大江东问天舱升空,如何实现太空养

本文转自：人民日报中央厨房-大江东工作室7月24日，长征五号B火箭在海南文昌成功发射升空，运载着问天实验舱，奔向天宫太空舱。“问天舱”是中国空间站首个实验舱段，是常年有人照料的空间站实验平台。未来，在这个新“实验室”里，航天员将操刀新的太空实验，其中就包含万众期待的太空养鱼。据悉，“问天舱”主要面向空间生命科学研究，配置了生命生态、生物技术和变重力科学等实验柜。其中，中科院上海技术物理研究所空间生命科学仪器研制团队主要负责研制生命生态、生物技术两个实验柜核心实验系统。这个集成打包的大实验柜子，就像一个行李架。5个生命生态科学实验模块和4个生物技术科学实验模块，好比一个个封装好的行李箱，被整齐叠放在“行李架”上，用于太空养鱼的小型受控生命生态实验模块是其中之一的“行李箱”。它们坐在“问天舱”里，平稳地来到太空，等待“问天舱”和天宫号空间站顺利对接，一个属于中国人的太空实验室正逐步配齐、日臻完备。太空如何实现养鱼“自由”？近日，大江东工作室走进中科院上海技物所，听空间生命科学仪器研制团队讲述他们与生命科学空间实验的故事。中科院上海技物所空间生命科学仪器研制团队为太空造鱼缸开启太空养鱼的项目，要追溯到8年前，当时筹建中国空间站的各项工作都在紧锣密鼓地进行中，上海技物所承担了其中重要的生命生态、生物技术科学实验系统研制。那时，25岁的田清刚加入上海技物所，作为一名机械设计专业的毕业生，他从未想过自己能从事空间技术方面的科研，既感到无上光荣，又被一股新鲜有趣的劲儿深深吸引。科研人员要实现在一个失重的水族箱里，自动对鱼类喂食、氧气平衡控制、温度控制、光照控制等，模拟出和地面池塘一样的生存环境，藻类在“阳光”下健康生长，鱼儿能在太空中存活并繁殖产卵。LED灯为藻类提供光照并模拟日夜更替，监控摄像机记录鱼的存活状况，配置的水循环系统还可以监测水的pH值、水温、溶解氧、电导率等参数，同时，所有的数据都要传输到地面进行监测和分析。“提出‘养鱼’科学实验构想的是中科院武汉水生所，我们要做的是把这些构想变成现实。”田清说，与地面上的鱼缸完全不同，太空鱼缸是密闭的，喂食、捞鱼卵，这些在地面上易如反掌的事，在太空的失重状态下，会变得异常艰难。研制过程中，团队遭遇了诸多困难，很多环节经过了数年反复论证、试验。比如，自动投喂鱼食的设计。“航天员在空间站里的时间安排非常紧凑，除了空间站日常的维护工作和锻炼身体保持好的状态，他们要做大量的空间实验。靠航天员一天几次投喂鱼食是不现实的，一定要做出自动投喂装置。”田清说，团队首先要解决鱼食的形状问题，颗粒状、木屑状的鱼饲料在太空条件下无法投喂，怎么样才能把鱼食妥妥地送进密闭容器里呢？30人的团队几番脑力激荡，最后想到了把鱼食做成方便挤进鱼缸的牙膏状。可做出来的膏状鱼食因为加了大量粘稠剂，气味变了，鱼儿压根不吃。团队又和武汉水生所的王高鸿老师一起做了大量的鱼食成分改良试验，最终成功“驯服”鱼儿接受膏状鱼食。食物的形状解决了，新的问题又来了，怎么送进水族箱？团队先用了弹簧自动弹射的办法，投喂的自动化问题解决了，可装鱼食的“子弹进匣”环节，仍需劳烦航天员动手。他们又试了电梯式旋转送入的方式，定时定量自动投喂，可如此一来就需要把食物预埋进培养盒，限定了实验周期，如果实验进程延长，鱼儿后期有可能会出现没有食物吃的情况，实验的抗风险能力降低。在将近一年的摸索后，他们终于研制出一套自动监测鱼儿生长变化并自动喂食的智能系统。直至年，整个水族箱样品才研制出来，开始做模拟太空环境的养鱼实验。一升多的水，放入适量水藻、两雌两雄4条斑马鱼，年春节前一周，田清原本打算把实验系统调试平稳后，回老家过年，岂料系统一直不稳定，由于没把准水藻产生氧的规律，水里的溶氧值忽高忽低，鱼儿时不时翻肚子。水藻放多了还是少了？光照强了还是弱了？值班的团队成员一点点地试验，一直摸索到了大年初六。此后一个月，系统逐步稳定。田清和他的伙伴们寸步不离，就这样一直守着这些鱼儿们度过了一个难忘的春节。从前没养过鱼的田清，为了观察鱼的习性，更好地调试设计系统，就在家里添置了一个大鱼缸。在“问天舱”发射升空之时，团队成员们仍坚守在上海技物所里，持续优化太空鱼缸。“地面的模拟实验做得越充分，数据越好，天上的突发状况才会越少。”田清说，这次“问天舱”先把设备送上去，做通电测试，如果一切顺利，鱼儿很快也会被送上太空。中科院上海技物所研制的生命生态科学实验系统托举科学家梦想的人7月20日下午，在空间应用系统测控大厅里，上海技物所空间生命科学仪器研制团队成员丁昆正在参与发射前各系统的协同演练。这是他自3月19日离开上海、连续出差的第天。多天里，从南到北、从发射场到控制中心，他辗转多地，从实验样品筛选、样品装载、系统联调测试和发射前的最后冲刺。疲惫难掩丁昆的兴奋，电话里声音洪亮、中气十足：“就拿太空养鱼来说，这是实现在太空里培养脊椎动物、观察微生物降解过程的重大科研项目，是我们国家在这个领域科研从0到1的突破，我能参与其中，多光荣啊。”年出生的丁昆从小喜欢航天，大学阴差阳错读了通信专业，年他考入上海技物所硕博连读，兜兜转转又回到他喜欢的空间科学。“我的整个博士期间都在研制空间实验柜的痕量气体检测系统。”年博士毕业时，丁昆原本有机会到开出高薪的IT大厂工作，但他毫无犹豫选择留所，继续空间生命科学仪器设计研究，用他的话讲，能帮助科学家实现梦想，看到生命体在天上开花结果，是这项工作的乐趣所在。在这个一荣俱荣、一损俱损的复杂实验柜系统里，要进行植物、动物、微生物、细胞等多项生命科学实验，产生的气体必须经过处理才能排到太空舱里。“万一有害气体对航天员的身体造成什么影响，那是不可接受的损失，所以我们要实现对全部气体的检测、收集、处理，确保万无一失。”丁昆说，以往采用传感器监测，只能测到固定几种气体，尽管研发周期拉长了一倍以上、研发难度系数增加了几个数量级，监测系统造价也高出好几倍，但是他们果断地选择了能够监测到全部气体的傅里叶红外光谱仪监测方案。几十年来，上海技物所一直为国家风云气象卫星系列载荷等先进光学遥感仪器研制保驾护航，逐步形成了该所的科研优势。“我们利用了所里的技术优势，借鉴了已有的设计思想，把用在卫星荷载上的核心技术，改造‘嫁接’到太空实验柜上。”10年下来，丁昆经历了从项目论证到关键技术攻关，从产品研制、大系统联调到发射场测发、在轨运控的全周期，这半年跑下来，更是让他感到经验越来越足，成就感满满。为了实现科学家们的梦想，空间生命科学仪器研制团队不断实践创新，攻坚克难，为打造太空“迷你实验室”付出了智慧与心血。上海技物所空间生命科学仪器研制团队负责人张涛说，在未来10年内，“问天舱”要做大量的空间实验，只有研发出更专业、更智能的实验系统，事无巨细、扎实地一点点推进，才能让我国的太空探索更加高效。“太空漫道真如铁”，在人类太空之旅的漫漫征程中，探索、挫折、认知、改进，每前进一步，背后都是无数默默无闻者的托举和支撑。

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