2002年12月30日凌晨，“神舟”四号飞船从酒泉卫星发射中心成功升空。记者采访了中科院试验队有关负责人，获悉“神舟”四号将在太空开展多模态微波遥感对地观测、空间环境监测和空间科学实验、综合精密定轨实验、空间细胞电融合实验、生物大分子和细胞的空间分纯化、微重力流体物理实验、有效载荷在轨技术支持系统实验等8项在轨应用任务的科学和技术研究。

　　此次共有52件有效载荷设备随“神舟”四号飞船上天，除公用设备、大气探测器、微重力测量仪等19件设备已参加过飞行试验外，多模态微波遥感器、空间细胞电融合仪、高能粒子探测器等33件科研设备是首次上天。

　　太空观测站

　　“神舟”四号主载荷多模态微波遥感器，是我国第一个试验性的星载微波遥感器系统，主要用来对海洋进行观测，同时兼顾陆地遥感观测。与可见光和红外遥感相比，微波遥感器有其独特的优越性，它不受云、雷的限制，可全天时、全天候工作，而且对土壤和植被有一定穿透能力。该系统包括了3种微波遥感器：微波辐射计、雷达高度计、雷达散射计。这一黄金“搭档”将联手在太空大显身手。

　　微波辐射计主要用于探测降水、大气含量、积雪、土壤成分、海面温度；还可得到植被生长情况，对农作物进行估产。

　　雷达高度计可获得海浪的有效波高、海洋环流等海洋动力学参数，这种测量方法是目前对全球范围的海水、海冰表面进行全天候、连续、实时高精度测量的惟一手段，对自然灾害研究有十分重大意义。

　　雷达散射计在测量机理上采用了国际上先进的圆锥扫描方法，这种方法只有在卫星探测中使用过，它可以测量海面风速与风向，从而测到海面风场，可应用于海洋动力研究、海况预测及灾害监测等许多方面。

　　3种微波遥感器联手后，在太空组成多种复合观测模式，将获得更全面、更丰富的信息。这种多模态组合工作形式为我国首创。它减小了载荷质量、缩小了体积、降低了功耗，可以获得对同一观测区域的不同遥感器的观测数据，通过对这些数据的融合处理，可以获得更多的观测信息；同时在一个系统中对3种主要微波遥感器进行技术试验，为进一步发展我国业务型微波遥感器创造了条件。

　　空间气象站

　　正如飞机的飞行安全会受到雷电、暴风骤雨等大气天气条件的影响一样，飞船和航天员的运行安全也会受到太空中的“空间天气”的影响。

　　“神舟”四号将国内现有的各种用于空间环境探测的仪器都纳入到空间环境监测系统中，装上飞船，发挥其“太空哨兵”的作用，在飞船发射、运行、返回和在轨运行期间，进行空间环境监测，及时将“空间天气”情况通报给飞船控制管理人员，为下一步载人打下基础。

　　据科学家介绍，尽管“神舟”号飞船运行的轨道真空度很高，但也不是空无一物，如太空中的高速带电粒子的运动速度从每秒钟几百米到每秒钟几万公里，其穿透能力很强，可射入飞船内部，干扰电子设备的工作，损伤或损坏设备及材料。同时也会影响航天员的生命安全。而大量的低速粒子打到飞船上可使飞船表面带静电，有时可达上千伏。静电及其放电会产生电磁干扰，影响飞船和地面的通信、船内设备的工作、太阳电池的工作效率及飞船表面的温控层等。飞船轨道空间还有稀薄的大气，能造成飞船减速，导致飞船轨道高度每天下降几米。在太阳风暴时，大气密度成倍增加，飞船轨道高度下降加快，最多时每天可下降上百米。此时必须对飞船的轨道进行调整，否则飞船就会逐渐坠入大气层烧毁。飞船轨道高度的大气成分与地面不同，主要成分为原子氧，具有很强的活性，它会腐蚀飞船的表面材料、光学镜头等，使暴露在飞船外的材料性能变差。飞船轨道空间还有许多微小的空间碎片和微流星等，它们撞击在飞船表面，会打出无数个小坑。

　　上述这些空间环境就使太空中“空间天气”有时很宁静，有时是“狂风骤雨”。为保证“神舟”飞船和航天员的在轨运行安全，就需要对飞船轨道环境进行监测，实时掌握“空间天气”情况，为飞船控制和航天员活动提供环境依据。

　　“神舟”四号飞船安装了大批空间环境探测仪器，首次进行了系统的、较全面的探测。这也是我国首次在该轨道进行大规模探测。探测仪器包括安装在轨道舱的高能质子重离子探测器、高能电子探测器、低能粒子探测器，安装在返回舱的固体径迹探测器，这些探测器对轨道空间的各种带电粒子进行监测。而单粒子探测器和2台表面电位探测器将监测这些带电粒子引起的单粒子效应和飞船表面静电电位。

　　这近10台探测仪器是我国科技工作者多年研制的精华，与国外同类仪器相比在综合性能上具有一定的先进性。更重要的是它们将首次全面获得飞船轨道空间的第一手综合性资料。

　　流体物理实验室

　　流体物理学研究是微重力科学的重点领域，微重力环境下的液滴迁移动力学问题，既有理论方面的重要性，也有极强的应用背景。因此，液滴迁移研究受到国外微重力研究领域的高度重视，成为前沿热门研究课题。

　　液滴迁移现象常存在于微重力环境下两相合金分离的熔化过程、热交换过程以及相变过程中。控制成核过程是这些材料加工中的关键问题。微重力环境下的材料加工、晶体掺杂、空间焊接及电泳过程中都会遇到液滴或气泡的迁移问题。在微重力环境下，浮力的影响已经基本消除。气体、液体及金属矿物溶化过程中的相分离过程主要由重力决定，不同的密度差别会导致浮力、沉淀及分层结构的变形。微重力条件是制备难溶合金的最佳环境，有时甚至是惟一的途径。

　　液滴迁移实验作为首次在我国宇宙飞船上搭载的、在长时间稳定的微重力环境下进行的空间微重力流体物理学实验，其实验本身具有重要的意义。这标志着我国微重力流体物理空间科学实验研究和能力已处于国际先进水平。

　　微型生物研究所

　　细胞融合技术是生物制品加工、培育新品种和生物制药的新技术。利用空间微重力条件进行细胞融合实验的目的，是利用在微重力条件下细胞在融合液中重力沉降现象消失，可以提高电融合杂种细胞得率和细胞活力，为人类利用微重力资源进行空间制药探索的新方法。

　　“神舟”四号飞船上的电融合仪由我国自行设计，在一套实验装置中同时分别进行动物细胞和植物细胞的电融合实验，这两项电融合实验都是目前国际上生物技术的前沿课题。动物细胞融合实验采用小白鼠B淋巴细胞和骨髓瘤细胞。中科院上海生物化学所的研究人员介绍说，在发射场的实验室喂养着40只纯种小白鼠，这些小白鼠在喂养8周后，开始注入免疫抗体，3周为一个周期。当小白鼠生长到17至18周左右，注射第三次抗体后，从其尾静脉中取血，制备血清，当血清中抗原达到一定量，就可作为细胞融合的解剖对象。B淋巴细胞在体外不能进行繁殖但能产生抗体，骨髓瘤细胞在体外可以无限繁殖，利用“优势互补”的原理，将B淋巴细胞和骨髓瘤细胞进行融合，可以得到一种既能进行无限繁殖又能产生某一特定功能的单克隆抗体的杂种细胞，用以生产单克隆抗体，具有极大的应用前景和经济效益。

　　植物细胞电融合实验采用的是有液泡的黄花烟草原生质体和脱液泡的革新一号烟草原生质体。挑选这两种植物苗是因为它们本身的细胞性明显，并已进行了大量深入的研究。飞船发射前，科技人员在发射场的空间细胞电融合实验室里，精心培育了8个批次的烟草苗。这些烟草苗吃的是营养土，喝的是纯净水，并有微型电脑监测其湿度和温度。经过6周左右的生长，就从中提取细胞用于实验。细胞的融合对于植物研究既是一个分析手段，又成为一个有力的合成手段，融合后的细胞为细胞遗传物质的优化提供了各种各样的可能性。将来细胞融合技术发展后，可以把人参和虫草的细胞进行融合，产生的新品种将兼具二者共同的药效，这是非常有意义的。

　　空间电泳实验室

　　与细胞融合正好相反，在“神舟”四号上首次进行的生物大分子和细胞的空间分纯化实验，是将生物样品通过电泳的手段分离提纯。连续自由流电泳分离具有效率高、设备操作简单、分辨率好、过程和条件可控、对产物机械损伤小等优点，是制备型的主要分离手段。

　　据科学家介绍，在陆地上进行的电泳实验，分子因重力影响而产生热扩散，使样品的分离效果大幅度降低。而在太空环境中的电泳实验，消除了重力影响，样品的分离率大幅度提高。

　　在“神舟”四号上安排的电泳分离实验，主要目的是研究在微重力环境下有关电泳迁移率及各种影响因素而导致的动态过程稳定性控制、分辨率控制以及空间制药分离纯化设备的设计技术等问题。设备由我国自行研制，使用的实验生物样品为细胞色素C和小牛血红蛋白，在轨连续分离时间设计为1个小时。通过实验积累经验，为我国的连续自由流电泳技术的研究发展奠定基础。

　　空间测量站

　　天上飞行的飞船到底距我们有多远？为了配合多模态微波遥感器对地观测系统的实验，中国科学院首次进行了综合全精密定轨实验，在预定的定轨区域内将径向测量精度提高到2至3米。这将对国内低轨卫星轨道的精确测量工作起到促进作用。

　　这次的精密定轨实验采用3种方法进行，再结合动力学和几何学的方法，对观测资料进行处理，以精确确定飞船的运行轨道。

　　第一种方法是利用全球定位系统，测量仪器装在飞船内。这种方法可以实时获得飞船全球定位的观测数据，再经过进一步的计算得出最终数据。

　　第二种方法是统一S波段测速测距系统，这是国际常规测轨手段之一，也是飞船上已有的手段。这种方法不受天气条件的影响，测速精度较高。

　　第三种方法是激光测距系统。科研人员在飞船腹部装上激光反射镜，在飞船到达测控区内时，从地面发射出激光束，打到飞船的反射镜后反射回地面的接收设备，以此来测量飞船的在轨高度。这种方法在观测条件好的时候，可以获得厘米级的测量精度，作为精密定轨的校验手段，来判断定轨结果准确程度。

　　据介绍，这次精密定轨实验将依靠多家单位跨地区、跨部门的大联合、大协作共同完成。

　　“神舟”四号飞行试验任务的实施，标志着我国飞船应用科学与技术研究已趋成熟，其试验结果将对我国未来的空间科学与应用技术研究发展产生重大影响。王艳梅 本报特约记者 刘程