我国首颗微重力科学实验卫星“实践十号”的上海印记

近日，我国首颗微重力科学和空间生命科学实验卫星“实践十号”顺利着陆。在这次太空实验中，留下了上海科学家的许多印记。19项科学实验载荷进行了为期12天的“太空旅行”，其中6个装着生物和植物的载荷由上海技术物理研究所研制；上海硅酸盐研究所合作研制的“多功能材料合成炉”，则作为材料科学研究载荷；上海生科院植物生理生态研究所承担了3项实验。在最后攻坚阶段，科研人员和技术人员可以说是没日没夜地工作，他们中有人在酒泉卫星发射中心呆了将近2个月，还有人连续36小时没有合过眼。

上海技物所研制了近1/3载荷

“拿回实验品时，科学家们都很兴奋，看来结果比较令人乐观。”上海技物所载荷负责人张涛笑着说。上海技物所创新使用多项国内领先技术，研制的6台空间实验载荷成功获取了大量的科学实验数据和资料。卫星科学应用系统副总师段恩奎评价道，“达到了预期的科学实验要求，取得了预期实验结果，一些新实验现象已超越国际上对微重力环境下其结果的预言。”

 对于生物实验载荷，有着非常苛刻的要求。这些生物样品要在空间呆上12天，对于培养箱的环境要随时测控；对于生物样品发生了什么样的变化，要实时（显微）观察成像。为此，6套产品共配备了10台不同类型的照相机，不仅可以观察，还能进行数据分析；对于不到12天完成实验的，则要把实验样品状固定与保存下来。为了实验的精准性，从拆解设备到把活性完好的生物样品交给生物学科研人员用了不到2小时。

此次成功回收了5个“迷你太空实验室”——高等植物箱、植物培养箱、干细胞培养箱、胚胎培养箱和家蚕培养箱，每一个载荷都凝结了上海技物所的技术创新。
 

胚胎培养箱顺利获得了太空中小鼠早期胚胎卵裂发育的实时显微图像，并对太空飞行实验的胚胎样品进行了化学固定。项目组成功运用了空间密闭环境中的胚胎培养技术，是世界首例。

已完成空间实验任务的胚胎培养箱     黄海华 摄

干细胞培养箱利用空间特有微重力资源，实现了造血干细胞和神经干细胞的空间培养和增殖。项目组在国内首次应用了空间密闭环境中的干细胞培养技术，以及“化学固定液注入+半导体致冷器降温”固定技术。

已完成空间实验任务的干细胞箱       黄海华 摄

小小一个家蚕培养箱，里面竟然设置了6个不同温度的区域，还安装了一个风扇。太空中没有对流，所以没有风，而这个风扇既可以产生“风”，又能让各温区温度保持恒定。

高等植物箱里设置长、短日照两个实验区，在每个实验区放置了水稻和拟南芥两种植物。培养箱可实现昼夜交替照明和在线检测。首次实现转基因植物GFP荧光成像技术是其创新点。

植物培养箱以拟南芥幼苗作为模式生物，多光谱成像分析、幼苗化学固定存储和3D打印特殊功能部件等技术和方法都是空间生命科学实验首次应用。

已完成空间实验任务的植物培养箱   黄海华 摄
　　
为微重力材料研究造“太空实验室”

 “工欲善其事，必先利其器”。人类的宇航事业是以材料科学进步为基础的，要在遥远的太空轨道上开展空间微重力材料科学研究并非易事。中科院上海硅酸盐研究所联合中科院国家空间科学中心和航天科技集团第五研究院510研究所，共同研制了一套精密的空间材料科学实验有效载荷——“多功能材料合成炉”。“实践十号”卫星首席科学家、中科院院士胡文瑞曾表示，这套设备已达到国际领先水平，不仅能提供实验所需的高温温场环境，而且有6个工位，能实现8项样品的转位换位、提拉生长、高温温度的精确控制。

上海硅酸盐研究所研究员刘岩告诉记者，这个多功能炉相当于一个小型智能实验室，体积和一台微型冰箱差不多，质量只有22千克，仅需90瓦的功耗，就能将900℃以上的高温材料熔融。在空间微重力状态下，通过自动控制，多功能炉可将8种不同实验样品依次进行高温熔化、控制凝固和降温处理。通过这些空间材料科学实验研究，有望改善特殊材料的加工工艺以及促进新材料新性能的开发与应用，并为我国下一步的载人空间站工程实施奠定基础。

 在极其有限的空间资源约束下，联合团队攻克了多项关键技术，满足了多种不同材料苛刻实验条件的应用需求。

 在多功能炉的8项材料实验中，上海硅酸盐所研究团队承担了热电半导体晶体空间生长与性能研究和三元光电晶体的空间生长与性能研究。前者是研究利用温差来发电，后者是研究光热复合作用下如何产生电能。

 此外，上海硅酸盐研究所为“实践十号”卫星载荷提供了高温多层隔热材料，研制了天线防热窗。返回式卫星再入大气时温度高达1400℃以上，天线防热窗能起到防热耐烧蚀的关键作用。

多功能材料合成炉        上海硅酸盐所提供

探寻2000只蚕卵在太空发育的秘密

 记者见到上海生科院植物生理生态研究所研究员郑慧琼时，她刚从“实践十号”着陆地内蒙古风尘仆仆赶回来，带回了去过太空的拟南芥和水稻。

 郑慧琼介绍，开花是高等植物由营养生长向生殖生长转变的重要标志，也是能否成功获得种子的关键发育步骤。地球上绝大多数植物的开花都与季节有关，已有研究证明这主要是因为植物体内存在一套可以感知季节变化和昼夜交替的信号系统。当植物来到太空后，昼夜不再是以24小时为周期，也不再有四季的变化。例如，在国际空间站上，每24小时中有16次日出与日落，更重要的是没有了重力。在这样的环境中，植物的生长发育会有怎样的变化？本次高等植物实验，正是以模式植物拟南芥、重要粮食作物水稻为材料研究微重力条件下光周期诱导开花的规律。

 此次搭载“实践十号”前往太空的还有2000粒蚕卵，它们来自上海生科院植物生理生态研究所昆虫科学研究中心。这一项目技术负责人谭安江研究员告诉记者，为了研究蚕卵在太空环境中不同阶段的发育变化，在轨期间，每隔两天对部分蚕卵分批次进行了低温固定保存。这2000粒蚕卵回到地面后，未经低温固定的400粒已顺利孵化出了蚕宝宝。接下来科研人员将开展进一步实验，以探究空间环境中家蚕胚胎发育的奥秘。

题图来源：新华社