中国向太空“矿场”走去
从20世纪90年代开始，特别是进入21世纪，我国航天器技术得到了快速发展，在空间位置资源的利用上，我国研制发射的通信卫星、气象卫星、地球资源卫星、导航卫星和海洋卫星等多种应用卫星，进入广泛、全面、深入的应用阶段，取得了显著的社会效益、经济效益，推动了我国四个现代化建设的进行。
在利用航天器技术服务国民经济和国防建设的同时，我国还利用返回式卫星具有较高微重力水平的优势以及神舟飞船为载体，开发利用空间环境资源的科学研究和实验工作，取得了丰硕的成果。其中特别引人注目的是，我国载人航天计划一开始就选取重点项目，突出有限目标，把对太空资源开发利用研究和载人航天效益工程结合起来，充分利用每一次发射神舟飞船的机会，开展大规模的太空材料生长、生命科学和生物技术实验研究，开创了我国太空资源开发利用研究的新局面。
1.空间材料生产
1987年，对于中国人开发太空资源的事业来讲，是一个值得纪念的年份。在科技强国的大旗下，中国以返回式卫星为平台，迈开了开发利用太空资源研究的脚步。多年来，中国科学家在返回式卫星上，先后开展了80多项材料加工和生物学方面的研究，进行各种形式的搭载实验300多项。各项试验随着我国载人航天工程的步步推进而不断深入。这些试验，主要集中在材料科学、生命科学和生物技术等领域，取得了初步成果，并形成了以中国科学院为主，航天研究院所、高等院校参加的空间微重力科学应用实验研究队伍。
20世纪80年代中期，中科院院士、著名科学家林兰英在进行新一代高速集成电路和光电子器件基础材料砷化镓的研究时，遇到了困难，试图与国外同行进行真诚的合作。然而，傲慢的外国人却不给面子。林兰英突发奇想，决定利用中国的返回式卫星到太空寻求答案。于是，她与当时的中国空间技术研究院院长闵桂荣和返回式卫星总设计师王希季院士取得了联系。
这一大胆奇想得到了航天专家的支持。于是，1987年8月5日，中国首次搭载空间材料加工炉的返回式卫星升上了太空。而令人鼓舞的奇迹也随之发生了：用降温凝固法在空间首次生长出直径和长度各约10毫米的掺碲砷化镓单晶体，其生长速度比地面快，杂质却明显减少，组分分布均匀。用所获得的单晶制成了低噪声金属栅场效应管，与地面上生长的同类器件相比，噪声系数低31%，相关增益高23%，展示了空间生长单晶的美好应用前景。
1997年10月20日，在中国发射的第17颗返回式卫星上，林兰英院士第5次进行搭载试验，生长出直径20毫米以上、长度超过40毫米的半导体砷化镓单晶，使我国在大功率微波元器件和大规模集成电路应用方面取得了突破性成果。
在中国第17颗返回式卫星发射中，中国空间技术研究院科技人员谢燮与日本早稻田大学、静冈大学教授，联合提出了铟镓锑晶体生长及扩散机制实验，搭载样品完好无损，遥测数据齐全，取得圆满成功。同时还进行了钯、镍、磷非晶的生长，金属合金空间重凝研究等搭载；中科院物理所麦振洪、金属所丁炳哲联合提出锑化镓材料在熔化和凝固过程中，熔滴形状及其和基体的接触角的研究，也取得了理想的结果。
锑化铟晶体地面生长有明显杂质条纹，而兰州大学物理系负责主持的锑化铟晶体空间生长试验，不仅克服了这个问题，而且电阻率的均匀性比地面样品提高了一个数量级，结构完整性也大大提高。
我国利用神舟飞船也成功进行了晶体生长试验，科技人员专门在飞船内设置了一台多工位晶体生长炉，进行了半导体光电材料、金属氧化物材料以及金属合金等17种材料试验，并用摄像机记录了试验的全部过程，试验对揭示材料的微观机理和内在本质，用以科学地指导地面材料制备和生产、改善材料的性能具有重要意义。
据有关资料称，我国在神舟飞船上主要试验样品及实验内容为：二元半导体光电材料锑化镓和掺锰锑化镓单晶生长，三元半导体光电材料碲锌镉晶体生长，氧化物激光晶体硅酸铋和掺铈硅酸铋晶体生长，三元合金铝镁硅共晶定向生长，钯镍铜磷新型非晶态合金，钕铁铝钴材料，复合材料凝固，铝铋偏晶合金，铝-铝镍定向凝固共晶合金，湿润性及固液界面交互作用，银-锡/铁基、铜-银/铁基、银-锡/镍基、铜-锡/镍基扩散与湿润性。
我国还使用通用流体物理实验装置在神舟飞船上进行了失重环境液滴迁移实验，实验取得了满意的效果。失重环境下的材料加工、晶体掺杂、太空焊接及电泳提纯过程中都会遇到液滴或气泡迁移的问题，通过这次成功的流体物理实验，科学家们获得了液滴在界面张力梯度驱动下的运动资料，了解到许多在地面无法了解的液滴迁移现象，加深了对太空材料加工、晶体生长等许多未知领域的认识。
我国利用神舟飞船还进行了透明氧化物晶体四硼酸锂和铌酸钾生长试验。获得的晶体熔化和结晶过程图像，对研究晶体在太空失重环境中生长动力学和重力对流消失后各种效应对晶体生长的影响提供了重要信息。
2.生命科学研究
我国利用空间环境进行了蛋白质晶体生长，细胞和组织培养，细胞电融合，生物大分子分离，生物学效应等研究和实验，取得了理想的效果，推动了空间生命科学研究的进程。
为推动生命科学研究工作的深入，我国科学家研制了专门的蛋白质结晶装置，搭载在神舟飞船的舱内，开展了一系列蛋白质结晶实验。这些实验对于抵御农作物病害、治疗难以治愈的病症、研制新的药物，以及加深对人体细胞的研究，从而揭示生命现象和本质具有重要意义。
神舟飞船上还携带了太空通用生物培养箱，数十种生物体、蛋白质、微生物、细胞和细胞组织样品参加了实验，这些实验推动了太空生物学效应研究工作的深入。
在神舟飞船上搭载的9枚乌鸡蛋，返回地面后，经过21天的孵化，竟奇迹般地生出了一雄两雌三只小乌鸡，它们活蹦乱跳地看起来与没有上天的小乌鸡并没有什么两样。研究人员经过对经历了太空环境的乌鸡生理状况进行认真研究，从而了解了太空环境对胚胎发育、遗传变异的影响，并为优选新品种提供了资料。
我们知道，单克隆抗体可以直接用于人类疾病的诊断、预防、治疗以及免疫机制的研究，为人类恶性肿瘤的免疫诊断与免疫治疗奠定基础。在神舟飞船上，科学家利用电融合仪，进行了动物细胞和植物细胞融合实验，实验的目的是探索通过太空环境制备单克隆抗体的可能性。由于科学家们曾经在地面上也同时进行了同样试验，经过太空试验与地面试验结果对比表明，太空实验比地面实验细胞融合率提高了几倍至十几倍。这一发现，有可能为恶性肿瘤的诊断和治疗带来新的曙光。
利用神舟飞船上搭载的太空电泳仪，科学家以细胞色素C和牛血蛋白两种蛋白质为原料，在太空进行了一小时的连续自由流电泳分离试验，成功地收集到高纯度的蛋白质分离物，这一成果为我国的蛋白质和其他生物大分子分离纯化技术的研究发展奠定了基础。
3.生物技术研究取得突破
微生物是多种天然生物活性物质的产生菌，与人们的生活息息相关，通过研究环境与微生物生长代谢的关系，并有效地控制生物的生长代谢过程，获取人类生存需要的多种多样的生物资源是一项十分重要的课题。
1987年，中科院微生物研究所阮继生、蔡妙英、齐祖月、刘志恒在国内率先将真菌、细菌、放线菌等12个属种利用返回式卫星送上太空。用以探讨产生生物活物质的真菌、细菌和放线菌等重要微生物在空间环境中的生长与代谢性状，对空间环境下微生物的形态、生长及生理代谢影响，做出了有益的探索，得到了首批成果，为发展空间生物制药及航天医学提供了前期生物学依据。
中国自1988年以来，先后成功地进行了4项藻类空间生长试验，研究了20种藻类和大型藻在空间环境中的适应能力，获得了固氮能力提高的藻类新品系。这些研究表明固定化藻细胞应用于空间生命科学是可行的，可能在受控生态生命保障系统中加以应用。
1992年8月9日，中科院上海技术物理所龚惠兴、中科院生物所毕汝昌，首次在我国返回式卫星上进行空间微重力环境下的蛋白质长晶试验。在13天7小时的空间试验中，出晶率达52%，最大的晶体达到1.4毫米。在1994年7月3日，他们又一次进行蛋白质晶体空间试验。10种蛋白质制备的48个样品出晶率高于国际上同类水平，除一种首次参加实验的蛋白质外，其余9种都长出了晶体。这一成功，使中国在这一空间技术领域迈出了重要一步。
空间制药工业中，空间细胞的培养是必不可少、最为关键的。1992年年底，中国863-205专家组与上海技术物理研究所一起，进行863细胞反应器搭载实验。同时，国家航天专家委员会也下达了研制一套既符合空间细胞生长的条件，又能符合返回式卫星搭载技术要求的装置，将活细胞送入空间15天后再活着回来，研究空间环境对细胞合成、活性物质的影响。
返回式卫星1994年7月3日16时升空，7月18日11时35分返回地面后发现，在太空旅行了15天的细胞，仍健康地活着。试验使中国返回式卫星生物学搭载，达到国外载人航天器上生物学试验同等水平。
空间飞行后的纤维素霉和葡萄糖苷酶活力提高28%以上，黑曲霉糖化力和葡萄糖苷酶活力提高80%以上，在三年多的使用过程中活力稳定。用这种菌种发酵物配制的饲料，已成为一种新饲料，对梅花鹿等动物进行饲喂试验，可节省饲料，使鹿的发病率降低，鹿茸产量增加16%。经空间飞行的酵母菌，获得了诱变株酶活力提高29%，发酵周期缩短8～10天，在啤酒工业上有广阔的应用前景。
4.航天医学
在进行近地环境对航天员影响研究的同时，我国的航天医学工程研究人员还尝试把中医引入航天医学，利用中药对航天员进行气血调理。实践证明，中药对于心脑血管、脑神经、消化系统、情绪等方面具有明显的调理改善作用。同时，我国还进行了中医药对抗失重环境成骨细胞微结构变化的研究，以期应用到航天员骨质疏松的防治上。
5.太空育种结出累累硕果
世界上一切生物都在发生着变化，农作物种子也不例外，它们长期生长在一个环境中，有的适应了，有的也就逐渐退化了。多年来，我国一代又一代科学家为培育优良品种以提高作物产量而艰辛工作着，我国利用返回式卫星进行太空育种的研究，无疑为农业增产带来了福音。
1987年8月5日，为了探索空间条件对植物种子的诱变作用，在我国发射的第9颗返回式卫星时，科学家将辣椒、小麦、水稻等一批种子搭载升空，开始了我国太空育种的有益尝试。
利用返回式卫星进行太空育种研究课题，得到了党和政府的高度重视，被列为国家“863”高科技航天领域生命科学项目，由中科院遗传研究所等单位主持。中国科学家经过20多年的积极探索，经过太空洗礼的种子，在江西、广西、黑龙江、甘肃等地安家落户，繁育后代。
经过太空“修炼”的种子，到底是否已成正果？在中科院遗传所的组织下，1993年，有关专家云集江西省宜丰县，进行搭载水稻种子的现场鉴定。
专家们发现，经过6年的种植、培育、选择和测定，经过搭载的“农垦58”水稻纯系种子，不仅穗长、粒大，有的一株上竟长出3～4穗，获得了许多矮秆、丰产、早熟的后代，亩产达1200斤以上。更为可喜的是，能恢复籼稻不育系的粳稻突变体，有的亩产高达1500斤左右。不仅如此，经过检验还发现，其蛋白质含量增加了8%～20%，生长期平均缩短10天。这些水稻种子产生的许多遗传变异，其幅度和类型是迄今地面上诱变因素难以达到的，其变性性状能真实地遗传。另外，专家认为，空间条件下，具有处理方法简便、变异幅度大、类型多、性能稳定、速度快等特点。
一个青椒8两重，做好就是一盘菜，在以前不要说看，就是想恐怕你也不敢去想，可是这并非神话。我国农业科学家将1987年经过太空“修炼”的青椒种子，在黑龙江省进行试种和选优，经过几个回合的培养，已产生长势强、高产优质、抗病性强的新品种。水灵灵的大青椒好像茄子一样大，单个青椒平均重量从使用传统种子种植的90克提高到160克，有的可达300～400克，亩产可达8000～10000斤，比对照组增产一倍以上，病情指数减轻55%左右，可溶性物含量提高25%，维生素含量提高20%。北国的九月，已至深秋，来到航天育种实验田里，人们看到其他青椒枝叶脱落，只剩下枝干，而经“太空修炼”过的青椒后代，却仍叶繁枝茂，生机勃勃。有关部门已在黑龙江省建立了5000亩青椒生产试验示范田，广为试种培育。
专家研究发现，西红柿种子经过5年多时间的试种培育，其平均产量增加20%以上，病情指数减轻41.7%。
诱导种子向优秀的方向变异，所需要的条件是极其复杂的，而这些条件在地面往往是无法达到的，而太空环境可为种子的优化提供极其宝贵的条件。种子太空“修炼”的结果，向人们展示了空间特殊环境条件可能是作物诱变育种的一种新途径，这一发现既为更广泛地利用外层空间造福人类开辟了广阔的前景，也为人类认识自然开辟了途径。专家们认为，空间科学向农业育种的渗透，有可能发展成为空间诱变育种的一个新的边缘学科。
已故的返回式卫星专家林华宝和水稻专家袁隆平是中学的同窗好友，航天有关人员通过这种关系找到了袁隆平，与他商谈利用返回式卫星育种的问题。袁隆平了解到航天育种的情况后，表现出浓厚的兴趣，他认为，搞杂交水稻特别需要新品种，如果通过航天育种能帮助找到一两个新品种，可想而知，经过重新排列组合后，不知道会搞出多少个极具价值的新品种。1996年，经过多方努力，袁隆平水稻研究中心的200克水稻种子被搭载上了返回式卫星。在拿到卫星返回地面后的搭载种子后，袁隆平格外高兴，他马上做起了实验。对于航天育种为什么会发生诱变，袁隆平中肯地说，要想从机理讲清楚还需要过程，要在摸索的过程中去认识。但可以肯定地说，航天育种变化率比传统方法的变化率要高得多。
“航天育种技术已成为快速培育农作物优良品种的重要途径之一，在生产中发挥的独特作用，为提升我国粮食综合生产能力和农产品市场竞争力提供了重要技术支撑。”我国著名农业专家、中国工程院院士卢良恕对航天育种也给予了很高的评价。
外行看热闹，内行看门道。一些专家认为，航天育种除了能快速有效地直接选育优良品种外，更重要的是能创造出一大批特异的种质资源，以缓解或解决我国农作物育种种质资源贫乏这一瓶颈问题。
然而，在对航天育种技术的一片肯定与赞誉声之外，也有专家、学者表达出了某些忧虑。这些忧虑主要集中在经过航天育种后种植的农作物的安全性上。通俗地讲，就是人吃了“太空粮”“太空菜”，会不会有不良影响？
对此，我国的科学家观点十分鲜明：用航天育种技术选育出来的农产品，由于没有经过人为的方法将外源基因导入到农作物中使之产生变异，而是经过微重力、宇宙射线等众多因素作用，使农作物本身染色体产生缺失、重复、易位、倒置而引起遗传性变异。这种变异本质上与生物界的自然变异没有任何区别。专门实验研究显示，即使太空飞行回来的当代种子，经严格检测也没有增加任何放射性。因此，食用太空种子加工生产的粮食、蔬菜，不会存在不良反应。由于航天技术育成的新品种不存在基因安全性问题，航天育种产品是安全的。
关于这个问题，中国科学院院士陈子元经过大量研究调查后发表论文指出，航天育种是利用物理因素对植物进行诱变产生遗传变异，通过选育而培育成高产、优质、抗逆性强的植物新品种。航天育种属于理化诱变育种，是常规育种的一种手段，跟基因转换方式有很大不同。 自20世纪50年代理化诱变育种被应用以来，全世界共培育出农作物2000多种，通过人们长期食用，没有发现食品对人体存在安全性问题。
据了解，1987年以来，我国利用返回式卫星进行了15次、2000多种农作物空间搭载试验。
2006年9月9日，我国“实践八号”育种卫星在酒泉卫星发射中心升空，由此开启了我国发射专门的育种卫星，利用航天高科技手段培育优良农作物品种实验的历程。
2006年9月24日，在经历15天的太空旅行后，卫星返回舱平安降落在四川省境内。两天后，这些经历太空之旅的种子在北京航天城走出了返回舱，正式交给科学家们进行实验。
人们也许非常关注我国这颗专门用于太空育种的卫星都搭载了一些什么种子。
我国第一颗育种卫星实施的空间育种以粮食和经济作物为重点，兼顾饲料牧草作物以及微生物菌种和已知序列的分子生物学材料。考虑到各种作物的不同生态区域及基因突变频率，科学家们选择了9大类、180组、200多千克、2020份作物和菌种等进行空间育种试验。主要有：水稻：0.05立方米，约30千克，200份；麦类：0.05立方米，约30千克，200份；玉米：0.05立方米，约30千克，160份；棉麻：0.03立方米，约10千克，100份；油料：0.02立方米，约25千克，100份；菜瓜类：0.01立方米，约20千克，150份；林果花卉：0.03立方米，约20千克，100份；菌种：0.01立方米，约5千克，100份；其他（杂粮、牧草、药用植物等）0.05立方米，约30千克，1000份。
航天员将带回12种特殊材料|辣木种子
在我国此前开展的太空育种中，为什么会发生变异、机理是什么，一直是个谜。为了探测研究空间重粒子辐射、微重力、弱磁场等环境因素的生物学效应，全面探测各种空间环境要素的量级，探索航天育种技术诱变的机理，育种卫星上还装载了7项用于空间环境探测的试验设备，包括：微重力测量仪，测定和记录卫星飞行期间星上微重力水平的变化情况；离心机，提供1g的重力场模拟，用于进行微重力影响下的对比研究；铅屏蔽室，铅屏蔽室内装载部分植物种子和热释光片，进行微重力影响下的对比研究；辐射剂量仪，记录舱内带电粒子剂量及其空间变化情况；热释光剂量包，测量舱内辐射剂量及分布；核径迹探测器，测量重带电粒子通量，对重粒子进行跟踪、定位和测量；磁强计，测定并记录舱内磁场强度的变化情况。
几年时间过去了，这些种子到底长得怎么样，育种试验到底取得了什么成果呢？
2008年年底，中国农业科学院在北京组织召开了“实践八号”航天育种工程中期进展汇报会，40多名来自全国16所科研院校的航天育种工程项目重点课题负责人、科技人员参加。汇报会特别邀请全国航天育种协作组组长翟虎渠教授、董玉琛院士、盖钧镒院士、傅廷栋院士、荣廷昭院士、谢华安院士、中国科学院遗传发育研究所张爱民教授和中国空间技术研究院实践八号育种卫星总设计师唐伯昶等作为项目中期进展评估专家莅临指导。
“实践八号”育种卫星搭载的种子经过几年的选育所取得的成果，使与会的专家欣慰之情溢于言表。
突变材料筛选分析稳步推进。“实践八号”育种卫星搭载了9大类、2020份不同种类的生物材料，包括水稻、麦类、玉米、棉麻、油料、蔬菜等152个物种，以及7套空间探测仪器。全国共有138个单位的224个课题组、1200多名科技骨干参与了地面育种项目的实施。两年来，项目组根据搭载作物种类不同，分区域建立了不同作物航天诱变育种的基础群体，在部分作物上初步筛选出200余份可遗传的突变材料，并对其中部分材料进行了初步的分子生物学分析。
航天育种机理研究进展顺利。通过对“实践八号”育种卫星搭载的植物种子的空间辐射剂量分析，初步掌握了不同种类的植物种子在空间飞行中被宇宙粒子击中的频率及其细胞学变异的分子机理。研究了空间环境中宇宙粒子、微重力等不同因素对于植物种子萌发与幼苗生长的影响，基本明确了空间环境可以诱发作物变异以及引起变异的主要诱因，比较分析了地面模拟空间环境因素诱变植物的生物学效应，优化了地面模拟诱变技术体系。
太空黄钻|维C检测含量对比
新品种选育与示范成效显著。“实践八号”航天育种工程的实施，整体上有效地带动了我国航天育种新品种选育与示范。据不完全统计，两年来，项目组先后培育出通过省级以上品种审定（认定）的水稻、小麦、棉花、油菜、番茄、苜蓿等作物新品种、新组合40个，其中7个通过国家级品种审定，使我国航天诱变作物新品种的总数达到66个。新品种累计示范应用面积超过2500万亩，增产粮棉油9.6亿公斤，创社会经济效益14亿元。申报或获得发明专利和新品种保护权34件。
评估专家在听取了航天育种工程项目地面育种工作的进展情况后一致认为，项目实施以来，总体进展显著，筛选出了一批珍贵的变异材料并广泛应用，对航天育种机理进行了可喜的探索，取得了初步结果。项目的实施有效地带动了我国航天育种技术的研究工作。针对后续工作，与会专家建议项目组要进一步加强作物空间环境诱变后代突变体的筛选与分析工作，促进重要突变新材料、新品系的鉴定与生产应用。
我国利用神舟飞船搭载了数十种农作物、植物和中草药种子，这些种子已在我国的四面八方安下了家。
经过我国神舟飞船和返回式卫星搭载后，这些太空种子是在甘肃省航天育种工程研究中心的育种专家的指导下种植培育的。经过几年的选育，这些太空种子均发生了变异，展现了良好的特性。比如，航椒10号是2001年在天水市地方甘农线椒制种田和宁羊角椒引种试验田，选择具有两种特征的优良植株各20株，混合留种，各取10克，搭载神舟三号飞船升空后培育的。经鉴定，航椒10号辣椒素含量、维生素C含量都有很大提高，在甘肃、陕西、山东内蒙古、北京等试验示范中均表现出高产、优质、抗病和较强的适应性；航茄5号新品种是在2002年搭载神舟四号飞船进入太空的黑龙江青茄种子经过四代选育而成的。经鉴定，航茄5号增产14.4%～39.4%，坐果能力强，果高圆形，果皮紫红色，光泽亮丽，果肉绿白色，褐变性极弱，单果重0.5～2.0千克，最大可达2.5千克，商品性极强，抗病性好，极耐贮运。宇航3号番茄种子是在我国第18颗返回式卫星搭载的种子的基础上培育的，具有果实大小均匀，裂果少，可溶性固性含量高达6.17%，总酸含量0.43%，可溶性糖含量（以葡萄糖计）3.32%，维生素C每100克含量为29.7毫克、综合抗病强性、抗逆性强等特点。
多年来，我国农业科学家在改进农作物品种研究上走在了世界的前列。袁隆平院士杂交水稻育种技术的突破性成果，不仅为解决中国的粮食问题做出了巨大贡献，而且为世界做出了贡献。我国从开始研究航天育种到第一颗育种卫星问世，风雨兼程20多载。虽然走过的路途有些漫长，但航天育种的大道却越走越宽广，前景充满了希望。
在利用传统地面育种技术的同时，航天育种无疑开辟了一条育种的渠道。专家建议，作为一个新事物、一个新型边缘学科，航天育种需多部门、多行业通力合作。同时，在进行航天育种技术成果推广的同时，要加强航天育种机理的研究，把发生变异的原因和机理说清楚。
航天种子能否在大范围内得到推广和应用，关键取决于种子最终能否实现产业化的生产。因此，进一步强化航天种子生产、加工、销售及其配套技术服务，将成为航天育种产业形成与发展的重要动力。据了解，在未来的几年里，我国将建立3～5个集生产、试验、示范、开发为一体的现代化航天技术育种产业基地。
专家认为，高新技术应用于农作物育种，可以在较短的时间内创造出优良的种质资源，选育出高产、优质、抗性强的农作物新品种，从而成为解决“三农”问题、振兴农业、提高农民收入的一把“金钥匙”。外部空间，可能是人类解决“米袋子”“菜篮子”的“希望田野”。
地球是人类的生身之母，她孕育了人类，又以其博大的胸怀、丰富的资源哺育着人类，从远古走来。今天，人类已经满怀信心地向新的疆域走去，那里有更加灿烂的前景在召唤，让我们深深地期待。