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航天员由舱内活动转向舱外活动,这是载人航天技术的一个伟绩重大跨越。
神七航天员乘组翟志刚、刘伯明、景海鹏三位航天英雄克服了重重困难,在神七任务整个训练过程中,他们没有被任何困难吓倒。在水槽训练、低压训练,对他们所有的航天员的身体都是挑战。英雄们依靠顽强的意志品质克服了自我、战胜了自我、挑战了极限。
翟志刚、刘伯明、景海鹏三位航天员是中国人民心中的英雄。我们把你们当做顽强拼搏、不断进取的典范。
航天员们肩负着全中国人民的重托,将飞向宇宙太空!这是现代中国天大的喜事!
祝贺神七圆满成功!
祖国人民将热烈欢送你们去遨游太空!
祖国人民将热烈欢迎你们凯旋归来!
这次飞行任务的技术跨度大是实施我国航天员首次空间出舱活动,突破和掌握出舱航天技术。
神七飞翔吧冲出地球,舞步在太空中,实现中华民族的伟大复兴!!
2011年2月4日,美国国防部了首个《国家安全航天战略》(简称《航天战略》),评估了不断恶化的航天环境,提出未来十年航天战略目标与实现途径,力图构建“北约”版的航天联盟,“塑造新型航天领导地位”。
应对三大挑战的三大战略目标和五项战略举措
《航天战略》从分析航天战略环境人手,提出当前面临的三大挑战:一是太空越来越拥挤,目前有60多个国家和组织运行着1100多颗卫星,已编目的太空碎片达到22000个,太空轨道与频谱等资源日趋枯竭;二是太空对抗日益严重,一些国家和组织正针对美国航天系统的脆弱性,寻求发展“非对称”对抗能力,以抗衡美国强大的军事优势;三是航天竞争愈加激烈,发展航天技术和提供航天服务的国家不断增多,美国的国际航天竞争优势不断下降。
提出三大战略目标:一是加强太空安全、稳定;二是维持并提升航天给美国带来的国家安全战略优势;三是夯实支撑美国国家安全的航天工业基础,并勾画了五项战略举措:一是促进负责任的航天行为,和平与安全地利用太空;二是改善美国的航天能力;三是同负责任的国家、国际组织及商业公司合作;四是预防并阻止对保障美国国家安全的航天基础设施的敌意侵犯;五是采取各种措施挫败攻击,并使航天系统能在性能降低的恶劣环境中运行。
提出塑造新型航天领导地位四大核心理念
一是力图构建航天新秩序,强化领导地位。目前,美国作为唯一的航天超级大国,在航天事务上具有强势的话语权。从《航天战略》积极为“负责任”的航天活动制定标准、最佳惯例、透明度与信任措施以及行为准则来看,美国正试图将这种话语权转变为制定规则的权力。《航天战略》所勾画的“负责任”的航天新秩序和行为准则,其实质是维护美国在太空的“先发优势”和既得利益,在美国主导的国际框架下解决太空争端或冲突。
二是试图构建航天联盟,实施全面遏制。可以预见,美国将以北约为样板在航天领域形成利益联盟,达成航天制造和航天服务即使不由美国所提供、也要由美国所控制的目的。美国实施航天垄断和全面遏制的用意在于,一方面增强自身航天优势,确保在危机时刻美国及其盟友的航天能力不被对手所用,另一方面实施更为严厉的出口管制,从而限制其他国家的航天发展。
三是实施多重威慑,确保太空安全。首先,以秩序和结盟等方式,增加对美国太空突袭的政治风险;其次,提高航天系统抗毁性,降低对美国太空突袭产生的预期效果;第三,增强太空态势与对抗能力,告诫敌手太空突袭必将招致严厉惩罚,不仅是“以牙还牙”式的太空还击,还可能是报复性的地面军事打击。 “多重威慑”的实质是采取增加代价的方式弥补航天系统的脆弱性,旨在保护美国的太空安全。
四是发展高效创新能力,扩大战略优势。近年来,由于军事航天系统采办遭遇“拖降涨”问题,致使美军航天优势的增速放缓。为确保国家航天安全需求,《航天战略》以面向实战为牵引,摒弃发展“完美”装备的思路,走高效、灵活的道路,来确保系统能力按期交付。这对航天采办程序和创新能力提出了更高要求。特别是,孕育中的航天技术,如快速响应太空技术、模块化航天器技术,一旦取得突破,将加大与对手技术“代差”,有效支撑扩大战略优势的战略目标。
几点启示
(1)重视太空安全,制订国家顶层航天发展战略
航天在国家的政治、经济与军事发展中的地位更加凸显。为应对当前全球面临的太空拥挤、对抗和竞争三大挑战,为在新一轮航天竞争中处于优势地位,我国应在国家层面制订可持续航天发展战略,做到统筹规划、合理布局、协调发展。
(2)努力提升自身航天能力
航天实力是国际航天战略格局的决定力量,因此我国必须坚定不移地发展航天能力,加强航天技术的自主研究,夯实航天产业基础,建立可靠的航天运输和实用化的航天系统,以航天整体实力的提升,增强我国在国际航天领域的竞争能力。
兰州市秦安路小学四年级五班
2008年9月25日晚,神舟七号飞船启程,冲破茫茫苍穹,飞向神秘的太空。翟志刚、刘伯明、景海鹏3名宇航员乘神七,实现了中国航天员的首次太空漫步,这将是中国航天技术又一次重大突破。这又怎能不让中国人为之自豪、骄傲呢?
三位宇航员在高度约343公里的轨道完成了安排的各项空间科学技术试验任务。27日17时,当航天员翟志刚完成出舱活动后顺利返回神舟七号飞船轨道舱,中国载人航天工程取得了又一具有里程碑意义的重大技术突破。中国随之成为世界上第三个掌握空间出舱活动技术的国家。在看电视时,我问爸爸:“太空里有什么呀?吸引了那么多人。”爸爸说:“太空有许多奥秘,等你探索呢!”我心想:我一定要做一个航天员,为国家争光。妈妈似乎看出了我的心思,说:“你想去太空探索的话,就得好好学习,做到身体好、学习好、样样好!才能做一位航天员,为祖国争光,懂吗?”我若有所思地点了点头。
白皮书是政府、议会等就重大问题公开发表的文件。航天白皮书,体现了中政府对航天事业的高度重视,表明了推动航天事业发展的信心和决心,也凸显了中航天进一步走向透明和开放的态度。
从2000年到2011年,三部白皮书的发表跨越了11个年头。如果以2006年为中间点,对中航天前后两个五年时间段的发展做一个大致梳理的话,我们就会发现,中航天发展正处于“提速”阶段:
――从研制及发射卫星的数量看,前一个五年,自主研制并发射22颗不同类型卫星,后一个五年,这个数字是70颗,增长7218%。
――从运载火箭发射次数看,前一个五年发射24次,后一个五年发射67次,增长了179%。
――载人航天方面。前一个五年中,取得首次载人航天飞行的成功,实现“两人多天”的载人航天飞行,突破了载人航天基本技术;后一个五年中,载人航天工程顺利进入“三步走”战略的第二步,首次顺利实施航天员空间出舱活动,成功进行首次空间交会对接试验,突破了建设空间站的关键技术。
――深空探测方面。前一个五年中,开展了绕月探测工程的预先研究并开始实施;后一个五年中, “嫦娥一号”、“嫦娥二号”相继飞向月球,出色完成了自己的使命,开启了中航天的深空探测新时代……
比较三部白皮书,我们可以清晰地看到中航天跨越发展的轨迹;而最新的2011年白皮书,又预示着中航天发展的全方位提速在下一个五年中将体现得更加充分。最新的白皮书明确:未来五年,中将加强航天工业基础能力建设,超前部署前沿技术研究,继续实施载人航天、月球探测、高分辨率对地观测系统、卫星导航定位系统、新一代运载火箭等航天重大科技工程以及一批重点领域的优先项目,统筹建设空间基础设施,促进卫星及应用产业发展,深入开展空间科学研究,推动航天事业的全面、协调、可持续发展。
与前两部白皮书相比,新白皮书丰富和细化了空间技术方面的内容,在阐述过去进展与未来任务时,按照航天运输系统、人造地球卫星、载人航天、深空探测、航天发射场、航天测控、空间应用、空间科学、空间碎片等九个方面进行了分类,对未来任务的描述更加系统也更加具体。在“航天运输系统”方面,提出“发展新一代运载火箭和运载火箭上面级,实现‘五号’、‘六号’、‘七号’运载火箭首飞”,其中“六号”、“七号”的名称及性能都是首次公开提及;在“载人航天”部分,首次公开提出“开展载人登月前期方案论证”;在“深空探测”部分,首次提出“开展深空探测专项论证,推进开展对太阳系行星、小行星和太阳的探测活动”等,可谓亮点纷呈。
载人航天工程不仅仅是尖端科技的集合体,事实上,更是国家发展战略的重要体现。目前只有美国、俄罗斯和中国拥有完整的载人航天体系,这是航天大国和航天强国的一个重要标志。另外,从军事应用领域看,未来战争必然是空天一体化的战争,谁掌握了太空的制天权,谁就掌握了战争的主动权。中国航天装备能在太空中将两个高速飞行的航天器减速、变轨、接近和对接,意味着中国航天装备具有攻击或捕获敌国军事卫星的能力,这对维持世界长期稳定与和平发展具有重要的战略意义。
在浩瀚的地球外层空间,“神九”飞船与“天宫一号”的对接,包含四大技术领域的重要突破。
首先,对中国航天设计人员来说,“神九”飞船与“天宫一号”进行的载人交会对接,其技术状态新、安全标准高、涉及技术广、天地协同多,是未来建设空间站必须攻克的难题;另外,“神九”飞船有3名航天员参与交会对接,不确定因素多,所以“神九”飞船在空间运动控制、交会对接、组合体飞行、组合体载人的环控生保系统以及整个飞船的可靠性等诸多方面都包含着一系列的创新技术。
其次,“神九”飞天,航天员首次进入天宫一号。在这次任务中,“神九”飞船与“天宫一号”实现空间连通,航天员进入在轨的“天宫一号”驻留,并开展失重条件下的各种空间生活和科学实验,所以,在“神九”飞船与“天宫一号”组合体的控制与管理、舱内温控和生命保障等系统协调配合等技术方面包含着一系列创新技术。
第三,“神九”任务要求宇航员在太空停留超过10天。针对飞行时间较长的特点,为了保障航天员健康,避免抗失重环境对航天员健康的不利影响,“神九”飞船突破一些防护措施。如在飞行中,新增了自行车训练器、企鹅服、套带等对抗防护和锻炼用品。另外,因为3名宇航员在太空停留超过10天,所以“神九”飞船考核了地面向在轨航天器的工作人员和物资运输与补给技术。
第四,“神九”飞船首次搭载女宇航员。从航天医学角度看,男性和女性的生理结构不同,在太空生活期间的生理变化不同,女航天员对环控生保等一系列分系统的要求不同于男航天员。神舟飞船的多项设计考虑女性特点,在“神七”和“神八”飞船基础上,进行了修改和完善,在飞行程序设计和在轨运行的生活照料系统等方面,充分考虑到女性需求。
载人航天工程是一项系统化的工程,它与基础科学、材料科学、电子技术及控制工程等多个领域都有着密切的联动关系。“神九”飞天将带动整个中国科学技术的发展与经济繁荣。
过去的60年里,航天活动与自然科学和社会科学的每一个学科都有着密切的联动关系。首先,它无可辩驳地证明了近代科学过去所积累的知识绝大部分是正确的。天文、生物学、数学、物理学、化学和唯物论哲学的主要科学理论过去都是在地球上由观察、实验、抽象和推理得到的,航天事业的实践已经证明这些知识在地球以外也是可靠的、正确的和可以信赖的。其次,航天活动对现代科学技术的发展产生重大的影响。如地质学是航天探测其它天体的基础,航天探测结果对地质学又产生了重大影响,航天探测通过对月球的直接观察表明,在地球上找到46亿年以前的岩石可能性几乎没有;一批新的学科,如行星地质学和宇宙地质学已经诞生。航天探测对生命科学的触动最大,使得争论数百年的生命起源问题又进入了新的热潮,在航天活动的推动下,宇宙化学已经诞生,为了解生命起源提供新的知识。今天,人们不仅认同地外生命存在的可能性,而且竞相实施国家级的大科学工程去探测,如为了挖掘生命起源的“种子”,美国曾设计航天器“深度”撞击彗星。
航天产业的重要特点,就是能够带动其它科技领域的发展,进而推动社会经济发展。如美国的“阿波罗”登月计划持续近10年,耗资达255亿美元,但投入产出比却高达1:14,在此后的十多年间催生了液体燃料火箭、微波雷达、无线电制导、合成材料、高性能电子计算机等一大批高新科技产业群体,并衍生出了包括航空航天、军事、通信、材料、医疗卫生、计算机及其它方面的3000多项应用技术成果,并推动了从医药到材料加工等几十种行业的发展,航天工业如今已成为美国在世界上最具领先地位的产业之一。更重要的是,“阿波罗”计划还引领了科技进步,推动产业繁荣的浪潮,也为此后美国鼓励高校科研社会化和产业化法案的出台奠定基础。
同样,从“神一”飞船到“神九”飞船,中国航天技术的应用成果已经逐渐开始辐射到新材料、新能源、计算机、生物技术和精密制造等诸多领域。
“神九”飞船与“天宫一号”对接成功,整个中国大地一片欢腾,载人航天工程与老百姓的生活息息相关。
俄国航天理论先驱齐奥尔科夫斯基曾说过(1903年):“地球是人类的摇篮,但人类不能总在摇篮里生活。”著名的英国天文学家去年在多伦多大学的讲演中说(2010年):“地球在近两百年里,难免有毁灭灾难,人类要想世世代代的生存下去,必须移民到其它星球上去,所以我支持发展载人航天。”根据近百年天文学理论,地球的资源和太阳的能量总有一天要耗尽的,人类要可持续地发展,必须飞出地球或太阳系;由此可见,载人航天工程是造福子孙后代的事业,需要我们人类祖祖辈辈的不懈努力。
从历史发展的角度考察,尖端科技一般都会通过推进社会文明、积累社会财富来提升人民福祉,矫正社会治理方式,深化现代政治国家观念,并以“人的幸福、人的尊严”为最终旨归。目前,从个人电脑到手提电话,从数码相机到互联网通讯,所有这些都包含着航天科技的结晶,如果离开航天技术,像GPS导航、数字地球、卫星电视与通信等等,每个人的生活都会与“现代化”相剥离。
过去的痛苦即是快乐。
生命不可能从谎言中开出灿烂的鲜花。
航空vs航天
先来解释一下航空航天专业究竟指的是什么。其实,航空和航天有很大区别。航空技术主要是研制军用飞机、民用飞机及吸气发动机,航天技术主要是研制无人航天器、载人航天器、运载火箭和导弹武器,最能集中体现两者成果的是航天器和航空器。
举个直观的例子,所有航空器都是在稠密大气层中飞行的,其工作高度有限。现代飞机最大飞行高度也就是距离地面30多千米。即使以后飞机上升高度提高,它也离不开稠密大气层。而航天器冲出稠密大气层后,要在近于真空的宇宙空间以类似自然天体的运动规律飞行,其运行轨道的近地点高度至少也在100千米以上。对在运行中的航天器来讲,还要研究太空飞行环境。还有,动力装置不同。航空器都应用吸气发动机提供推力,吸收空气中的氧气作氧化剂,本身只携带燃烧剂。而航天器其发射和运行都应用火箭发动机提供推力,既带燃烧剂又带氧化剂。吸气发动机离开空气就无法工作,而火箭发动机离开空气则阻力减小有效推力更大。除此之外,在飞行速度、工作时限、升降方式等多方面,航天器和航空器都有差异。所以,航空航天类既是一个整体,两者又要独立对待。
前景篇
航空航天事业对国家,无论从军事国防还是经济国力上讲,都有着中流砥柱的地位。
从军事意义上讲,在现代战争中,空战已经占据着主导地位。像军用飞机、导弹、航母这些衡量着一个国家的国防力量的重要指标,和国家的航空航天技术水平有着直接的联系。
从经济意义上讲,航空航天事业是一个国家制造业生产力的重要标志,因为航空航天产品往往综合了许多高、精、尖的先进技术。在这些技术上的突破不仅仅对航空航天事业是意义重大的,更重要的是对国家科技实力的提升是一个有力的促进。另外,航空航天中像民用机这样对经济产生直接影响的行业的发展对国家经济的影响力也是十分巨大的,如大型客机。
就我国现状而言,航空航天水平还很落后,尤其是航空业,战斗机主要还是依靠国外进口发动机。航空航天科技工业极具发展前景,对人才的需求会持续旺盛,在最新的调查中,航空航天专业已经成为最被看好的专业之一。
学习篇
航空航天类专业主要包括飞行器设计与工程、飞行器动力工程、飞行器制造与工程、飞行器环境与生命保障工程4个专业。第一个专业做的是飞行器的总体设计,包括外形和结构设计;第二个做的是飞行器动力装置和动力装置控制系统,属于核心技术;第三个在于“制造”,对飞行器的零件加工与成型工艺、装配工艺独成一门;第四个是学习民用领域的热能利用、空调、供暖等系统设计,到了研究生阶段还要深入学习航空航天环境模拟与控制系统设计、航空航天生理和生命保障。但要注意的是,航空航天并不局限于这几个专业,它更包含像信息、能源、制造等的技术综合。
飞行器设计与工程
简单地讲,飞行器设计与工程最主要指的就是对飞机、导弹等飞行器的设计。这个广泛的概念既包括飞行器整体的设计,也包括飞机的结构设计与研究。可想而知,这样的工作肯定不像网上的军事迷个性化地画一些飞机设计图那样简单有趣,而是需要在十分深厚的理论知识的指导下,综合一切实际因素进行最优化设计的十分复杂繁琐的工作。
本专业学生主要学习飞行器设计方面的基本理论和基本知识,受到航空航天飞行器工程方面的基本训练,具有参与飞行器总体和部件设计方面的基本能力。需要学生对数学、物理、力学等有比较浓厚的兴趣。
飞行器动力工程这个专业从广义上讲就是能源动力工程,而对于航空航天飞行器来讲,就是飞机和火箭上的发动机。航空发动机是提供飞行器所需的动力装置,被称为“飞机的心脏”。 对于一架飞机而言,往往发动机的成本占了飞机总成本的一半,而发动机的制造技术又是飞机制造中难点中的难点。
本专业学生主要学习有关飞行器动力装置的基础理论和基本知识,受到机械工程设计、实验测试和计算机应用等方面的基本训练,具有飞行器动力装置及控制系统的设计、实验和运行维护等方面的基本能力。需要提醒大家的是,学生应具备扎实的数学、物理等方面的理论知识,掌握外语、计算机等必备工具。
飞行器制造与工程能够设计出来的东西往往不一定能够制造出来。因此,许多关键技术的制约瓶颈不是在设计能力上,而是在制造能力上。制造能力越强,可设计的空间就越大,技术水平就越高。制造技术不仅仅制约着飞机制造行业,更影响着国家制造业的整体水平,也就是标志着汽车、船舶、航空航天的制造能力。
本专业学生主要学习自然科学基础知识、制造工程基本理论和飞行器制造的基本理论和知识。通过各种实践性教学环节,培养学生运用所学的基本知识和技能,分析和解决飞行器制造工程中实际问题的能力。如果对飞机机械原理感兴趣,希望做一名飞机设计师,这个专业就适合你了。
沉沉的黑夜都是白天的前奏。
成功往往是最后一分钟来访的客人。
飞行器环境与生命保障工程
本专业培养具备航空、航天环境模拟及控制、生命保障系统设计与研究能力,能在航空航天领域从事环境控制与生命保障系统设计,在民用领域从事热能用、空调、供暖等系统设计的工程技术人才。
本专业学生主要学习航空航天生理、空间环境工程、热控系统理论、控制理论、人机系统工程等基础理论,掌握从事航空航天环境模拟、控制与生命保障系统设计与研究所必需的基本知识和技能。
具体来讲,航空航天专业普遍对力学和数学、物理的要求非常高,这些课程往往比较难。更因为是工科,因此学生的课程学习会非常繁重。也就是说,如果考生的数学、物理基础不好的话,很难学好这些专业。
专注固体动力发展五十载
固体推进剂是导弹、火箭的重要动力源,直接决定了导弹、火箭“飞多高、飞多快、飞多远”。四十二所始终坚持“领先时代、追求卓越”的发展理念,专注研发,先后研制出聚硫、丁羧、丁羟、高能四代固体推进剂,形成了“中、高、低、特”系列化配方技术,参与了100多项国防装备、宇航型号研制,努力为我国国防型号、卫星和飞船提供能量更高、性能更优、实用性更强的固体动力技术。
50年前,老一代四十二所人在“我们也要搞固体导弹”的感召下,舍弃城市繁华,忘却个人得失,义无反顾献身固体事业。从北京东山沟到四川泸州,从北上内蒙呼和浩特到南下湖北襄阳;从“中国固体第一芯”到《东方红》旋律响彻寰宇,再到巨浪一号、蛟龙出海,谱写了中国固体火箭事业自力更生、从无到有的壮丽凯歌。在固体动力行业中,“高能量”一直是国家迫切需要的关键技术,也一直是四十二所人矢志追求的梦想。由于专门与“性情暴虐”的易燃易爆高能量“猛虎”打交道,四十二所人也被称为固体推进剂的“驯虎人”。从最初数以克计的高含能材料探索开始,一路“摸着老虎的屁股”走来,取得了重大突破。1980年代初,四十二所率先提出了高能推进剂的研制方向,并成立攻关组开始了相关工作,在国内首次合成了某关键原材料,进行了首发高能推进剂某尺寸发动机装药与地面试车,展现了优良性能和能量。而后,四十二所成为全国高能推进剂联合攻关组推进剂配方研制总体设计单位、攻关办公室挂靠单位,先后完成了多种尺寸发动机装药与地面试车。经过多年的高能攻关,使我国成为世界上第二个拥有能量水平最高、综合性能最佳的高能固体推进剂的国家。高能攻关,直接推动了我国新一代战略导弹武器的更新换代,开创了固体事业新的春天,也带动了四十二所关键工艺设备研制、原材料合成、绝热层与衬层研制等一大批技术的创新,近十个项目获得部级以上科技成果奖。高能攻关还造就了一支科学严谨、胆大心细的技术队伍,培育了“攻坚克难、勇攀高峰”的“高能精神”。
进入新世纪以来,四十二所积极适应改革发展的时代要求,圆满完成了以国家高新工程为代表的各类型号研制任务,高能推进剂在系列战略、战术型号中得到应用;坚持以能量为主线,推进高能系列推进剂配方研制,探索更高能量推进剂,形成了“中、高、低、特”系列化的固体推进剂配方和完善的配套技术,使固体推进剂在更广阔领域更好满足了各类武器型号研制需求,具备了各类武器装备和宇航型号研制的支撑、服务和保障能力。
助飞载人航天工程二十年
从1992年我国载人航天工程立项到“神舟十号”飞天,四十二所先后承担了2F火箭逃逸系统发动机动力源、“神舟”系列飞船密封件、“神七”舱外航天服橡胶件、“天宫一号”舱体密封件、“玉兔”月球车防尘密封圈及“神九”航天员医监生化检测组件等技术和产品的研制生产任务,涉及到火箭、飞船、空间实验室和航天员四大系统。
逃逸系统是“2F”火箭为了确保航天员生命安全而设计的一个安全系统,四十二所参与了其发动机的研制和生产。该发动机具有高速度、高可靠性的特点,一旦火箭在点火发射后最危险的120秒内出现故障,该发动机将点火工作,迅速将载有航天员的飞船舱体带离危险区域。若火箭顺利升空,两分钟后发动机按正常指令点火工作,逃逸火箭完成飞船发射阶段的护航使命,自行与简体分离。自“神一”到“神十”,该逃逸火箭发动机均圆满完成任务。
特种橡胶及热防护材料,是固体火箭发动机核心技术之一,四十二所瞄准我国空间飞行器的发展方向,开始了空间密封材料的探索研究,先后在“船、服、站、车”中大显身手。由于外太空环境复杂以及飞船舱体内环境的特殊要求,密封材料必须具有极低的挥发性且无毒、无污染,始终保持可靠的密封性能。四十二所先后为神舟飞船提供了近万件飞船密封件,一次性合格率均为100%。“神舟七号”“天宫一号”“神舟八号” “嫦娥三号”分别验证了特种橡胶密封件的可靠性。
“天宫一号”为航天员们配备了一套医监生化检测系统,就像是一个小小的“太空医院”,对航天员的各项生理指标实施“医学监护”。其中,四十二所承担研制的医监生化检测组件,是一套样本采集、预处理和进样检测的工具,主要是对航天员在轨飞行时的体液进行检测,对相关生理指标进行实时监控,其中的专用特殊材料在天空极端环境下无毒、通明、耐酸碱、耐高温,且具有灵敏度高、特异性强、稳定性好等特点。
以核心技术促军民融合发展
近年来,四十二所大力推进航天技术在更广泛领域转化应用,推进了军民融合的转型发展,被国家科技部授予“第五批国家技术转移示范机构”。
一是坚持以创新能力建设促军民融合发展,构建“产研结合、军民结合”的技术创新平台。整合分散在各个军品研究室的民品研发力量,成立了工程技术研究中心、系统产品开发中心。聚焦安全技术与装备、高性能光电子薄膜材料等领域,积极推动各类技术研发创新平台建设。已经拥有一个省级的企业技术中心,一个省级光电子薄膜工程技术中心,以及应急救生与安全防护、低维光电材料与器件两个省级重点实验室。构建航天技术应用产品的转发应用平台,成立了三个投资公司,形成了“军民良性互动、产研顺畅衔接”的军品融合发展渠道。各种光电子薄膜、气源等产品已成功用于军、民多个领域。“瑞司达”、“航鹏”两大品牌多项产品被列入国家高新技术“火炬项目”;汽车安全气囊气体发生器成为国内自主品牌总成厂的最大供应商;气体发生剂供应于国际排名前四的汽车发生器厂家;建材保护膜占有市场龙头地位,产品远销海外并打入欧洲市场……
关键词:药用植物;太空航天育种;进展
中图分类号:G633.91
航天育种又称空间诱变育种或太空育种,是指利用返回式卫星、飞船或高空气球将作物的种子、组织、器官或生命个体等材料送入太空,利用太空中的宇宙空间特殊的环境诱导植物变异,再返回地面进行选育、筛选植物优良品种的技术。航天育种开创了育种新途径,除了应用于农作物、蔬菜、园艺花卉等植物种子并取得了令人瞩目的成绩外,在林业、牧草、药用植物、水产动物等方面的研究与应用也已经启动,且前景广阔。
1太空航天育种的原理
在自然条件下,由于外界环境的变化较小和遗传结构的相对稳定性,植物本身发生自发突变的频率极低,并因植物种类和基因型的不同而存在差异。而地球外太空的大气结构、密度、压力、辐射等条件与地面存在很大的差异,这些差异都可能引起植物种子遗传信息产生变异。航天育种充分利用了这种不同于地面的空间环境,如强宇宙射线辐射、高真空、微重力、交变磁场等。上述因素共同作用于种子的核酸物质,使DNA分子的电子激活,结果造成DNA分子链的解链或突变,或者引起染色体缺失、倒位、易位、重复等畸变,从而对植物种子遗传信息产生诱变,获得在地面上难以获得的某些变异。当航天器返回地面后对变异种子进行性状筛选,最后种植推广,培育得到具有优良品质的新品种。科学实验证明,宇宙辐射和微重力是影响植物种子的生理和遗传性状的主要因素。
1.1宇宙辐射
太空中存在着各种质子、电子、离子、粒子、高空重离子等高能粒子以及x射线、?射线和其他宇宙射线,它们能穿透卫星舱体外壁,作用行器中的生物。首先射线的能量沉积在物质上,引起物质的原子和分子的激发与电离,电离过程随后形成自由基,自由基与DNA作用可以引起DNA多种类型的损伤,包括碱基变化、脱落、氢键的断裂、单双键断裂、DNA即蛋白质分子内和分子之间的交联,细胞为求得生存会出现应急效应(SOS)。同样,当生物被宇宙射线中的高能重粒子击中,引起细胞内遗传物质DNA分子的双键断裂,其中非重接性断裂所占比例很高,细胞为求得生存也会出现应急效应(SOS)。以上SOS反应中主要进行的是倾向差错的修复,此修复过程诱导产生缺乏校对功能的DNA聚合酶,它能在DNA损伤部位进行复制而避免了死亡,但带来了高的突变率。因此,细胞中发生多重染色体DNA畸变且畸变且是非特异性的。正是基于这样的原因,空间诱变育种技术可以获得地面常规方法较难得到的罕见种质材料和资源,从而选育出突破性新品种。
2太空航天育种的特点
航天育种是创造新种质资源和新品种的一种有效途径,与常规育种相比,可出现常规育种不易出现的变异,可以为遗传育种的定向选择提供丰富的资源,并可能获得地球环境下不可能产生的特殊性状。
2.1变异频率高
传统辐射诱变的有益变异频率仅为1‰-5‰,而太空辐射诱变的有益变异频率为1%-5%,最高的诱变率可超出33%以上。
2.2后代稳定快,缩短育种周期
多数太空变异性状稳定较快,有利于加快育种进程。在地球上选育一个植物新品种所需的时间,太空育种则可以将其缩短一半,可以节约许多人力物力。
2.3打破基因连锁,实现基因重组,创造多种突变体,丰富种质资源
很多突变体是自然界本来没有的新性状,因此可以极大地丰富种质资源,供植物遗传育种直接或间接利用,为育种者提供良好的选择机会。
2.4改良农作物的品质,能够提高产量
经试验选育,作物穗形大、分蘖增多,单产得到提高。航天选育的品种具有果形大而饱满、营养成分含量高、口感好、耐贮存等。种植试验表明水稻蛋白质含量可提高8.7%-12%;青椒果实大、品质优,果实中的维生素C含量提高10%-25%。
2.5航天育种选育出来的产品无基因安全性问题
航天诱变育种不是转基因育种,它没有外源基因的引入,而是利用太空的物理条件作为诱变因子,使植物产生基因突变,这种变异本质上与自然界普遍存在的自然变异没有区别,只是加速了生物界需要几十年甚至上百年的自然变异的变异过程。
3我国航天搭载药用植物的研究概况
我国空间药用植物学的研究开始于20世纪90年代,搭载过的药用植物包括梭梭和肉苁蓉种子、黄芩、桔梗、红花、藿香、甘草、洋金花等。刚开始主要是国防科工委航天医学研究所与中国医学科学院药用植物研究所受国家自然科学基金资助做了一些工作,他们把种子放入自行研制出的小型生物舱内进行空间飞行,从而进行研究。至此之后,我国发射了多颗宇宙飞船与卫星,搭载各种种质材料进入太空,其中包括多种药用植物。
4太空环境对药用植物的影响
4.1生物学性状变异
个体水平的植物空间诱变效应主要表现在对SP1代植株的形态学改变、不育性及致死效应等方面。经过太空环境处理的药用植物种子性状表现因品种而异,发现航天搭载可提高种子的出苗率,促进了幼苗的生长发育,植株的开花期提前1周左右。降低了植株的单株结实率,增加了单株籽粒重,显著增加了地上的分支数和主果穗长度,提高了根鲜重。
4.2细胞结构和染色体的变异
许多研究表明,植物种子进行空间飞行后,太空环境或卫星发射过程中的强烈冲击,会使植物细胞壁产生破损,造成种子吸水能力提高、导电性增强。如红豆草经过空间诱导后,其叶片细胞壁不规则增厚,液泡变大,叶绿体变小,基粒片层数量明显增多。在染色体方面,经过空间诱导的植物,分裂过程中的G1期延长,有丝分裂指数减少,有丝分裂的不同阶段会出现细胞歧化和反常的分裂数,以及染色体在分裂中期不沿赤道板排列等现象。经过卫星搭载后,苜蓿细胞的有丝分裂被促进或抑制,其种子根尖细胞染色体则出现了微核、染色体桥、断片、落后等畸变类型。
4.3生理生化的变化
植物经过辐射后,其光合色素量、酶蛋白活性的检测和酯酶同工酶谱等生理生化指标都会发生一定变化。多数植物的酶活性升高,表现出一定的抗性特征,其SP1代幼苗的酯酶和过氧化物同工酶酶谱会有新酶带生成或酶带活性增强。
4.4化学成分差异
太空环境对药用植物的化学成分也会有一定的影响,如经过航天搭载后的甘草种子发育成熟的根,它的甘草酸和甘草苷的含量分别比对照组高2.19和1.18倍。
4.5基因组变化
空间环境下,植物细胞受微重力、空间辐射、亚磁场等各种因素的影响,染色体容易发生变异。
参考文献:
[1]李桂花,张衍荣,曹健.农业空间诱变育种研究进展[J].长江蔬菜,2003(12):33-36.
这是中华民族向太空进军的第一声礼炮。这一天,对于我国航天界乃至全国各族人民来说,都是个值得纪念与回顾的日子。
“东方红”1号的上天,标志着我国在航天技术领域实现零的突破,开创了我国航天事业的新纪元。从此我国不仅成为世界上第五个独立研制和发射人造卫星的国家。在随后的30多年的时间里,经历多次挫折和失利,我国航天事业创造了许多辉煌的纪录。
一、中国航天事业的发展
1970年4月24日,随着第一颗人造地球卫星“东方红”1号在酒泉发射成功。中国成为世界上第五个发射卫星的国家。
1975年11月26日。首颗返回式卫星发射成功。3天后顺利返回,中国成为世界上第三个掌握卫星返回技术的国家。
1988年9月7日,4号运载火箭在太原成功发射了风云1号A气象卫星。
1990年4月7日,“3号”运载火箭成功发射美国研制的“亚洲1号”卫星。中国在国际商业卫星发射服务市场中占有了一席之地。
1990年7月16日,“”2号捆绑式火箭首次在西昌发射成功,为发射载人航天器打下了基础。
1999年11月20日,“神舟”1号飞船在酒泉卫星发射中心发射升空,飞船返回舱于次日在中部地区成功着陆。
2001年1月10日,“神舟”2号飞船在酒泉卫星发射中心发射升空,在轨飞行7天后成功返回地面。这是我国第一艘无人飞船。飞船上进行了微重力环境下的空间生命科学、空间材料、空间天文和物理等领域的实验,各种仪器设备性能稳定,工作正常,取得了大量数据。与“神舟”1号试验飞船相比,“神舟”2号飞船的系统结构有了新的扩展。技术性能有了新的提高。飞船技术状态与载人飞船基本一致。
2002年3月25日,中国成功发射“神舟”3号试验飞船,环绕地球飞行了108圈后。于4月1日准确降落在内蒙古中部地区。飞船搭载了人体代谢模拟装置、拟人生理信号设备以及形体假人,能够定量模拟航天员呼吸和血液循环的重要生理活动参数。“神舟”3号轨道舱在太空留轨运行180多天,成功进行了一系列空间科学实验。
“神舟”4号飞船于2002年12月30日成功发射,在完成预定空间科学和技术实验任务后。于1月5日在内蒙古中部地区准确着陆。这艘飞船除没有载人外,技术状态与载人飞船完全一致。飞行中。先后进行了对地观测、材料科学、生命科学实验及空间天文和空间环境探测等。
“神舟”5号飞船于2003年10月15日成功发射。飞船采用“2号F”运载火箭作为动力载体,限制返回舱,飞船搭载了杨利伟一人。
“神舟”6号飞船于2005年10月13日成功发射,飞船采用“2号F”运载火箭作为动力载体,飞船搭载了费俊龙、聂海胜两名宇航员,在“神舟”五号的基础上进行了100多项技术改进,飞船正常飞行时宇航员可以打开返回舱舱门,进入轨道舱进行科学实验活动。中国载人航天实现了2人5天、航天员直接参与空间科学实验活动的新跨越。中国成为继俄罗斯和美国之后世界上第三个掌握载人航天技术的国家,这是我们中华民族的骄傲。
“神舟”7号载人航天飞船于2008年9月25日21点10分04秒从中国酒泉卫星发射中心载人航天发射场用二号F火箭发射升空。飞船于2008年9月28日17点37分成功着陆于中国内蒙古四子王旗主着陆场。“神舟”7号飞船共计飞行2天20小时27分钟。“神舟”7号飞船是中国第三个载人航天飞船。
2008年9月27日16点30分,宇航员翟志刚出舱作业,实现了中国历史上宇航员第一次的太空漫步,中国成为第三个有能力把航天员送上太空并进行太空行走的国家。
二、运载火箭的材料
飞船的发射离不开运载火箭,而运载火箭在穿越大气层时会因摩擦产生大量的热。温度高达几千摄氏度,那么,什么样的材料能承受这样的高温呢?
事实上,火箭的外壳一般是用钛合金、铍合金和铝合金等材料制成的,而这些合金材料很容易传热。要是火箭的外壳直接接触这样的高温,那么火箭外壳的强度将会大大减弱,几千度的高温就很快传到火箭内部,烧坏火箭的各种自动控制仪器和电子元件,火箭也就无法按预定的轨道正常飞行。
为了防止几千度的高温传人火箭内部,使火箭内的各种仪表正常工作,人们想办法给火箭外壳涂上一层又轻又薄的特种涂料――耐烧蚀隔热涂料。涂上这种涂料,就好比给火箭穿上了一件石棉衣服,火箭在大气中飞行就安全无恙了。大多数涂料是以有机树脂为基料的,它为什么在高温时会有不燃烧和隔热的性能呢?人们通过长期的科学实验,发现只要合成一种含有硅、磷、氮、硼、氯等元素的有机树脂,它就具有耐高温和自熄的特性。如果再在这类耐高温的树脂中。加入一些无机填料(如二氧化硅、云母粉、碳硼纤维等)和升华物质(如氧化硒、硫化汞等),就可以制得一种既耐高温又有良好隔热性能的涂料。
这种特种涂料可以采用一般的涂刷、喷、刮的方法,把它紧密地覆盖在火箭的外壳上。当火箭在大气中高速飞行时,火箭外壳和气流摩擦所产生的热量,使涂层中的升华物质渐渐挥发,与此同时,耐高温有机树脂形成了微孔的碳化层。在这个过程中,虽然涂料表面消融了,但也带走了部分热量。留下的碳化层就好像一道隔热的屏障,把外界大部分热量隔绝掉。当然,火箭在高速飞行时,气流有可能把这层碳化层冲走,但是涂层的厚度是根据火箭飞行时间、涂料消融速度和涂层的隔热效果设计的。冲走了一层碳化层,它还“后继有人”。下面没有碳化的涂层又开始“赴汤蹈火”。直到火箭完成飞行使命为止。这种耐烧蚀隔热涂料,除了用于火箭和飞船等航天工具,还可用在飞机发动机的隔热、玻璃钢火箭发射筒的隔热和抗激光穿透等方面。
三、运载火箭的燃料
运载火箭使用什么动力把航天器送上太空的呢?
早在运载火箭发明前,人们使用油和汽做燃料,汽车、轮船和飞机就是靠这些燃料来行驶的。后来,科学家发明了靠化学能来产生动力的运载火箭。运载火箭是用煤油、酒精、偏二甲肼、液态氢等作为燃烧剂,而用硝酸、液态氧等提供的氧化剂帮助燃烧的,人们习惯上把燃烧剂和氧化剂通称为火箭发动机的燃料或推进剂。