中可以看到,它同时也非常得意和自豪。”
哈姆来自非洲的喀麦隆,出生于1956年7月,曾经是佛罗里达州一家动物园里非常受游客欢迎的动物明星,后被美国空军招募,于1959年被带到霍洛曼空军基地航空航天医学研究中心。
该研究中心最初候选的黑猩猩有40只,经层层淘汰后减少到18只,最后减至包括哈姆在内的6只。在飞往太空之前,哈姆的编号为65号,在成功返回地球之后才被正式命名为哈姆。据说这是因为有关部门不希望万一太空飞行任务失败,一只“有名有姓”的“黑猩猩宇航员”死亡的坏消息出现在媒体上。
从1959年7月开始,哈姆便在神经学专家的指导下接受训练,以完成一些简单的任务,例如在看到蓝色闪光后5秒钟内推动控制杆,做得不好就会受到轻微电流电击脚底的惩罚,做出正确的回应则会获得一颗香蕉球作为奖励。
1961年1月31日,哈姆在佛罗里达州的卡纳维拉尔角被发射升空进入地球轨道,开始了太空飞行,
地球上的计算机系统对哈姆的生命体征和任务执行情况进行了实时监控。在太空飞行期间,太空舱承受了部分失压影响,但哈姆的宇航服保护它未受到任何伤害。哈姆在太空中对控制杆的推动操纵能力比在地球上时只慢了几分之一秒,这表明在太空中可以很好地对飞船进行操纵。经过17分钟的太空飞行后,哈姆乘坐返回舱溅落在大西洋上,当天晚些时候被一艘营救船找到并救起,哈姆只在鼻子上受了一些轻微的擦伤。哈姆的这次太空飞行的精确时间是16分39秒。
飞行任务结束后,哈姆在华盛顿特区的国家动物园中生活了17年。作为“动物宇航员”,哈姆经常出现在电视和电影屏幕上。1983年1月19日,26岁的哈姆在北卡罗莱纳州的动物园里去世。
哈姆不仅仅是一位太空先驱者,对哈姆在太空旅行中各项指标的测试,为人类宇航员艾伦·谢泼德于1961年5月5日的“自由7号”太空飞船任务提供了许多珍贵的数据资料。
太空探索的一个特殊领域是太空医学,它涵盖了太空生物学和太空航行学研究,涉及到人类和其他地球生物在太空飞行环境中的生理、行为和医学等诸多方面,还包括了对太空航行中载荷、空间栖息地和生命支持系统等的研究。
从生物学角度看,特别有意思的是太空失重环境对宇航员的影响,这种影响通常被称为“微重力”。在失重情况下,宇航员的身体会在太空舱内漂浮起来,给日常活动带来很多不利影响。
从工程学角度看,太空航行中的空气交换、食物和饮用水提供,以及废物处理都极具挑战性。太空医学的目标之一就是如何从消耗巨大的物理化学方法过渡到可持续发展的生物再生方法,以建立一个适合长时间太空旅行的充满活力的微型生态系统,这样的系统通常被称为封闭式生态学生命保障系统。
从医学角度看,长时间的太空飞行会对宇航员的生理产生影响,如加速骨骼的脱钙过程。对这类影响的研究不仅能够帮助科学家寻找到更多提高和保障太空定居和太空旅行安全的方法,同时也有助于更有效地治疗地面上的相关疾病。
由于太空飞行可能引起人体各生理系统的改变,加上一些具有潜在性危险的实验(如插管、埋电极、取样活体器官等)不能在人体上进行,因此科学家利用动物做实验。迄今为止,先后进入太空,参与科学研究的实验动物包括猴、狗、兔、猫、鼠、鱼、蛇、鸡、海胆、蝾螈、水母、蛙、鹌鹑、蟋蟀、蜜蜂、家蝇等水生和陆生动物。通过测定太空失重环境下这些动物的各种生理行为,科学家深入研究人类宇航员由地面到宇宙空间的适应性变化。
如果说哈姆是早期被发射进入太空的动物中的幸运儿,那它的“前辈”,一只俄罗斯狗就没有那么幸运了——它在进入轨道几小时后死亡。1957年11月3日,苏联“旅行者2号”人造卫星将莱卡送入太空。研究人员在莱卡的身上缚上各种探头以监测其生理指标,供地面科学家进行研究。研究人员还为莱卡设计了一套生命保障系统,使内部的环境基本上和地面一样。起初,莱卡的状态不错,但在太空飞行的5~7小时之间不幸死亡。官方当初称其死亡原因是氧气泄漏,但直到2002年10月才正式公布:莱卡死于压力和过热。
1983年至1996年期间,苏联/俄罗斯多次将太空猴发射到太空,进行心血管、高级神经活动、骨骼肌和生物节律等研究。整个过程中,地面人员运用各种仪器对猴子的体温、心率、腿肌、所消耗的食物以及操作活动等进行监测,取得了非常宝贵的数据资料。
随着科学家不断改进太空飞行器的生命保障系统,动物逐渐适应了失重环境下的太空生活。1984年4月6日至13日,美国“挑战者号”航天飞机将3000多只蜜蜂送到太空,测试它们对太空环境的适应能力。这些蜜蜂起初很不适应,有的在原地拍打翅膀,有的在玻璃箱内到处乱飞,但后来就进入了正常生活状态,不仅筑了巢,一只蜂皇还在太空中产下了35个卵。在这7天时间里,只有100多只蜜蜂死去,仅占总数的3.3%。
随着宇宙飞行器的不断发展,科学家不遗余力地进行太空动物研究。太空动物为人类的航天事业做出了重要贡献。
为人类进入太空“投石问路”
太空竞赛初期,作为太空生存实验的首批测试者,黑猩猩、狗和兔子等动物相继被送入太空,充当人类太空探索的探路者。如果动物可以在失重、极端速度和加速度等极端条件下生存,那么人类在太空中生存的机会也很大。迄至今日,已有500多人前往太空,短期太空旅行生存能力测试对人类来说已不是什么迫切需要解决的科学问题了。那么,继续送动物去太空的意义何在呢?
科学家指出,太空动物实验仍然可以为星际旅行、生命演化及太空温室等研究提供有价值的科学数据。
星际旅行探索 太空动物实验可以为长期太空旅行(如以外星殖民为目的的太阳系内航行或星际间航行)可能发生的危险提供经验。离我们最近的恒星也有4光年之遥,去火星建立殖民地也需要花上4年时间。
科学家指出,虽然太空远航目前还处于科学幻想阶段,但我们需要了解有机体在长时间太空环境下的反应。在太空旅行中,太空舱不可能做到与太空环境完全隔绝,飞船中的生命有可能受到一定程度的宇宙辐射轰击、零气压和极低温度等的影响,地面实验也不可能完全模拟所有的太空条件,而太空粒子辐射,特别是重粒子辐射的巨大能量可对DNA分子造成极大的危害。这些都是潜在的太空杀手。科学家曾对一种叫做水熊的缓步类动物在太空中的顽强生存能力进行研究。结果发现,脱水并进入完全冬眠的水熊,它们的新陈代谢可降低到零,从而在辐射、干燥和极寒的太空环境中生存下来。
共享基因研究 太空动物实验还有可能揭示地球生命演化的奥秘——地球生命是如何从最原始的生命形式一直进化到人类这样的高级生命形式的。2006年,美国“发现号”航天飞机将4000只线虫带入太空。科学家为什么用线虫进行太空实验?首先,线虫虽然在外形上与人类相差巨大,但其基本生理活动与人类非常相似,而且在某些方面显示出与人类相似的基因表达变化;其次,线虫能在太空繁衍,且繁殖迅速,种群可以承受漫长的太空旅行。因此,科学家可以通过研究线虫的整个生命周期,从中了解很多东西。
太空温室设计 一旦人类去到另一个星球,就需要找到某种方式来维持生命。发送充满水果、蔬菜和传粉昆虫的空间温室到太空,或许是人类在执行火星任务中养活自己的方法之一。不过,地球上的所有生命都早已适应地球上的环境,如地球引力等,如果熟悉的环境发生了变化,这些生物会有什么样的反应呢?比如,传粉昆虫在零压力或失重环境的空间中的生命周期会不会与地球上完全不同呢?这些都是科学家想要知道的,让动物(也包括植物)成为人类太空探索的探路者,应该有助于我们找到这些问题的答案。
太空动物们承担着为人类进入太空“投石问路”的任务,它们的功绩已载入人类航天史册。
进入太空的动物们
动物被用于航空航天探险已有两百多年历史。1783年,菲尔兄弟将一只羊、一只鸭子和一只公鸡放在热气球中升入天空。从1947 到1960年,美国多次利用高空气球,将果蝇、老鼠、仓鼠、天竺鼠、猫、狗、青蛙、金鱼和猴子带上高空,利用这些动物进行高空中的辐射照射、生理反应、生命支持和回收系统等测试。1947年2月20日,美国V-2军事火箭将一只果蝇送到地面以上109千米处,持续时间3分10秒,这只果蝇成为进入太空的第一个地球生物。从那以后,许多动物被发射到太空。
20世纪50年代至60年代,为了确定人类太空飞行的可行性,苏联使用了大量的狗进行亚轨道太空飞行实验。在这一时期,加入苏联太空发射任务的狗多达57狗次,其中一些狗不止一次飞入太空。大多数太空狗都幸存了下来,但也有一些狗不幸为人类的太空探索事业献出了生命——主要原因是技术故障。
狗之所以成为首选太空动物,是因为科学家认为犬类动物适合于忍受长时间的静止不动。作为训练任务的一部分,它们会被关在狭小的空间里多达15~20天。通常被选中的是流浪狗,而不是习惯于生活在房子里的狗,这是因为科学家认为流浪狗比其他狗更能适应太空环境中的压力等严苛条件。太空狗通常首选雌性,这是因为科学家认为它们的性情更适合太空飞行,它们的尿液和粪便也更容易收集。
科学家对狗要进行多种多样的训练项目,例如让它们穿着宇航服长时间站立在火箭发射模拟器中;让它们骑在模拟高速火箭发射的离心机上;让它们呆在越来越小的笼子里,以逐渐适应太空舱的狭小空间。由于在轨道上飞行的狗会较长时间地呆在狭小空间里,所以科学家为它们准备的食物都是高纤维的、富含营养的胶状蛋白质,以帮助它们顺利排便。据报告,超过60%的太空狗在返回基地后都发现患有便秘和胆结石。
1951~1956年的15次科学实验任务中,一些身穿增压宇航服,头戴丙烯酸玻璃泡沫头盔的太空狗乘坐R-1系列火箭被送入100千米处的地球轨道。1957~1960年,R-2A系列火箭11次将太空狗送入大约200千米的地球轨道。1958年,R-5A系列火箭3次将太空狗送入地球轨道上方450千米处。乘坐R- 2和R- 5系列火箭的太空狗都被安置在一个压力舱内。在1951年9月的一次飞行任务中,一只名叫勃力克的狗在发射前几天逃走,实验人员只好用一只在营房附近到处乱窜的流浪狗来代替勃力克,不曾想,这只未经训练的狗的太空之旅竟然取得了出乎意料的成功。
Dezik和Tsygan是最早进行地球亚轨道飞行的太空狗。1951年7月22日,Dezik和Tsygan在最高飞行高度到达地球亚轨道110千米处后安然返回。1951年9月,Dezik与一只名叫丽莎的狗进行了另一次亚轨道飞行,不幸的是,这两只狗都未能幸存下来。Tsygan后被一位苏联物理学家收养为宠物。
1957年11月3日,苏联的莱卡成为最早进入地球轨道飞行的太空狗,被人们称为第一个进入太空的“地球乘客”。不幸的是,在太空飞行的5~7小时之间,莱卡死亡,官方称死亡原因是氧气泄漏。而它真正的死因直到2002年10月才正式公布:压力和过热。
太空狗 “雪豹”和“小狐狸”的命运很悲惨:在1960年7月28日的一次发射任务中,它们搭乘的火箭升空仅28.5秒就发生了爆炸。
1960年8月19日,苏联人造卫星将太空狗贝尔卡和斯特尔卡发送上天,这是动物首次被送入轨道并活着返回。1961年,赫鲁晓夫将斯特尔卡作为礼物送给了美国总统肯尼迪的女儿卡罗琳。斯特尔卡留下了许多后代。
1960年12月1日,太空狗“小蜜蜂”和“小飞虫”乘坐苏联“史泼尼克6号”人造卫星在地球轨道上飞行了一天,随它们一起进入太空的还有其他一些动物和植物。由于导航失误,卫星在12月2日返回大气层时解体,这批太空动物全部不幸丧生。
1960年12月22日,太空狗“女王”和“小美”进行了一次轨道飞行,但在这次任务中,出现了一连串的设备故障。上级火箭发射出现故障,飞船在到达轨道远地点214千米处后重返大气层。按照设计,飞船原本应在返回地面时将这两只太空狗弹射出来,然后自毁。但是,由于弹射座椅和自毁装置又出现故障,这两只太空狗随完整无缺的太空舱回到了地面。一只救援队伍在雪地里找到了太空舱,但在寒冷的天气条件下,太空舱的窗户被冻住,人们也没有检测到生命迹象。直到第二天,太空舱被打开后,人们听到了狗叫声。活下来的两只太空狗被包裹在羊皮大衣里,用飞机迅速送往莫斯科。
1961年3月9日,太空狗“黑家伙”与被叫做“伊万·伊万诺维奇”的假人——模拟宇航员,以及老鼠和豚鼠一起登上了“史泼尼克9号”人造卫星。在返回大气层时,太空狗“黑家伙”和模拟宇航员被弹出太空舱,然后乘降落伞软着陆。“黑家伙”安然无恙。
1966年2月22日,太空狗“微风”和“小黑”乘坐“宇宙110”在太空轨道上飞行22天后,于3月16日降落地面,创下了航天飞行时间的最长纪录。直到1973年6月,进入“天空实验室2号”的人类宇航员才打破了由太空狗创下的这一太空飞行最长时间纪录——他们在太空呆了28天。
太空猴
加入太空计划的动物还有猴子。1967年,法国进行了两次载有猴子乘客的太空飞行。1983年至1996年期间,苏联/俄罗斯也多次将太空猴发射到太空。大多数猴子都是在被麻醉后升空的。参加太空飞行训练计划的大量后备太空猴中,许多都没有机会真正进入太空。被选拔为太空猴的猴子种类有恒河猴、猕猴、松鼠猴和短尾猴,当然还有黑猩猩。
第一只太空猴是恒河猴艾伯特1号。1948年6月11日,艾伯特1号乘坐V-2火箭被发射到地球上空63千米处,后因降落伞故障与地面相撞不幸遇难。艾伯特2号的飞行高度达到134千米,它因此成为第一只真正进入太空的太空猴,它的飞行高度超过了作为太空起始点的卡门线(卡门线位于海拔100千米处,通常被定为外太空与地球大气层的界线,为外层空间开始处)。1949年9月16日,艾伯特3号在地球上空10.7千米处因一场意外爆炸而死亡。艾伯特4号于12月8日,在V-2火箭的最后一次任务中,因又一次降落伞故障而死亡,它的飞行高度达到了130千米。艾伯特1号、2号和4号都为恒河猴,艾伯特3号为猕猴。
1951年4月18日,艾伯特5号死于降落伞故障。1951年9月20日,艾伯特6号与11只老鼠一起,在火箭升空和太空飞行中幸存了下来,但在着陆两小时后不幸死去。据认为,动物们是在等待救援的过程中,死于新墨西哥灼热阳光的烤灸,以及密封太空舱中过热的温度。
1958年12月13日,松鼠猴戈多乘坐美国的“朱庇特AM-13”火箭进入太空,但在返回过程中因火箭头锥体中的降落伞回收系统发生机械故障而不幸遇难。
1959年5月28日,恒河猴艾比和松鼠猴贝克一起登上“朱庇特AM-18”火箭,并成为首批太空旅行后成功返回地球的猴子,这次太空之旅的时速达16000千米以上。贝克于1984年11月29日27岁去世,死后被埋葬在阿拉巴马州亨茨维尔的美国空间和火箭中心。艾比于1959年6月1日因感染接受切除医学电极手术时,死于麻醉反应,它的遗体被保存下来,如今在史密森学会的国家航空航天博物馆陈列展出。
1959年12月4日,恒河猴山姆在水星计划中登上“小乔伊2号”火箭,飞到了地球上空85.29千米处。黑猩猩哈姆和伊诺斯也参加了水星计划。
1967年3月7日,法国发射“维斯塔号”火箭,一只名叫马丁尼的短尾猕猴被送上太空。同年3月13日,另一只名叫皮尔雷蒂的猴子被送上太空。这两次亚轨道太空飞行高度分别到达地球上空243千米和234千米处。马丁尼成为第一只在国际公认太空线以上生存多日的猴子。
苏联/俄罗斯太空生物计划中的太空猴都为恒河猴。在苏联的太空生物计划中,最早的猴子宇航员是艾里克和比奥恩,它们的太空之旅是从1983年12月14日到12月20日。1985年7月10日至7月17日飞上太空的猴子是维尼和戈尔迪。两只分别名叫迪约玛和耶罗莎的太空猴在1987年9月29日至10月12日遨游太空返回后,被作为礼物送给了古巴领导人卡斯特罗。
1989年9月15日至9月28日,太空猴扎克尼亚和扎比亚卡在太空飞行了13天零17个小时,创下了猴子在太空生存时间的最长纪录。1992年12月29日至1993年1月7日,猴子克罗什和伊瓦莎被送上太空。在返回地球后,16岁的猴子“资深宇航员克”罗什产下了它的后代。
进入太空的其他动物
1950年8月31日,美国第一只太空鼠乘坐V-2火箭发射进入太空,飞到了137千米处。由于降落伞系统故障,火箭解体。美国于20世纪50年代曾多次将老鼠发往太空。
1960年10月13日,美国“阿特拉斯D 71 D”运载火箭将老鼠莎莉、艾米和莫伊发送到地球上空1000千米处。这些太空鼠之后安全返回地球,身体状况良好。
1961年3月,苏联将老鼠、豚鼠和青蛙发射到太空。
1961年2月22日,法国将大白鼠赫克托耳发射到太空,1962年10月又发射了更多的大白鼠。1963年10月18日,法国计划将太空猫费利克斯发射到太空,但费利克斯逃跑了,他们只得又选择了一只名叫费利西特的猫。科学家将电极植入这只猫的大脑以测试其在太空中的神经活动。弗利西特安全返回地球。下一只进入太空的猫就没有那么好运了,它死于意外事故。
1964年和1965年,中国分别发射了小鼠和大白鼠,1966年发射了两只太空狗。
1970年11月9日,两只承担太空运动病研究任务的牛蛙被发射进入地球轨道。
美国“阿波罗16号”于1972年4月16日携带线虫、“阿波罗17号”于1972年12月7日携带老鼠进行绕月旅行。“天空实验室3号”携带老鼠,并首次携带鱼和蜘蛛进入太空。
苏联在多次生物太空任务中,将陆龟、老鼠和一种叫做底鳉的鱼送入太空。
1985年,“天空实验室3号”携带两只松鼠猴、24只雄鼠和一些竹节虫卵进入太空。太空生物实验还将一种叫做斑马鲐的鱼、果蝇和首只蝾螈送入太空。之后又发送了发射前被截去了部分肢体的10只蝾螈,目的是观察它们在太空中的断肢再生能力,以对人类在太空中受伤后的复苏医学进行研究。
20世纪90年代,苏联最后一次太空生物实验将4只猴子、青蛙和果蝇送入太空。
1990年,中国将豚鼠送入太空。
1990年12月,一位日本记者携带树蛙造访了“和平号”空间站。
1995年3月18日,日本将其第一个太空动物蝾螈发射进入太空。
20世纪90年代,美国乘坐航天飞机进入太空的太空动物有蟋蟀、小鼠、大白鼠、青蛙、蝾螈、果蝇、蜗牛、鲤鱼、青鳉、牡蛎蟾鱼、海胆、剑鱼、舞毒蛾卵、竹节虫卵、鹌鹑卵和水母等。
2003年,美国“哥伦比亚号”航天飞机携带蚕、蜘蛛、蜜蜂、蚂蚁和日本将科鱼等进行了最后一次太空动物飞行。在“哥伦比亚号”发生灾难后,在其残骸中发现了还活着的线虫。
2007年9月,欧洲航天局的FOTON-M3实验任务中,完全暴露在太空环境中的水熊生存了10天。
2009年11月,作为一项学校的实验任务之一,美国“奋进号”航天飞机将小苎麻赤蛱蝶和黑脉金斑蝶的幼虫发射进入太空,并在太空中对几千条线虫进行长时间的失重研究。
2010年2月3日,伊朗用火箭将老鼠、两只乌龟和一些蠕虫送入太空,这些动物返回地球时仍然活着。
2011年5月,“奋进号”在最后一次飞行任务中,将两只蜘蛛以及作为蜘蛛食物的一批果蝇带上太空,以研究微重力对蜘蛛行为的影响。