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今天發(fā)射升空的問天實驗艙裝載了8個實驗機柜，除了生命生態(tài)、生物技術(shù)兩個科學(xué)實驗柜外，還有科學(xué)手套箱和低溫存儲裝置、變重力科學(xué)實驗柜等。此外，科學(xué)家還為中國空間站設(shè)計了通用科學(xué)實驗柜，為今后需要上天開展的實驗預(yù)留空間。

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高1.8米、寬1.1米，深0.9米，這些實驗柜基本構(gòu)型一樣、對外接口統(tǒng)一，內(nèi)里卻各懷神通。在科學(xué)家的精心設(shè)計與遠程控制，以及航天員的精準操作下，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

地面實驗室中，超凈工作臺是最常見的設(shè)備之一。為科學(xué)實驗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)實驗的這一需求，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所研發(fā)出了我國空間站最開放、最大包容度、支持多學(xué)科深度融合實驗的功用支撐平臺——科學(xué)手套箱。

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輕巧、寬敞、結(jié)實，科學(xué)手套箱是目前擁有最強大環(huán)境控制能力、最高操作精度，以及自潔凈能力的科學(xué)實驗載荷。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械臂系統(tǒng)，還配備了能夠進行顯微細胞操作的微操作系統(tǒng)?！鄙蜿栕詣踊毖芯繂T劉曉源介紹，這套設(shè)備可協(xié)助航天員在軌實現(xiàn)精細操作或重復(fù)操作的科學(xué)實驗，如基因注射、細胞核提取、染色體切割等。操作完成后，機械臂還會自動把手套箱打掃干凈。

考慮到實驗艙將在軌運行十年，為了適應(yīng)將來在軌科學(xué)實驗不斷升級的需求，科學(xué)手套箱還配置了多類可擴展的標準接口，為日后更新提供強大支撐。

低溫存儲裝置 一箱三溫更加高效節(jié)能

-80℃、-20℃、4℃的冰箱，是生命科學(xué)實驗室不可或缺的存儲裝置。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，中國電子科技集團公司第十六研究所等研發(fā)了我國首臺三溫區(qū)、達到-80℃的斯特林制冷航天冰箱。

“一臺冰箱同時提供三個溫度的制冷，與國際空間站的低溫存儲設(shè)備一致，但我們的冰箱更加緊湊、效率更高?！敝袊娍?6所該項目負責人王波介紹，經(jīng)過四年研制，這臺冰箱在國際上創(chuàng)新采用了斯特林制冷機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，三個不同溫度的獨立存儲區(qū)還具備斷電保溫功能，以及航天員參與實驗管理、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。

由于低溫存儲裝置與科學(xué)手套箱是疊放在一起的，為了使兩臺設(shè)備運行時相互不干擾，科研人員進行了大量測試與優(yōu)化，解決了震動、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)實驗的順利開展。

變重力實驗柜 在軌模擬地月火星重力

問天艙內(nèi)還有一臺變重力科學(xué)實驗柜，它可實現(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)的各種實驗，都希望能夠在這里獲得理想的實驗環(huán)境。然而，科學(xué)實驗往往需要進行對照比較，因此需要在同一空間環(huán)境中模擬不同重力，以對其重力效應(yīng)和響應(yīng)機制進行研究。

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“這臺變重力科學(xué)實驗柜配備了目前空間最大直徑的離心機，轉(zhuǎn)子直徑達到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)實驗柜主要由兩個離心機、監(jiān)控系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和定子控制器，以及實驗柜控制器和熱控抽屜等組成。其中，兩個離心機是科學(xué)實驗核心設(shè)備，也是變重力實驗開展的場所，其轉(zhuǎn)盤上安裝科學(xué)實驗載荷模塊進行變重力實驗。

作者：許琦敏

責任編輯：任荃

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