生物卫星一般由服务舱和返回舱两部分组成。服务舱是卫星与运载火箭的接合部分，内部有卫星的姿态控制系统，电源系统和其他保证卫星正常工作的设备。服务舱与返回舱分离后留在天上不返回地面。返回舱是卫星返回地面的舱段，内装各种实验生物，记录仪器，制动火箭和回收系统，舱外有防热保护层。返回舱的外形有的呈球形，有的呈碗形，重三四百千克乃至一二吨。

美国的生物卫星计划

美国1963年制订了生物卫星计划，原计划发射6颗卫星，实际只发射了3颗。1975年以后，美国的空间生命科学研究依靠苏联的“宇宙”号生物卫星完成。

中国的生物卫星计划

中国在1990年10月5日发射的返回式卫星上也进行了太空动物试验，两只雄性小白鼠率先光顾宇宙，览尽九天风光。它们在天上生活了5天零8个小时，由于种种不适应，在返回地面之前死去了。

生物卫星上为什么常选用猴子，白鼠做试验品呢？

猴子属灵长类，在身体各方面与人类相近。通过猴子在太空的反应，可以帮助科学家了解它们的内脏器官在飞行初期处于什么状态，它们心血管，骨骼，血液，神经和感觉系统在失重环境中的变化以及宇宙辐射对身体器官的影响，还有宇宙飞行对它们的生殖能力，遗传基因的影响等，而这些实验直接在宇航员身上做是不妥当的。

白鼠以体积小，繁殖力强的优点入选太空。28只白鼠的体积才等于一只狗的体积，而它们又有14天就可以繁殖一代能力，可以在太空中受孕，回地面繁殖，也可以受孕后上天在太空中繁殖，还可以很快地了解太空飞行对其子孙后代的影响。

精神号和机遇号正在火星执行一系列科学考察任务，2004年仅美国就要将2个登陆器送上火星。除了要探索火星是否有水和生命这个重大问题以外，也是为人类登上火星作前期准备。火星重力生物卫星计划（MGBP）是为人类登陆火星而发展太空生物学和生理学的研究计划。

火星重力是火星探索必须研究的课题。火星重力生物卫星计划（MGBP）是2001年八月火星学会启动的第一个以研究为目标的国际合作研究计划。参与的大学包括麻省理工学院、华盛顿大学以及澳大利亚昆士兰大学。研究目标是人类对减少的火星重力环境的反应。太空科学的研究已经30多年了，减重力（在微重力到1g之间的重力）生理学的研究还是处女空白领域。人类自身要为进入火星表面探索领域做好准备，理解重力生物学的连续性、在国际太空站的离心重力生活舱进行进一步试验、考察作为微重力条件下的反措施的低强度重力的发生环境以及理解这样负载环境对人体的影响是非常重要的课题。当宇航员离开地球进入太空失重环境的时候，体内将经历严重的生理变化。

按照项目的计划，将装载为数不多的豚鼠的具有人造重力环境的太空飞船（图1）发射到低地轨道。豚鼠为怀孕，其后代将在轨道卫星上出生、发育直到完全成熟。从飞行中和飞行后获得的观察数据将成为在微重力和1g重力之间的环境下哺乳动物生理学的研究依据，是人类执行火星考察使命的至关重要的准备步骤。项目将在专家的指导下吸引成百上千的各个学科的大学高材生参加。身体的机能需要重力的支撑才能正常工作。即使几个小时的失重环境，大脑的神经血管反射通路将进入自适应失调过程。如果是几天或者几个月，人和其他动物的飞行研究可以看到骨骼和韧带的连续性退化以及骨骼和血管肌肉的广泛萎缩。如果这些变化不断继续，适应太空的有机体就越来越难返回到地球表面的强有力的重力环境。到目前为止，对微重力退化的反措施一直限于各种形式的锻炼、药物以及体液的重新分布。这些措施的目的是让执行太空使命几个月的宇航员安全返回地球，但是这些措施只能使得失调过程减慢。研究提示，在太空生活中宇航员的退化的骨骼可能永远也不能完全恢复。显然，需要有直接的解决办法。旋转太空飞行器（如同在2001年科幻电影太空奥德萨中所见。）可以提供长期太空飞行的解答。在旋转飞行的时候，向内的离心加速度（显然向外的力）取代重力，这样失去负载的效果就消失了！不过，旋转环境并没有完全模拟实际重力场，而是有一些副作用对小的半径（穿过太空飞行器的重力梯度）更加强化，体重随着具有角速度的运动而变化以及更加重要的是具有干扰内耳血管系统的科里奥利（Coriolis）力。由于这些困难以及建造一艘这样的旋转飞行器需要的巨大成本，这种概念还没有科学幻想变成对健康的实际好处。那么在其他星球上生活和工作又会怎样呢？虽然人工重力可以使我们穿过广袤的太空，当到了火星以及其他星球就没有什么帮助了。人类在重力水平不同的星球或月球上生活不需要通过昼夜不停自身旋转来保持像地球那样的舒适的重力环境。没有一个人知道哺乳动物是否能够适应减重力环境。虽然在地球上对离心机的研究一直在考察超重力（高于地球重力）对哺乳动物的影响，对于零到1g重力之间的重要领域所作的太空试验非常有限。图2反映神经血管机能、体液和电解质、心血管机能、红细胞质量以及辐射效应的时间变化曲线，表明多数生理参数在头几天到几周内的起伏变化很大，后来最终接近一个自适应“设定点（set-point）”。

独特（也十是重要的）例外是骨骼损失，人类在微重力下似乎是不断损失骨骼质量，即使采取了反措施也是如此。考察图2的两个设定点时可以问这样的问题，对火星重力而言，这样的设定点在哪里？它比较接近地球还是接近零重力环境？骨骼的损失会无规律继续还是施加部分重力可以使得这种危险的的退化停止下来？目前没有坚实的研究能够回答这些问题，但是必须回答。人类有朝一日要到重力只有地球1/3的火星旅行并且在那里生活，必须知道是否能够适应，如果能够适应，是否能够再次安全返回地球？

项目计划将豚鼠（啮齿动物）上天两个月为载人火星考察打前站，它有足够的时间再生成熟的红细胞。豚鼠生活在模拟火星的重力环境（相当地球的1/3，0.38g）的轨道飞行器内。图3是这种环境的概念图。图4为“豚鼠宇航员”候选队员站在太阳能面板上。这个太空飞行器在轨道上以每分钟34转的速度旋转。产生的重力为0.38g。他们将活着回到地球。每一只豚鼠都有自己的“房间”，便于密切观察。每一个“房间”装备一台照相机。一举一动都会被拍摄。每一个“房间”有自己的供水系统，豚鼠的水消耗情况将被跟踪。豚鼠的排泄物也严格收集在“房间”下面的容器中，专门的分析仪器将分析各种代表骨骼损失的生物标记物。通过降落伞降落。封装的容器参考了阿波罗登月计划使用的容器。降落地点为澳大利亚Woomera附近。在太空中创造人工重力环境在宇航探索中属于首次。飞船返回地球以后豚鼠及其后代将被跟踪研究。以期发现太空中减重力环境的生理影响。图1展示的是包含火星重力生成模型的生物卫星概念模型。豚鼠所在“房间”也装备体重传感器，在5周内对豚鼠的体重变化进行跟踪。为了让豚鼠的太空生活开心，配备了一些木质玩具，便于豚属啮咬（但是不能啮咬它们居住的“房间”）。还有供它们娱乐的可以穿行的小管。参加这次太空研究的豚鼠是雌性，有两个原因：一是雄性豚鼠的食量比较大；另外一个是有研究表明，雌性豚鼠受低重力的影响比雄性更大。图5为豚鼠居住“房间”的一个设计方案。

虽然要求参与的大学生非常多，根据项目负责人最近的透露，大约将有250名大学生参与研究。三个大学的分工为：麻省理工学院为项目负责和协调单位，负责设计豚鼠“房间”和生命支撑系统。华盛顿大学负责提供电力供应、推进系统、高度控制、热控制以及所有地面通信。昆士兰大学负责卫星返回，包括进入大气层、降落以及着陆所需要的热屏蔽和降落伞。这个分工构成火星重力生物卫星计划（MGBP）的三大子系统。在卫星上天以前，要进行一系列地面预试验。例如，排泄废料收集系统、豚鼠7周生命支撑系统以及空气检查和过滤系统等。

如果独立进行这项研究，花费需要1500万美元，如果搭载在其他目的研究的近地火箭和卫星，费用只要200万美元。太空飞行器的建造费用为40万美元。一位匿名私人捐赠者愿意赞助二分之一的费用。NASA对这项研究具有很大兴趣并且给予资助。按照计划这颗生物卫星将于2006年年初或年中发射，豚鼠将在低轨道太空中生活7个星期。