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今天發(fā)射升空的問天實(shí)驗(yàn)艙裝載了8個(gè)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜，除了生命生態(tài)、生物技術(shù)兩個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜外，還有科學(xué)手套箱和低溫存儲(chǔ)裝置、變重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜等。此外，科學(xué)家還為中國空間站設(shè)計(jì)了通用科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，為今后需要上天開展的實(shí)驗(yàn)預(yù)留空間。

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高1.8米、寬1.1米，深0.9米，這些實(shí)驗(yàn)柜基本構(gòu)型一樣、對(duì)外接口統(tǒng)一，內(nèi)里卻各懷神通。在科學(xué)家的精心設(shè)計(jì)與遠(yuǎn)程控制，以及航天員的精準(zhǔn)操作下，未來將不斷有空間生命科學(xué)研究成果涌現(xiàn)，為人類探索宇宙與生命奧秘立下不朽功勛。

科學(xué)手套箱 顯微操作精確到5微米

地面實(shí)驗(yàn)室中，超凈工作臺(tái)是最常見的設(shè)備之一。為科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供密閉潔凈的操作空間，無論在地球上還是太空中，都是“剛需”。為滿足空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)的這一需求，中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所研發(fā)出了我國空間站最開放、最大包容度、支持多學(xué)科深度融合實(shí)驗(yàn)的功用支撐平臺(tái)——科學(xué)手套箱。

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輕巧、寬敞、結(jié)實(shí)，科學(xué)手套箱是目前擁有最強(qiáng)大環(huán)境控制能力、最高操作精度，以及自潔凈能力的科學(xué)實(shí)驗(yàn)載荷。它不僅光照可編程控制、風(fēng)速可調(diào)節(jié)，其溫度控制更可精確到0.5℃，濕度精度達(dá)4%，顯微操作精度不超過5微米。

“我們不僅為科學(xué)手套箱配置了靈巧機(jī)械臂系統(tǒng)，還配備了能夠進(jìn)行顯微細(xì)胞操作的微操作系統(tǒng)?！鄙蜿栕詣?dòng)化所副研究員劉曉源介紹，這套設(shè)備可協(xié)助航天員在軌實(shí)現(xiàn)精細(xì)操作或重復(fù)操作的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，如基因注射、細(xì)胞核提取、染色體切割等。操作完成后，機(jī)械臂還會(huì)自動(dòng)把手套箱打掃干凈。

考慮到實(shí)驗(yàn)艙將在軌運(yùn)行十年，為了適應(yīng)將來在軌科學(xué)實(shí)驗(yàn)不斷升級(jí)的需求，科學(xué)手套箱還配置了多類可擴(kuò)展的標(biāo)準(zhǔn)接口，為日后更新提供強(qiáng)大支撐。

低溫存儲(chǔ)裝置 一箱三溫更加高效節(jié)能

-80℃、-20℃、4℃的冰箱，是生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室不可或缺的存儲(chǔ)裝置。在空間有限的空間站，怎能放下這么多冰箱呢？為解決這一難題，中國電子科技集團(tuán)公司第十六研究所等研發(fā)了我國首臺(tái)三溫區(qū)、達(dá)到-80℃的斯特林制冷航天冰箱。

“一臺(tái)冰箱同時(shí)提供三個(gè)溫度的制冷，與國際空間站的低溫存儲(chǔ)設(shè)備一致，但我們的冰箱更加緊湊、效率更高?！敝袊娍?6所該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人王波介紹，經(jīng)過四年研制，這臺(tái)冰箱在國際上創(chuàng)新采用了斯特林制冷機(jī)與熱電制冷片集成制冷，每瓦制冷量的功耗不到國際同類設(shè)備的一半。

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此外，三個(gè)不同溫度的獨(dú)立存儲(chǔ)區(qū)還具備斷電保溫功能，以及航天員參與實(shí)驗(yàn)管理、樣品更換和回收功能，可為我國空間站提供長期持久的低溫生物樣品保存。

由于低溫存儲(chǔ)裝置與科學(xué)手套箱是疊放在一起的，為了使兩臺(tái)設(shè)備運(yùn)行時(shí)相互不干擾，科研人員進(jìn)行了大量測試與優(yōu)化，解決了震動(dòng)、噪聲、釋氣等一系列問題，使它們能夠“珠聯(lián)璧合”，確保我國空間生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)的順利開展。

變重力實(shí)驗(yàn)柜 在軌模擬地月火星重力

問天艙內(nèi)還有一臺(tái)變重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，它可實(shí)現(xiàn)在軌微重力環(huán)境基礎(chǔ)上，從0.01G到2G范圍內(nèi)的可控重力環(huán)境模擬，這相當(dāng)于可以分別模擬月球、地球、火星等天體的重力環(huán)境。

微重力是空間站最大的自然環(huán)境特點(diǎn)之一，包括空間生命科學(xué)與生物技術(shù)、微重力流體和燃燒科學(xué)在內(nèi)的各種實(shí)驗(yàn)，都希望能夠在這里獲得理想的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。然而，科學(xué)實(shí)驗(yàn)往往需要進(jìn)行對(duì)照比較，因此需要在同一空間環(huán)境中模擬不同重力，以對(duì)其重力效應(yīng)和響應(yīng)機(jī)制進(jìn)行研究。

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“這臺(tái)變重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜配備了目前空間最大直徑的離心機(jī)，轉(zhuǎn)子直徑達(dá)到900毫米?！敝袊茖W(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員周妍林介紹，變重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜主要由兩個(gè)離心機(jī)、監(jiān)控系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和定子控制器，以及實(shí)驗(yàn)柜控制器和熱控抽屜等組成。其中，兩個(gè)離心機(jī)是科學(xué)實(shí)驗(yàn)核心設(shè)備，也是變重力實(shí)驗(yàn)開展的場所，其轉(zhuǎn)盤上安裝科學(xué)實(shí)驗(yàn)載荷模塊進(jìn)行變重力實(shí)驗(yàn)。

作者：許琦敏

責(zé)任編輯：任荃

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