神舟十六號(hào)航天員景海鵬（中）、朱楊柱（右）、桂海潮。

太空實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選取，主要是圍繞國(guó)內(nèi)外前沿?zé)狳c(diǎn)方向和重大需求開(kāi)展科學(xué)項(xiàng)目論證、遴選。如在空間生命科學(xué)領(lǐng)域，科學(xué)家面向空間生命孕育、合成生物制造與制藥、復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)等方向，規(guī)劃相應(yīng)研究主題和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目群，進(jìn)行太空實(shí)驗(yàn)。

呂從民 空間應(yīng)用系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師、中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員

5月30日，神舟十六號(hào)載人飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，此次神舟十六號(hào)航天員乘組首次包含“航天駕駛員、航天飛行工程師、載荷專(zhuān)家”3種航天員類(lèi)型，也是我國(guó)航天飛行工程師和載荷專(zhuān)家的首次太空飛行。同時(shí)，跟隨神舟十六號(hào)載人飛船一同飛天的，還有5項(xiàng)生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)物資。這些實(shí)驗(yàn)物資重約23.6千克，體積約95升，其中包括了6個(gè)定制貨包。

為什么要在太空開(kāi)展生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)？空間應(yīng)用系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師、中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員呂從民解釋?zhuān)骸吧亲顝?fù)雜的物質(zhì)存在形式之一，在空間特有的微重力、宇宙輻射和磁場(chǎng)變化條件下，研究人和多種生物響應(yīng)，是深入探究生命現(xiàn)象本質(zhì)的重要途徑，也是人類(lèi)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期太空探索活動(dòng)的基礎(chǔ)?！?/p>

線蟲(chóng)、擬南芥成為太空“常客”

繼神舟十五號(hào)載人飛行任務(wù)啟動(dòng)空間站三艙科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜后，隨著神十六乘組的到來(lái)，實(shí)驗(yàn)艙將再次迎來(lái)線蟲(chóng)實(shí)驗(yàn)。在“空間輻射暴露引起線蟲(chóng)發(fā)育過(guò)程DNA損傷修復(fù)及細(xì)胞凋亡影響研究”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，一個(gè)裝載著4種線蟲(chóng)的線蟲(chóng)芯片實(shí)驗(yàn)盒被帶上太空。

科研人員將利用全自動(dòng)微流控系統(tǒng)對(duì)線蟲(chóng)個(gè)體的在軌發(fā)育和損傷效應(yīng)進(jìn)行觀測(cè)，分析長(zhǎng)期輻射暴露對(duì)DNA損傷修復(fù)及生殖細(xì)胞凋亡的影響，該實(shí)驗(yàn)有望為揭示長(zhǎng)期在軌生物個(gè)體對(duì)抗空間輻射損傷機(jī)制作出貢獻(xiàn)。

在“空間輻射損傷評(píng)估科學(xué)與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，線蟲(chóng)也是“主角”。呂從民介紹，該實(shí)驗(yàn)的主要科學(xué)目標(biāo)是挖掘空間輻射損傷評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的生物標(biāo)志物，分析空間輻射損傷的品質(zhì)因子，構(gòu)建空間輻射損傷評(píng)估模型，為開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的空間輻射健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系提供重要技術(shù)支撐。

同時(shí)，在“微重力環(huán)境對(duì)細(xì)胞間相互作用和細(xì)胞生長(zhǎng)影響的生物力學(xué)研究”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，6個(gè)生物力學(xué)樣品單元被上行至空間站，其中2個(gè)裝載肝細(xì)胞，4個(gè)裝載肝細(xì)胞/內(nèi)皮細(xì)胞。“該實(shí)驗(yàn)旨在認(rèn)識(shí)肝組織細(xì)胞在微重力下的生物力學(xué)特征和力學(xué)—生物學(xué)耦合過(guò)程，以及重力變化對(duì)細(xì)胞生命活動(dòng)的作用規(guī)律；發(fā)展基于生物力學(xué)的空間細(xì)胞—組織動(dòng)態(tài)培養(yǎng)新實(shí)驗(yàn)技術(shù)。”呂從民說(shuō)。

生物實(shí)驗(yàn)的“常駐嘉賓”、科學(xué)家最喜歡的模式植物——擬南芥也隨著神舟十六號(hào)再度飛上太空?？蒲腥藛T將利用野生型、3種突變體和轉(zhuǎn)基因擬南芥，開(kāi)展空間微重力環(huán)境調(diào)控植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的分子網(wǎng)絡(luò)研究，揭示植物感受微重力環(huán)境的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制及其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

此外，還有包含8個(gè)核酸實(shí)驗(yàn)單元的“蛋白與核酸共起源及密碼子起源的分子進(jìn)化研究”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，也隨神舟十六號(hào)飛上太空。該實(shí)驗(yàn)將在國(guó)際上首次將氨基酸、核苷酸與磷結(jié)合，探索密碼子起源；考察重力效應(yīng)對(duì)密碼子起源的影響；考察重力效應(yīng)與生命進(jìn)化的關(guān)系；為生命的化學(xué)起源理論體系及尋找地外生命宜居星球提供重要的科學(xué)依據(jù)。

呂從民說(shuō)，空間科學(xué)與應(yīng)用項(xiàng)目涉及的領(lǐng)域比較多，有效載荷的特點(diǎn)也各不相同，神十六乘組的載荷專(zhuān)家深度參與這些在軌實(shí)驗(yàn)，可以大大提高在軌科學(xué)實(shí)驗(yàn)效率，簡(jiǎn)化科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮人的自主判斷、決策、處理能力。

實(shí)驗(yàn)圍繞熱點(diǎn)方向和重大需求

那么，與神舟十五號(hào)上行的太空實(shí)驗(yàn)相比，神舟十六號(hào)上行的太空實(shí)驗(yàn)有什么特點(diǎn)？

“神舟十五號(hào)和神舟十六號(hào)上行的太空實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均以生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)為主，都是利用空間微重力、輻射條件開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。每次飛行任務(wù)科學(xué)項(xiàng)目的安排主要根據(jù)飛船的上行資源條件、下行資源以及科學(xué)項(xiàng)目就緒狀態(tài)進(jìn)行總體規(guī)劃。”呂從民解釋道。

同時(shí)，呂從民強(qiáng)調(diào)，空間生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多數(shù)需要進(jìn)行發(fā)射場(chǎng)樣品制備、加載、集成，并進(jìn)行待發(fā)段臨射安裝，目的是保持生物樣品的活性、盡量減少地面重力條件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。

為什么要在太空開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗(yàn)？在太空開(kāi)展哪些實(shí)驗(yàn)，又是由什么因素決定的？“實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選取，主要是圍繞國(guó)內(nèi)外前沿?zé)狳c(diǎn)方向和重大需求開(kāi)展科學(xué)項(xiàng)目論證、遴選?！眳螐拿裾f(shuō)，比如在空間生命科學(xué)領(lǐng)域，科學(xué)家面向空間生命孕育、合成生物制造與制藥、復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)等國(guó)際前沿和人民健康需求，規(guī)劃相應(yīng)研究主題和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目群，進(jìn)行太空實(shí)驗(yàn)。

在微重力物理科學(xué)領(lǐng)域，面向活性軟物質(zhì)、重要應(yīng)用新材料制備、復(fù)雜等離子體、超臨界燃燒等前沿領(lǐng)域和國(guó)家重大需求，空間應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)劃了包括流體物理與熱物理、燃燒科學(xué)、材料科學(xué)、基礎(chǔ)物理等重點(diǎn)研究方向。

在空間天文與地球科學(xué)領(lǐng)域，瞄準(zhǔn)暗物質(zhì)、宇宙線起源、太陽(yáng)系行星起源演化等國(guó)際公認(rèn)的重大科學(xué)問(wèn)題，空間應(yīng)用系統(tǒng)將規(guī)劃開(kāi)展長(zhǎng)期空間觀測(cè)與科學(xué)數(shù)據(jù)處理。

此外，空間應(yīng)用系統(tǒng)還瞄準(zhǔn)新型原材料、關(guān)鍵元器件自主可控、在軌制造與建造等支撐未來(lái)空間任務(wù)實(shí)施的關(guān)鍵技術(shù)，在空間應(yīng)用新技術(shù)研究領(lǐng)域規(guī)劃研究主題。

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“夢(mèng)天”里的“百寶柜”

我國(guó)空間站工程航天技術(shù)試驗(yàn)是空間站應(yīng)用任務(wù)的一個(gè)重要領(lǐng)域，作為該領(lǐng)域的抓總研制單位，航天科技集團(tuán)五院為空間站夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙配置了航天基礎(chǔ)試驗(yàn)機(jī)柜，它將有力推動(dòng)我國(guó)航天新技術(shù)試驗(yàn)取得新成果。

據(jù)航天科技集團(tuán)五院專(zhuān)家介紹，航天基礎(chǔ)試驗(yàn)機(jī)柜在軌至今，已成功開(kāi)展在軌功能測(cè)試和部分載荷在軌試驗(yàn)，目前產(chǎn)品狀態(tài)良好。

航天基礎(chǔ)試驗(yàn)機(jī)柜結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)為平臺(tái)設(shè)備提供了緊湊的布局空間，試驗(yàn)載荷不同，對(duì)在軌試驗(yàn)空間的要求必然多樣化。兼顧用戶需求和模塊化設(shè)計(jì)是解決多樣化需求和載荷接口標(biāo)準(zhǔn)化的最佳方式。結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)能夠提供13個(gè)種類(lèi)的試驗(yàn)空間，可以根據(jù)用戶需求，以最小的I型載荷單元為基礎(chǔ)，適應(yīng)多型規(guī)格的載荷單元以不同形式組合安裝，在軌實(shí)現(xiàn)載荷單元的自由匹配，最大化滿足試驗(yàn)需求。

機(jī)柜作為一個(gè)試驗(yàn)平臺(tái)，為各個(gè)試驗(yàn)載荷提供了標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)、電、熱、信息等保障條件。載荷試驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生熱量，這就需要熱控子系統(tǒng)對(duì)載荷環(huán)境溫度進(jìn)行管理。熱控子系統(tǒng)通過(guò)多種手段為各個(gè)載荷提供了全方位服務(wù)。如果將航天基礎(chǔ)試驗(yàn)機(jī)柜比喻成一棟大樓，熱控子系統(tǒng)就是這棟樓的“環(huán)境管家”，包括通風(fēng)子系統(tǒng)、液冷子系統(tǒng)和抽真空子系統(tǒng)三部分。

信息管理子系統(tǒng)是整柜的信息控制中樞，通過(guò)它搭建的“神經(jīng)系統(tǒng)”，控制著機(jī)柜和試驗(yàn)載荷在軌的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。信息管理子系統(tǒng)所使用的光纖通信鏈路是機(jī)柜和外部空間應(yīng)用系統(tǒng)的唯一數(shù)據(jù)傳輸通道，可謂實(shí)現(xiàn)機(jī)柜本體對(duì)外通信的“第一道大門(mén)”，承擔(dān)著柜內(nèi)載荷數(shù)據(jù)交換與打包、上行指令數(shù)據(jù)的處理和分發(fā)等重任。試驗(yàn)載荷在軌獲取的寶貴試驗(yàn)數(shù)據(jù)，都是通過(guò)它來(lái)“聯(lián)通天地”。

信息管理子系統(tǒng)還配置了綜合管理設(shè)備，不僅用于實(shí)現(xiàn)柜內(nèi)4路載荷的配電和柜內(nèi)熱控產(chǎn)品的配電與控制功能，還肩負(fù)采集各載荷實(shí)時(shí)遙測(cè)并下傳、轉(zhuǎn)發(fā)載荷指令的重任。

同時(shí)，信息管理子系統(tǒng)配置的無(wú)線收發(fā)設(shè)備，可用于支持無(wú)線終端的快速接入，保障艙內(nèi)高速無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋。針對(duì)大容量載荷數(shù)據(jù)的在軌存儲(chǔ)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便易懂的文件存儲(chǔ)架構(gòu)為載荷數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與回放提供了可靠技術(shù)支撐。