飞天科学家是怎样炼成的？专家详解“三关”考验

神舟二十一号航天员乘组由张陆（中）、武飞（右）、张洪章（左）组成，张陆担任指令长，3名航天员分别为航天驾驶员、飞行工程师和载荷专家（图片来源：中国载人航天工程网）

2025年10月31日，神舟二十一号航天员乘组发射升空。在该乘组的三名航天员中，戴金边眼镜的张洪章博士引起了不少关注。他是继神舟十六号航天员桂海潮之后，我国第二位进入太空的载荷专家。

公开资料显示，张洪章是1986年出生的科研新锐，现在是中国科学院大连化学物理研究所研究员、博导，2020年9月作为载荷专家入选为中国第三批航天员。

我国从第三批航天员选拔开始，对航天员进行了专业分类选拔，即除了继续选拔航天驾驶员外，还选拔了航天飞行工程师和载荷专家。其中载荷专家属于非职业航天员,通常是在从事空间科学研究及应用相关领域的科学家中选拔，由专业的人干专业的事，可以早出成果，多出成果。

这类航天员携带特定仪器设备，在载人航天器上从事特定的科学实验、搜集特定的研究数据等，并负责对自带科学设备的管理、维护、维修，实验设备操作，实验条件控制，数据采集、整理和分析，还可与地面载荷指控中心直接通信。载荷专家一般在太空完成自己熟悉的科研任务后就回到原单位继续工作了。

2025年08月28日神舟二十一号航天员张洪章进行植物培养训练 摄影：徐部

1 能上天的科学家的身份通常是载荷专家：

科学家一般是作为载荷专家上天工作。这类航天员具备特定专业领域背景、通过2.5年左右的航天训练，专门在太空完成地面上难以进行但又很重要的科学实验与技术试验任务，换句话说就是并非所有领域科学家都能满足上天的条件。

载荷专家需要在某个科学领域有突出研究成果。例如，神舟二十一号乘组的载荷专家张洪章是高比能量电池技术研究学者，他自己设计的电源领域实验项目将在神舟二十一号任务中搭载上行，旨在解决航天电源的关键技术问题。这一研究与他的专业背景紧密相关，也是航天领域的重要方向之一。另外，他还从事啮齿类哺乳动物空间科学实验等其他科学实验。

2025年07月23日 神舟二十一号航天员张洪章(左)、武飞（中）、张陆进行设备维修训练 摄影：徐部

由于载荷专家的主要任务是利用太空微重力、强辐射等独特环境，完成某项复杂、重要、在地面难以进行的前沿科学研究。所以载荷专家的选拔通常与具体航天任务挂钩，例如，执行空间生命科学实验的任务，会优先选拔生物学、医学领域科学家；执行空间天文观测任务，则侧重天文学、物理学领域专家。

因此，作为载荷专家的科学家要求他们既要具备深厚的专业科研能力，能独立操作实验设备、处理太空实验数据，也要必须通过航天基础训练，具备适应太空环境（如失重、超重）和应对应急情况的能力。

2 能上天科学家需满足三个条件

一是能完成只有依赖太空独特环境才能推进的某项复杂、重要的科学研究。

例如：在太空开展基础物理实验（如验证广义相对论、研究暗物质），对应领域为天文学、天体物理、粒子物理；利用太空微重力环境，制备地面难以合成的高性能材料（如半导体材料、合金材料），研究材料凝固、结晶的微观过程，对应领域为材料科学、冶金工程、化学工程；研究微重力对细胞生长、基因表达的影响，探索长期太空飞行对人体生理机能的改变，对应领域为细胞生物学、生理学、医学等。

神舟二十一号航天员水下训练画面（图片来源：央视新闻截图）

二是身体要达到“航天”标准。因为太空环境对人体的挑战远超地面，即使是侧重科研的载荷专家，也需具备较强的身体耐受能力。

例如：要求身体能承受发射阶段3～4倍自身重量和返回阶段2～3 倍自身重量产生的影响；呼吸系统需适应密闭座舱环境，对低压、低氧环境有良好耐受性。需通过“前庭功能测试”（用转椅、秋千等测试），避免在失重环境中出现严重的空间运动病（类似地面晕车、晕船）。没有龋齿、慢性鼻炎、眼底病变等疾病。符合年龄、身高等基本要求。

2025年08月28日神舟二十一号航天员乘组武飞（左）、张陆（中）、张洪章进行植物培养训练 摄影：徐部

在身体条件、航天环境的耐受性和适应性以及心理素质方面，对航天驾驶员的身体要求最高，对航天飞行工程师的身体要求次之，对载荷专家的身体要求相对最低。对预备航天员的临床医学选拔分为三级，航天驾驶员要符合Ⅰ级；航天飞行工程师要符合Ⅱ级；载荷专家要符合Ⅲ级。但对航天飞行工程师和载荷专家的知识结构、科研素质、实验能要求更高。

在年龄限制方面，载荷专家年龄上限放宽至45岁（我国第四批选拔明确为 30～45岁），而航天驾驶员仍维持35岁左右的传统限制。这种分层标准既保证了关键岗位的高可靠性，又为专业人才提供了进入太空的机会。载荷专家的医学检查重点在于确保能适应微重力环境，而非高强度飞行能力。

航天员训练使用的飞船模拟器（作者供图）

三是通过了预备航天员的选拔后，还要能通过2.5年左右的训练期航天员选拔和半年到1年飞行乘组选拔，才能上天执行任务。科学家成为预备航天员后并不能保证可以上天执行任务，因为受检查条件的限制，有些疾病或思想、身体、心理、训练成绩等方面的问题只有在有一定生理和心理负荷的训练过程中才能暴露出来。例如，利用航天环境适应性训练，可以进一步了解预备航天员在这些条件下的耐受性。

训练期航天员选拔期间，载荷专家要学习航天器结构、太空环境知识，掌握应急救生技能，通过离心机模拟超重、水下模拟失重，适应太空特殊体感；还要进行专项任务训练，包括反复演练实验操作流程，熟悉太空实验设备的使用逻辑，甚至需模拟“太空故障”，训练应急处理能力（如设备断电、数据传输中断）；也要进行心理适应训练、野外生存训练等。只有在训练全过程中考评合格的才能成为正式的航天员。

2025年8月18日，神舟二十一乘组在进行飞船程序训练（图片来源：新华社/孔方舟摄）

航天驾驶员和航天飞行工程师的训练科目、内容和要求基本相同；载荷专家的训练科目、内容和学时较少。三类航天员在体质训练、航天环境适应性训练、心理训练、救生与生存训练方面要求相同，但在基础理论培训、航天专业技术训练、飞行程序与模拟训练方面要求有所不同。在航天员入选飞行乘组后，同一乘组中不同类型航天员的训练内容和要求是相同的。

在专业训练方面，航天驾驶员侧重飞行程序与应急处置，航天飞行工程师强化设备维修与系统管理，载荷专家专注实验操作与数据处理。

2025年06月09日 神舟二十一号航天员武飞、张洪章在核心舱模拟器训练 摄影：徐部

科学家通过了训练期选拔后仍不是万事大吉，还要通过飞行乘组的选拔才能飞天。飞行乘组的选拔是为某次航天飞行任务，从合格的预备航天员中选拔出最佳飞行乘员组。该选拔贯穿于某次飞行任务训练的全过程，直至发射当天才结束，它不光评价每个航天员，还评价乘组整体效能。已上过天的航天员如要再次上天，需重新参加飞行乘组的选拔。

能上天的科学家，本质是“科研能力 + 航天适配能力”的复合型人才，他们能利用太空环境解决地面科研难题；身体条件可耐受太空极端环境，具备长期在轨的生理与心理基础；经过系统训练，能将专业知识转化为太空实验的实际操作能力，甚至应对突发情况。

最后，预祝神舟二十一号乘组顺利完成半年左右的航天飞行任务。

作者：庞之浩 全国空间探测技术首席科学传播专家

本文在科普新媒体平台“蝌蚪五线谱”刊发，经授权发布