今天是太空与您相伴的【第1838期】
苏联、美国的飞船在正式载人飞行前，都进行了数次搭载猴子、狗或猩猩等动物的实验，用以观察航天环境对人体的影响和检验飞船的生命保障系统。
为什么中国的无人飞船实验，不让动物先上太空？为了更好地说明此问题，我们首先来说说把动物送入太空的意义。
载人飞行的“先驱”
在浩瀚的太空中，除航天员外，还有远远超出航天员数目的各种动物曾经或正在太空中飞行着。人们为什么花费很大的代价把动物送上太空呢？
检验飞船系统的可靠性
载人航天的最终目的是将人送上天，使人能在太空环境中很好地生活和工作。为了达到这一目的，首要的任务是研制能够适合人生存的航天器。但在从未实现地球轨道飞行之前，无论是设计人员还是航天医学专家，对航天器的人—机系统能否经受航天过程中多种特殊环境的考验并无把握。因此，在将人送上天之前，可以利用动物对飞船系统进行一系列的测试和鉴定性飞行。
▲四名上天的狗狗合影
苏联和美国在将人送上天之前，都进行过多次动物飞行实验，每次动物飞行实验不仅对飞船的环境控制、生命保障和救生系统等进行了验证，而且能为提出更完善的实验设计奠定基础。例如，苏联在“卫星”2号飞船飞行后不到4个月，于1960年12月1日又发射了“卫星”3号飞船。此飞船在返回地面时，由于自动稳定系统出现故障，致使飞船和动物在大气层中烧毁。此后，在改进飞船自动稳定系统的基础上，发射了载有动物的“卫星”4号飞船和“卫星”5号飞船，都取得了成功，然后苏联才决定发射载有航天员加加林的“东方”1号载人飞船，从而开创了人类进入太空飞行的新纪元。
了解太空飞行环境对人体的影响
太空环境充满了危险和不确定性，如高度真空、超重、失重、辐射等等，尤其失重是地球上的人从未生活过的环境。载人航天前，科学家对在这种环境下人能否生存和工作有着不同的看法。一些医学专家认为，失重可能会影响人体的各个生理系统，甚至危害人的生命安全，因此必须首先进行动物航天实验，在确定对动物体无明显影响的情况下，才能进行载人航天。
▲第一个上太空的地球生物，菜卡。
苏联和美国在载人航天之前都进行了多次多种动物的太空飞行，记录了飞行过程中动物的四大生理指标（心率、血压、心电和呼吸），在确保动物可以很好生存的情况下，才进行了载人航天。实现载人航天后，尽管动物航天“先驱”的重要作用有所降低，但在实现下一步的载人航天任务之前，例如，重返月球、进行星际航行，动物航天仍然起着“先驱”的重要作用。
深入开展航天医学研究
动物和人体实验证明，航天飞行可以引起各生理系统的明显改变，但很多关于这些变化的潜在危害性、变化机理和有效防护措施等深入的医学研究不能在人体中进行。例如，为了探讨某些变化机理，必须从分子、细胞和组织水平上了解航天对人生理系统的影响，在实验方法上需要采用插管、埋藏电极、取活体组织器官等方法，这些损伤性的实验方法不能在人体中进行，必须用动物进行实验。
▲菜卡的纪念碑
同时，由于参加航天的航天员人数有限，而且他们在飞行中任务繁忙，不可能进行很多的医学实验；又由于航天飞行中对人体的实验条件很难控制，一些因素（例如心理活动、实验前状态、采用的对抗措施等）也会影响实验结果，因此目前对人在太空环境，尤其是失重状态下的一些生理变化规律尚未完全掌握，对生理系统变化机理的探讨也是刚刚开始。为了深入地开展航天医学研究，借助航天中的动物实验是必不可少的。
中国神舟飞船为何没有进行动物试验？
航天环境因素（尤其是失重）对航天员健康不构成威胁
在早期载人航天试验时，由于人类还没有上过太空，在航天的特殊环境下，尤其在没有重力的太空环境中，人类能不能生存，长期失重环境对人的生命有没有影响，还存在不确定因素，需要通过搭载动物试验进行探索和研究。而现在，这个问题已经有了明确答案，因为到2002年8月，世界各国的航天员已经有906人次上过天了，其中有男有女，最多的一位航天员已经上天七次，岁数最大的77岁都上去了，在太空停留时间最长的航天员达到400多天。
航天医学家们记录了他们在航天飞行各个阶段生理指标的变化，观察了超重、失重、噪音、震动、着陆冲击等环境因素对航天员健康的影响，都没有出现很大的问题。尤其是航天医学家们研究了失重对航天员健康的影响，得到的结论是虽然失重可以引起了航天员各个生理系统的变化，例如出现心血管失调、空间运动病、贫血症、骨质疏松、肌肉萎缩、免疫功能下降等变化，但这些变化都是人体适应失重环境的改变，没有达到严重的病理改变，而且在返回地球后，这些变化会慢慢地恢复，航天员照样健康地生活，照样生儿育女。至于飞行前的超重和返回时的震动和着陆冲击，由于神舟号飞船技术的先进，都在人体的耐受范围内。
动物实验存在弊端
中国对神舟号无人飞船是否要搭载猴子的问题也是有过考虑的。中国最聪明、最好训练的是云南的猴子，有人主张从云南买一批猴子回来训练。要达到猴子上天的目的，必须像送人上天一样，有一批专门的科研人员进行大量的研究，从事猴的选拔、训练，了解猴在模拟状态下生理功能的变化，研制猴飞行中的生保系统，记录猴在太空中生理指标的变化和提供动物食品供应等。还要搞动物饲养房、动物训练室。一算账，建一个猕猴训练房就得3000万元。如果加上上面所述工作和设备所花的钱就更多了。
其次，猴子也不是很好训练。飞船升空，有过载，有噪音，猴子要受惊，害怕，不吃不喝怎么办？我们的飞船按设计可以在太空自主飞行七昼夜，如果猴子七天七夜不吃不喝，下来它就死了，这究竟是飞船的问题，还是猴子的问题？很难说得清楚。反倒会给航天员增加思想负担，有顾虑了，不敢上了。
▲NASA早期用于开展动物实验的黑猩猩哈姆
另外，猴子等动物上了飞船，不会安分地坐在座位上，容易闯祸。用猴子也不能完全模拟出人的生存环境来，例如，猴子的体积比较小，代谢率比较低，与人差别很大。猴子的最大代谢能力只有人的六分之一，对氧的消耗很慢。我们的飞船返回舱设计的是3名乘员，如果要模拟出3个人的生存条件，那就得用18只猴子！
我国载人航天技术可以确保航天员的安全
为确保航天员健康地生活、高效地工作以及生命安全，载人航天器上设置了一套环境控制与生命保障系统，用于控制压力，去除二氧化碳和有害气体，控制温湿度，以及供应食品与饮水和收集废物。这套系统需要在载人航天前进行验证，确定它是否可以正常地工作。
▲史上最早进入太空的动物之一
那么，这样一个系统在无人航天器上怎样才能知道它工作不工作、合格不合格呢？动物上天是一种考核的方法。国外在20世纪50年代，曾以动物作为载人航天器的拟人载荷装置来考核载人航天器的环境控制和生命保障系统。1957年，苏联将载有小狗的卫星送上太空，结果小狗在轨道舱飞行时因缺氧而死。从1960年5月到1961年3月，在不到一年时间里，苏联又连续发射了7艘载有狗、大鼠和小鼠的试验载人航天器，用于探索载人航天器的生保系统以及发射轨道飞行环境对生物的影响。在第3、6、7艘试验载人航天器飞行获得成功后，1961年4月，苏联航天员加加林驾驶“东方1号”飞船进行了人类的首次太空飞行。美国在载人航天之前也先以猴、猩猩等高等动物作为试验对象。
中国的载人航天工程又一特色是设计了更先进、更完善的生命保障系统，即便发生意外，也能让航天员安全回来。如何证明此系统的可靠性，我国不采用动物试验的方法，而是采用了我国自己研制的人体模拟代谢装置，也是称为“假人”载荷装置。
在中国发射的第3、4艘无人飞船里面，有一个“假人” 。“他”由头、躯干、四肢等14个部分组成 ，体重70公斤，身体每一部分的形状与航天员真人基本一致，能够满足航天服的穿脱，当安装在飞船座椅上时，其姿态能够与载人姿态保持一致。
▲神舟三号任务中为模拟人“上妆”
“他”可以模拟人的耗氧速率、耗氧量和产热率，模拟真人消耗舱内氧气，向舱内辐射热量，及时通过环境控制和生命保障系统把舱内的氧分压和温度控制在医学要求的范围内。“他”的拟人生理信号设备可将所录入的心电、呼吸生理信号，从太空回传到地面，以考核飞船医监设备的可靠性。经过太空旅行后，假人上的数据显示，中国飞船完全可以达到3人飞行7天的供氧要求。另外，还提供了其他生理数据。 这样做使中国摆脱了大动物实验阶段，从无人飞行试验直接跨入到载人航天飞行。
由于以上原因，中国在发射载人飞船前，就无须顾虑人是否可以在航天环境下安全生活的问题。中国人的载人航天没有跟在外国人后面走漫长的动物试验过程，而是走出了自己的路，在落后美俄40年的情况下，最终建立起了自己的空间站。
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来源 | 《航天员》杂志
作者 | 沈羡云
编辑 | 李鑫
校对| 彭钰
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