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问天实验舱里有哪些化工类技术?

2022年8月20日

近日,搭载长征五号B遥三运载火箭的问天实验舱“一飞冲天”。这是中国空间站的首个科学实验舱。航天员将依托问天实验舱完成多项生命科学与生物技术研究,在空间生命科学与生物技术、微重力流体物理、空间材料科学、空间应用新技术试验4个领域方向开展10个研究主题。多项化工类技术也一同入住问天实验舱。

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生物技术实验柜

问天实验舱的主要任务是进行生命科学和生物技术研究。它搭载的两个太空生命科学实验柜分别是生命生态实验柜和生物技术实验柜,都出自中国科学院上海技术物理研究所的科研人员之手。

其中,生命生态实验柜的主要目的是开展以生物个体(包括植物、动物等)为对象的微重力效应和空间辐射效应研究,以及空间生态生命支持系统基础研究。

生物技术实验柜包括细胞组织实验模块、细胞组织检测与调控模块、蛋白质结晶与分析模块以及专用实验模块。它们将分别开展以生物组织、细胞和生化分子等不同层次多类别生物样品为对象的细胞培养和组织构建,以及分子生物制造、空间蛋白质结晶和分析等空间生物技术及应用研究,并给蛋白与核酸共起源、空间生物力学等提供接口,在创新的生物材料、药物和医疗技术等方面取得突破性发现、获取全新的认知,为指导和促进地面农业、医药、环境生物技术研究和发展发挥积极作用。

微米级科学手套箱

作为一项重要的科学实验设施,由中国科学院沈阳自动化研究所研制的科学手套箱也随问天实验舱发射升空。

科学手套箱的设计统筹了生命科学、生物技术、航天医学、材料科学等学科需求,为空间科学实验提供密闭洁净的操作空间。其温度、湿度、光照、风速可控,还特别配置了灵巧的机械臂系统和可以进行显微细胞操作的微操作系统。

科学手套箱的应用范围包括空间基础生物学研究、空间生命科学的前沿和交叉研究、空间生物技术和应用研究、空间辐射生物学研究及空间生态生命支持系统基础性研究等。

南开大学人工智能学院赵新教授研究团队的孙明竹、秦岩丁两位老师参与了科学手套箱中微操作手臂、微操作末端工具的研制及细胞操作软件的开发。科学手套箱支持各类科学实验样品的隔离密闭和精细操作,其中微操作手臂的操作精度优于5微米,可完成多种微米级细胞操作。

三温区“航天冰箱”

问天实验舱还配备了被称为“航天冰箱”的低温存储装置。该装置在不到0.5平方米的狭小空间内,高密度集成-80℃、-20℃、+4℃三种典型存储温度,可满足生物、试剂、材料等样品不同低温存储条件,为开展长期空间实验提供保障。

江苏山由帝奥节能新材股份有限公司提供的真空绝热板应用于问天实验舱低温实验保冷设备。问天实验舱要在轨12年,“航天冰箱”在长时间内要持续稳定保持在-80℃,对真空绝热板表面材料的耐受度、内部芯材都提出了更高要求,同时一些异形结构真空绝热板的制备也存在挑战。

该公司团队在南航材料科学与技术学院教授陈照峰的指导下,对原有产品的制备流程和性能不断优化和提升,确保了真空绝热板性能长期稳定。与传统的绝热材料相比,真空绝热板导热系数是传统绝热材料的1/6甚至更低,厚度也仅为普通材料的1/10~1/5,适用于受空间限制及保温性能要求比较高的场合。

双通道气相色谱仪

中国科学院大连化物所微型分析仪器研究组(105组)关亚风研究员、丁坤副研究员、耿旭辉研究员团队研制的双通道气相色谱仪作为环控生保子系统的重要组件,搭载问天实验舱正式入轨服役。

空间站是一个密闭的空间,常年的人员活动、科学实验会释放挥发性有机物进入空气中,危害航天员的生命健康。双通道气相色谱仪可在线监测空间站舱内空气中微量挥发性有机物的种类和浓度,判断环境是否存在异常、空气质量是否符合安全标准,为航天员的生命健康提供保障。

此次随问天实验舱入轨服役的是大连化物所为空间站研制的第二套气相色谱仪。第一套气相色谱仪已于2021年4月29日搭载天和核心舱入轨正式服役,已在轨运行1年以上,保障了我国载人空间站飞行试验任务的顺利开展。


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