開啟首次太空飛行，載荷專家在“天宮”究竟干些啥

神舟十六號航天員景海鵬（中）、朱楊柱（右）、桂海潮。

太空實驗項目的選取，主要是圍繞國內(nèi)外前沿?zé)狳c方向和重大需求開展科學(xué)項目論證、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)研究主題和實驗項目群，進行太空實驗。

呂從民 空間應(yīng)用系統(tǒng)副總設(shè)計師、中國科學(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，此次神舟十六號航天員乘組首次包含“航天駕駛員、航天飛行工程師、載荷專家”3種航天員類型，也是我國航天飛行工程師和載荷專家的首次太空飛行。同時，跟隨神舟十六號載人飛船一同飛天的，還有5項生命科學(xué)實驗項目的實驗物資。這些實驗物資重約23.6千克，體積約95升，其中包括了6個定制貨包。

為什么要在太空開展生命科學(xué)實驗？空間應(yīng)用系統(tǒng)副總設(shè)計師、中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員呂從民解釋：“生命是最復(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，也是人類實現(xiàn)長期太空探索活動的基礎(chǔ)。”

線蟲、擬南芥成為太空“常客”

繼神舟十五號載人飛行任務(wù)啟動空間站三艙科學(xué)實驗柜后，隨著神十六乘組的到來，實驗艙將再次迎來線蟲實驗。在“空間輻射暴露引起線蟲發(fā)育過程DNA損傷修復(fù)及細胞凋亡影響研究”實驗項目中，一個裝載著4種線蟲的線蟲芯片實驗盒被帶上太空。

科研人員將利用全自動微流控系統(tǒng)對線蟲個體的在軌發(fā)育和損傷效應(yīng)進行觀測，分析長期輻射暴露對DNA損傷修復(fù)及生殖細胞凋亡的影響，該實驗有望為揭示長期在軌生物個體對抗空間輻射損傷機制作出貢獻。

在“空間輻射損傷評估科學(xué)與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)”實驗項目中，線蟲也是“主角”。呂從民介紹，該實驗的主要科學(xué)目標(biāo)是挖掘空間輻射損傷評估和風(fēng)險預(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)建空間輻射損傷評估模型，為開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的空間輻射健康風(fēng)險評估體系提供重要技術(shù)支撐。

同時，在“微重力環(huán)境對細胞間相互作用和細胞生長影響的生物力學(xué)研究”實驗項目中，6個生物力學(xué)樣品單元被上行至空間站，其中2個裝載肝細胞，4個裝載肝細胞/內(nèi)皮細胞。“該實驗旨在認(rèn)識肝組織細胞在微重力下的生物力學(xué)特征和力學(xué)—生物學(xué)耦合過程，以及重力變化對細胞生命活動的作用規(guī)律；發(fā)展基于生物力學(xué)的空間細胞—組織動態(tài)培養(yǎng)新實驗技術(shù)。”呂從民說。

生物實驗的“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再度飛上太空。科研人員將利用野生型、3種突變體和轉(zhuǎn)基因擬南芥，開展空間微重力環(huán)境調(diào)控植物細胞結(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)境的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制及其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

此外，還有包含8個核酸實驗單元的“蛋白與核酸共起源及密碼子起源的分子進化研究”實驗項目，也隨神舟十六號飛上太空。該實驗將在國際上首次將氨基酸、核苷酸與磷結(jié)合，探索密碼子起源；考察重力效應(yīng)對密碼子起源的影響；考察重力效應(yīng)與生命進化的關(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，空間科學(xué)與應(yīng)用項目涉及的領(lǐng)域比較多，有效載荷的特點也各不相同，神十六乘組的載荷專家深度參與這些在軌實驗，可以大大提高在軌科學(xué)實驗效率，簡化科學(xué)實驗裝置設(shè)計，充分發(fā)揮人的自主判斷、決策、處理能力。

實驗圍繞熱點方向和重大需求

那么，與神舟十五號上行的太空實驗相比，神舟十六號上行的太空實驗有什么特點？

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

同時，呂從民強調(diào)，空間生命科學(xué)實驗項目多數(shù)需要進行發(fā)射場樣品制備、加載、集成，并進行待發(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實驗結(jié)果的影響。

為什么要在太空開展科學(xué)實驗？在太空開展哪些實驗，又是由什么因素決定的？“實驗項目的選取，主要是圍繞國內(nèi)外前沿?zé)狳c方向和重大需求開展科學(xué)項目論證、遴選。”呂從民說，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)等國際前沿和人民健康需求，規(guī)劃相應(yīng)研究主題和實驗項目群，進行太空實驗。

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、太陽系行星起源演化等國際公認(rèn)的重大科學(xué)問題，空間應(yīng)用系統(tǒng)將規(guī)劃開展長期空間觀測與科學(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空間任務(wù)實施的關(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。

【相關(guān)鏈接】

“夢天”里的“百寶柜”

我國空間站工程航天技術(shù)試驗是空間站應(yīng)用任務(wù)的一個重要領(lǐng)域，作為該領(lǐng)域的抓總研制單位，航天科技集團五院為空間站夢天實驗艙配置了航天基礎(chǔ)試驗機柜，它將有力推動我國航天新技術(shù)試驗取得新成果。

據(jù)航天科技集團五院專家介紹，航天基礎(chǔ)試驗機柜在軌至今，已成功開展在軌功能測試和部分載荷在軌試驗，目前產(chǎn)品狀態(tài)良好。

航天基礎(chǔ)試驗機柜結(jié)構(gòu)機構(gòu)子系統(tǒng)為平臺設(shè)備提供了緊湊的布局空間，試驗載荷不同，對在軌試驗空間的要求必然多樣化。兼顧用戶需求和模塊化設(shè)計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)機構(gòu)子系統(tǒng)能夠提供13個種類的試驗空間，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，在軌實現(xiàn)載荷單元的自由匹配，最大化滿足試驗需求。

機柜作為一個試驗平臺，為各個試驗載荷提供了標(biāo)準(zhǔn)的機、電、熱、信息等保障條件。載荷試驗會產(chǎn)生熱量，這就需要熱控子系統(tǒng)對載荷環(huán)境溫度進行管理。熱控子系統(tǒng)通過多種手段為各個載荷提供了全方位服務(wù)。如果將航天基礎(chǔ)試驗機柜比喻成一棟大樓，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，通過它搭建的“神經(jīng)系統(tǒng)”，控制著機柜和試驗載荷在軌的正常運轉(zhuǎn)。信息管理子系統(tǒng)所使用的光纖通信鏈路是機柜和外部空間應(yīng)用系統(tǒng)的唯一數(shù)據(jù)傳輸通道，可謂實現(xiàn)機柜本體對外通信的“第一道大門”，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。試驗載荷在軌獲取的寶貴試驗數(shù)據(jù)，都是通過它來“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，還肩負采集各載荷實時遙測并下傳、轉(zhuǎn)發(fā)載荷指令的重任。

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