莫斯科时间2025年8月20日，俄罗斯生物实验卫星生物-M2（Bion - M2）搭乘联盟-2.1b（Soyuz - 2.1a）运载火箭，成功从拜科努尔航天发射场发射。9月19日，卫星降落在奥伦堡州草原。俄罗斯生物实验卫星项目是2025年由俄罗斯航天国家集团（Roscosmos）、俄罗斯科学院及生物医学问题研究所联合实施的生物研究卫星项目，旨在通过模拟极端太空环境，探索生命在长期航天任务中的适应能力。其因搭载多种生物样本被称为“诺亚方舟”。

生物实验卫星是一种专用于在空间进行生命科学实验的人造地球卫星。它相当于一个太空生物实验室，可研究失重、超重和其他各种空间飞行环境对生物生长、发育、代谢、遗传等方面的影响和防护措施，揭示在地面条件下发现不了的生物学问题，是研究太空生命科学的重要工具。

本文基于“生物”（Bion）系列和生物- M系列卫星的发展历程，重点关注生物-M2卫星的主要科学目标和仪器设备，通过分析生物-M2项目的发射详情，总结了其成功的实际意义和作用。

俄罗斯的生物卫星计划始于宇宙-110（Cosmos - 110）的飞行和在几颗天顶-4（Zenit - 4）卫星上开展的生命科学实验，但后来基于天顶-2卫星设计的修改创建了专用设计。这些卫星由一个球形返回舱、一个服务模块和一个电池模块组成，实验周期为22天。

“生物”系列是一款用于生物研究的航天器，主要研究对象是小鼠，同时也包括苍蝇、植物和微生物等。“生物”系列的第一次发射是1973年10月31日，型号为生物-1。这颗卫星携带了陆龟、老鼠、昆虫和真菌，进行了为期22天的任务。其他任务还携带了植物、霉菌、鹌鹑蛋、鱼、蝾螈、青蛙、细胞和种子等。后来，“生物”被生物-M系列所取代。

生物-M1是1997年以来俄罗斯的首次生物实验卫星任务，这也是俄罗斯太空动物研究项目历史上飞行时间最长的一次。科学家期望在30天的飞行过程中得到关于器官对太空飞行反应的更有用的数据。生物-M1于2013年4月19日首飞，舱质量为6810kg，装有太阳电池翼和新发动机，可实现长时间续航的飞行任务。该卫星由升级版的联盟-2.1a火箭发射，在发射后9min就进入了轨道，该火箭装备了数字飞行控制系统进行导航。由于设备故障，卫星上的一些动物死亡。生物-M1任务由俄罗斯联邦航天局负责管理，美国、德国、加拿大、波兰、荷兰和其他国家的科学家也将参与该实验。美国国家航空航天局（NASA）挑选了9名美国科学家与俄罗斯研究员合作进行实验。NASA资助的研究集中于啮齿类动物。NASA将研究太空旅行对复杂组织的作用，例如：血管、脊椎、膝盖、肘部和内耳中重力感受结构。

生物-M2是生物-M1的升级版，计划用于空间生物学、生理学和生物技术研究。

发射详情

2025年8月20日，生物-M2卫星成功发射后，进入高度约370～380km的极地轨道，暴露在高强度的宇宙辐射环境中进行实验（含番茄种子）。当飞行30天后，其返回舱（见图1）于2025年9月19日降落在奥伦堡州草原，回收过程中引发了小范围火灾，所幸被迅速扑灭。

图1 生物-M2卫星返回舱

这是俄罗斯现代生物卫星系列的第二次发射，也是自2013年以来该系列的首次发射。与其他卫星发射任务不同，在发射生物-M2卫星时，从航天器被头部整流罩舱门封闭，到火箭起飞的间隔时间不得超过72h。这一要求与航天器搭载的生物样本存活能力相关，保障样本尽可能快地进入失重环境。

本次发射任务包含30多项实验，实验客体包括75只小鼠、1500只果蝇、微生物、植物种子（含番茄种子）、真菌以及蚂蚁，涵盖微重力与辐射环境下生物的神经系统功能、免疫系统功能、心血管系统功能、再生过程、新陈代谢及行为反应等研究方向。此次任务与以往任务的核心区别在于采用极地轨道以及搭载更庞大的科学载荷。这一设计能够模拟星际空间环境（即宇宙辐射流与无重力载荷的综合条件）对活体生物的影响。此外，国际合作伙伴也参与了该任务计划。例如：美国国家航空航天局将在生物-M2任务框架下开展9项实验；白俄罗斯学生与俄罗斯学生共同开展一个名为“带着自己的番茄去太空”的实验项目。

与之前的生物-M1相比，生物-M2项目的周期为1个月，饲养小鼠的设备也已经被全面升级，以避免出现类似于生物-M1的动物死亡情况。俄罗斯科学院生物医学问题研究专家还修改了对小鼠的喂水过程。在生物-M1实验中，小鼠曾经吃过含水量约为60%～70%的糊状食物。然而，这种喂食方式会导致动物机体大量进水。生物-M2则使用水凝胶。

科学目标

生物-M2项目的主要目标是在系统、器官、细胞和分子各级全面研究失重和高水平空间辐射对机体的综合生物影响。基于之前收集的生物-M1实验数据，进一步对比生物-M2的实验数据。生物-M2项目的重点是探讨空间辐射的影响，以便了解辐射剂量增加对动物身体的影响。

其中，编号1和编号2专门用于对动物（小鼠和果蝇）的重力生理学进行实验研究，通过75只C57BL/6品系小鼠（含基因改造组和药物干预组）研究失重对神经、肌肉、骨骼及心血管系统的影响。这一实验旨在为创造新技术奠定基础，以确保人类在失重和宇宙辐射共同作用条件下的飞行安全，开发未来载人任务的对抗措施。

编号3、编号4和编号5致力于研究空间飞行和开放空间因素对植物和微生物及其群落的生物学影响，即了解宇宙中生命的一般规律。搭载1500只黑腹果蝇、金盏花种子、真菌、地衣等，研究太空环境下微生物群落演化和植物生长适应性，对构建封闭式太空生态系统（如：氧气循环、食物生产）至关重要。

编号6、编号8和编号9主要用于生物技术、工艺、物理和技术实验。通过小鼠和果蝇样本，分析辐射对细胞、分子层面的损伤及生物耐受性。

编号7用于解决确保新型载人航天器辐射安全问题所必需的一套辐射生物学和剂量测定实验，当返回舱经历再入大气层的高温与振动考验时，75只小鼠中有65只存活（死亡率13.3%），验证了生物样本在极端条件下的回收可行性。

编号10则包括俄罗斯国内和国外各高校的教学实验内容。

仪器设备组成

生物-M2卫星基于东方号（Vostok）生物飞船的现代化平台建造，但搭载了先进的现代化设备与全新的生物样本保障系统。生物-M2外观如图2所示。其主要仪器设备包括：密封的下降飞行器和仪器舱，以及非热密封的聚合舱、分离飞行器平台、太阳能电池等。在科学实验阶段结束后，搭载样本的返回舱将在俄罗斯境内着陆。搜索返回舱时将使用经过升级的无线电信标与目视标记。

图2 生物-M2外观

此外，进步火箭航天中心专门为生物-M2卫星开发了一套全新的剂量测定设备，不仅可以测量航天器内部的电离宇宙辐射剂量率动态，还可以测量航天器外部的剂量率动态。这套设备还将能够按成分（电子、质子、重带电粒子和中子的贡献）将收到的空间辐射剂量分开。其供电系统以锂离子电池为基础，此类电池已在埃斯特-2D（Aist - 2D）卫星上进行过飞行测试。同时，生物-M2卫星的很多科学仪器与生物-M1使用的仪器类似，但根据具体的新任务进行了改动和调整。其携带科学设备的总质量将不超过550kg。

同时，生物-M2卫星还配备了由科学技术设备和俄罗斯空间系统公司制造的高速无线电链路系统。该系统可实时传输航天器内的一切动物行为信息。

在轨飞行的生物-M2需要满足的参数条件如表1所示。

表1 在轨道飞行中生物-M2需要满足的参数条件

俄罗斯科学院医学和生物问题研究所（IMBP）于2023年12月19日启动了生物-M2卫星科学设备的测试。其测试舱如图3所示。在一个隔离室中进行了为期35天的试验，试验结果表明，在太空飞行期间饲养动物的设备可以正常使用。与生物-M1不同，生物-M2项目计划同时发射植物和动物。所有试验设备均由进步火箭航天中心负责测试。

图3 生物-M2 的测试舱

发展历程

2015年7月9日，俄罗斯航天国家集团与进步火箭航天中心共同签署了生物-M2的研制合同，计划把在永久冻土层中沉睡了数百万年的微生物带入太空。其实验目的是确定在北半球最古老的永久冻土层西伯利亚东北部的科雷马低地区域，以及南极洲的莱特谷、皮尔斯谷，生命是否能够长期存在。相关的研究计划包括30多项实验。生物-M2后来由于资金问题被推迟。2018年12月11日，法国航天局签署了一份正式合同，参与俄罗斯的生物-M2项目，作为其研究小鼠心血管活动的一部分。2018年12月18日，美国国家航空航天局太空生物学与医学工作组表示，美国科学家将参与生物-M2的相关实验，内容涉及啮齿动物、失重研究和太空放射性等领域。

2021年2月4日，俄罗斯航天国家集团建议将载有动植物的飞行器送出地磁场之外。在这样的环境中长期停留将使科学家们能够获得飞行对生物和有机体影响的独特数据，这将有助于机组人员为包括月球和太阳系其他天体在内的远距离太空飞行做好准备。为此，建议重新设计生物-M2，以实现“诺亚方舟”项目（包括将一个航天器发射到离地球2×105km的轨道上，即外辐射带区域，进行为期4周的空间生物学、生理学和生物技术研究）。同时将动物、植物、昆虫和微生物送至地球上空约800km的高度，即内辐射带的起点。辐射带中聚集着从太空和太阳捕获的重带电粒子，这些粒子可以“破坏”DNA和微电子。因此，作为地球磁层一部分的外辐射带和内辐射带可以保护生物体免受宇宙辐射的伤害。2021年2月24日，进步火箭航天中心开始制造生物-M2的设备，包括下降器、仪器舱和聚合舱、太阳翼。

2021年8月23日，生物-M2为前往高纬度轨道进行调整，旨在测试新一代俄罗斯未来轨道空间站（ROSS）。载有生物体的卫星飞行将有助于全面评估未来空间站所在轨道飞行范围内的安全性。

（1）为俄罗斯新一代轨道服务站奠定生物技术科学基础

生物-M2卫星的发射高度几乎是“国际空间站”（ISS）轨道的两倍，辐射能力比生物-M1高10倍。以前的“生物”系列卫星试验侧重于生理测试，而生物-M2则侧重于辐射实验。其30天的飞行周期相当于“国际空间站”飞行3年的辐射量，旨在调查人类超越低地球轨道（LEO）时可能出现的问题和风险。

俄罗斯航天国家集团计划在新一代轨道服务站投入使用之前，全面验证高纬度飞行的技术可行性。为此提出了一种综合研究方法，用于研究机组人员在长期星际飞行任务中将接触到的各种因素。这些研究既包括地面研究，也包括生物卫星上的实验。得益于生物-M2项目的实验数据结果，俄罗斯轨道服务站的技术可行性将被证实，后续的科学计划将会被顺利推进。

新一代俄罗斯轨道服务站是一个独特的基地，它将为俄罗斯星际飞行任务提供医疗和生物支持的技术要素，并在可能的情况下为月球基地提供医疗和生物支持。基于对辐射和低磁风险的研究成果，为航天员开发生物生命支持系统，甚至还将研究在星际载人太空飞行中使用冬眠（诱导进入人工睡眠）的可能性。

（2）为载人航天的安全性提供真实可靠的数据

生物-M2项目对于解决载人航天科学的安全性而言非常重要。它可以准确地评估极地轨道飞行状态，就该轨道飞行条件对生物结构的影响给出全面的生物学评估，从而确定在这些纬度地区进行载人航天飞行的准备工作内容。

随着载人航天技术的不断发展，需要为星际飞行的医疗支持系统建立技术后备库，尤其是对月球探测项目来说十分必要。因为探月项目的重点不仅涉及到对月球的一次性访问，还涉及可能的长期停留，所以需要借助类似于生物-M2项目的科学实验进行验证和测试。除了确保机组人员在飞行任务中的安全外，还需要为其提供在空间站内的健康生存条件。“国际空间站”俄罗斯部分运行时间的延长将有助于推动生物医学问题的发展。

总之，生物-M2项目为预测人类超越低地球轨道时可能出现的问题和风险提供了一个科学的生物学实验基础。

（3）推动俄罗斯生物和月球任务不断发展

本次生物-M2项目的成功可视作俄罗斯2025年发射任务的良好开端。俄罗斯航天国家集团将生物-M2和月球-26/27（Luna-26/27）并列纳入2025年航天发射的重点方向。其中，月球-26号计划于2027年发射，旨在实现月球遥感工作任务；月球-27号则计划于2028年发射，计划在月球南极着陆，采集并分析土壤样本。

生物-M2项目不仅代表着俄罗斯航天生物试验技术的实力，还丰富了在轨生物科学的研究领域。据统计，除了小鼠外，该项目还涉及动物细胞培养、植物组织与细胞培养、种子和藻类实验；放射生物学实验；空间材料科学研究；利用单细胞藻类维持航天员生命的可能性研究；失重对干细胞发育的影响研究；细胞机械特性的基本蛋白质的特性研究；微生物对材料的降解研究等。

俄罗斯生物-M2历经多年，终于重返科研轨道并顺利升空。这表明了俄罗斯对生物实验卫星的重视，以及对航天生物实验的不断努力。对于俄罗斯而言，生物-M2项目将为其新一代轨道服务站提供有利的科学数据基础，进一步测试极端区域内的生命试验可行性。而对世界而言，生物-M2项目为载人航天的安全问题提供了可靠的解决方案，为后续的探月项目奠定了系统的生物科学基础。

在生物卫星上进行科学实验，有许多特殊的优点和有利条件，是载人飞船和航天站所不能取代的，因此在进行太空生命科学研究时，生物卫星占据着举足轻重的地位。