觀熱點(diǎn)：大江東︱“問(wèn)天艙”升空，如何實(shí)現(xiàn)太空“養(yǎng)魚自由”？

7月24日，長(zhǎng)征五號(hào)B火箭在海南文昌成功發(fā)射升空，運(yùn)載著問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙，奔向天宮太空艙。“問(wèn)天艙”是中國(guó)空間站首個(gè)實(shí)驗(yàn)艙段，是常年有人照料的空間站實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。未來(lái)，在這個(gè)新“實(shí)驗(yàn)室”里，航天員將操刀新的太空實(shí)驗(yàn)，其中就包含萬(wàn)眾期待的太空養(yǎng)魚。

(相關(guān)資料圖)

據(jù)悉，“問(wèn)天艙”主要面向空間生命科學(xué)研究，配置了生命生態(tài)、生物技術(shù)和變重力科學(xué)等實(shí)驗(yàn)柜。其中，中科院上海技術(shù)物理研究所空間生命科學(xué)儀器研制團(tuán)隊(duì)主要負(fù)責(zé)研制生命生態(tài)、生物技術(shù)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)柜核心實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

這個(gè)集成打包的大實(shí)驗(yàn)柜子，就像一個(gè)行李架。5個(gè)生命生態(tài)科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)K和4個(gè)生物技術(shù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，好比一個(gè)個(gè)封裝好的行李箱，被整齊疊放在“行李架”上，用于太空養(yǎng)魚的小型受控生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)?zāi)K是其中之一的“行李箱”。它們坐在“問(wèn)天艙”里，平穩(wěn)地來(lái)到太空，等待“問(wèn)天艙”和天宮號(hào)空間站順利對(duì)接，一個(gè)屬于中國(guó)人的太空實(shí)驗(yàn)室正逐步配齊、日臻完備。

太空如何實(shí)現(xiàn)養(yǎng)魚“自由”？近日，大江東工作室走進(jìn)中科院上海技物所，聽(tīng)空間生命科學(xué)儀器研制團(tuán)隊(duì)講述他們與生命科學(xué)空間實(shí)驗(yàn)的故事。

中科院上海技物所空間生命科學(xué)儀器研制團(tuán)隊(duì)

為太空造魚缸

開(kāi)啟太空養(yǎng)魚的項(xiàng)目，要追溯到8年前，當(dāng)時(shí)籌建中國(guó)空間站的各項(xiàng)工作都在緊鑼密鼓地進(jìn)行中，上海技物所承擔(dān)了其中重要的生命生態(tài)、生物技術(shù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研制。那時(shí)，25歲的田清剛加入上海技物所，作為一名機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)的畢業(yè)生，他從未想過(guò)自己能從事空間技術(shù)方面的科研，既感到無(wú)上光榮，又被一股新鮮有趣的勁兒深深吸引。

科研人員要實(shí)現(xiàn)在一個(gè)失重的水族箱里，自動(dòng)對(duì)魚類喂食、氧氣平衡控制、溫度控制、光照控制等，模擬出和地面池塘一樣的生存環(huán)境，藻類在“陽(yáng)光”下健康生長(zhǎng)，魚兒能在太空中存活并繁殖產(chǎn)卵。LED燈為藻類提供光照并模擬日夜更替，監(jiān)控?cái)z像機(jī)記錄魚的存活狀況，配置的水循環(huán)系統(tǒng)還可以監(jiān)測(cè)水的pH值、水溫、溶解氧、電導(dǎo)率等參數(shù)，同時(shí)，所有的數(shù)據(jù)都要傳輸?shù)降孛孢M(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析。

“提出‘養(yǎng)魚’科學(xué)實(shí)驗(yàn)構(gòu)想的是中科院武漢水生所，我們要做的是把這些構(gòu)想變成現(xiàn)實(shí)。”田清說(shuō)，與地面上的魚缸完全不同，太空魚缸是密閉的，喂食、撈魚卵，這些在地面上易如反掌的事，在太空的失重狀態(tài)下，會(huì)變得異常艱難。研制過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)遭遇了諸多困難，很多環(huán)節(jié)經(jīng)過(guò)了數(shù)年反復(fù)論證、試驗(yàn)。比如，自動(dòng)投喂魚食的設(shè)計(jì)。

“航天員在空間站里的時(shí)間安排非常緊湊，除了空間站日常的維護(hù)工作和鍛煉身體保持好的狀態(tài)，他們要做大量的空間實(shí)驗(yàn)。靠航天員一天幾次投喂魚食是不現(xiàn)實(shí)的，一定要做出自動(dòng)投喂裝置。”田清說(shuō)，團(tuán)隊(duì)首先要解決魚食的形狀問(wèn)題，顆粒狀、木屑狀的魚飼料在太空條件下無(wú)法投喂，怎么樣才能把魚食妥妥地送進(jìn)密閉容器里呢？

30人的團(tuán)隊(duì)幾番腦力激蕩，最后想到了把魚食做成方便擠進(jìn)魚缸的牙膏狀。可做出來(lái)的膏狀魚食因?yàn)榧恿舜罅空吵韯瑲馕蹲兞耍~兒壓根不吃。團(tuán)隊(duì)又和武漢水生所的王高鴻老師一起做了大量的魚食成分改良試驗(yàn)，最終成功“馴服”魚兒接受膏狀魚食。

食物的形狀解決了，新的問(wèn)題又來(lái)了，怎么送進(jìn)水族箱？團(tuán)隊(duì)先用了彈簧自動(dòng)彈射的辦法，投喂的自動(dòng)化問(wèn)題解決了，可裝魚食的“子彈進(jìn)匣” 環(huán)節(jié)，仍需勞煩航天員動(dòng)手。他們又試了電梯式旋轉(zhuǎn)送入的方式，定時(shí)定量自動(dòng)投喂，可如此一來(lái)就需要把食物預(yù)埋進(jìn)培養(yǎng)盒，限定了實(shí)驗(yàn)周期，如果實(shí)驗(yàn)進(jìn)程延長(zhǎng)，魚兒后期有可能會(huì)出現(xiàn)沒(méi)有食物吃的情況，實(shí)驗(yàn)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力降低。

在將近一年的摸索后，他們終于研制出一套自動(dòng)監(jiān)測(cè)魚兒生長(zhǎng)變化并自動(dòng)喂食的智能系統(tǒng)。

直至2019年，整個(gè)水族箱樣品才研制出來(lái)，開(kāi)始做模擬太空環(huán)境的養(yǎng)魚實(shí)驗(yàn)。一升多的水，放入適量水藻、兩雌兩雄4條斑馬魚，2019年春節(jié)前一周，田清原本打算把實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)調(diào)試平穩(wěn)后，回老家過(guò)年，豈料系統(tǒng)一直不穩(wěn)定，由于沒(méi)把準(zhǔn)水藻產(chǎn)生氧的規(guī)律，水里的溶氧值忽高忽低，魚兒時(shí)不時(shí)翻肚子。水藻放多了還是少了？光照強(qiáng)了還是弱了？值班的團(tuán)隊(duì)成員一點(diǎn)點(diǎn)地試驗(yàn)，一直摸索到了大年初六。此后一個(gè)月，系統(tǒng)逐步穩(wěn)定。田清和他的伙伴們寸步不離，就這樣一直守著這些魚兒們度過(guò)了一個(gè)難忘的春節(jié)。

從前沒(méi)養(yǎng)過(guò)魚的田清，為了觀察魚的習(xí)性，更好地調(diào)試設(shè)計(jì)系統(tǒng)，就在家里添置了一個(gè)大魚缸。在“問(wèn)天艙”發(fā)射升空之時(shí)，團(tuán)隊(duì)成員們?nèi)詧?jiān)守在上海技物所里，持續(xù)優(yōu)化太空魚缸。“地面的模擬實(shí)驗(yàn)做得越充分，數(shù)據(jù)越好，天上的突發(fā)狀況才會(huì)越少。”田清說(shuō)，這次“問(wèn)天艙”先把設(shè)備送上去，做通電測(cè)試，如果一切順利，魚兒很快也會(huì)被送上太空。?

中科院上海技物所研制的生命生態(tài)科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

托舉科學(xué)家夢(mèng)想的人

7月20日下午，在空間應(yīng)用系統(tǒng)測(cè)控大廳里，上海技物所空間生命科學(xué)儀器研制團(tuán)隊(duì)成員丁昆正在參與發(fā)射前各系統(tǒng)的協(xié)同演練。這是他自3月19日離開(kāi)上海、連續(xù)出差的第123天。

120多天里，從南到北、從發(fā)射場(chǎng)到控制中心，他輾轉(zhuǎn)多地，從實(shí)驗(yàn)樣品篩選、樣品裝載、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)測(cè)試和發(fā)射前的最后沖刺。疲憊難掩丁昆的興奮，電話里聲音洪亮、中氣十足：“就拿太空養(yǎng)魚來(lái)說(shuō)，這是實(shí)現(xiàn)在太空里培養(yǎng)脊椎動(dòng)物、觀察微生物降解過(guò)程的重大科研項(xiàng)目，是我們國(guó)家在這個(gè)領(lǐng)域科研從0到1的突破，我能參與其中，多光榮啊。”

1990年出生的丁昆從小喜歡航天，大學(xué)陰差陽(yáng)錯(cuò)讀了通信專業(yè)，2012年他考入上海技物所碩博連讀，兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)又回到他喜歡的空間科學(xué)。“我的整個(gè)博士期間都在研制空間實(shí)驗(yàn)柜的痕量氣體檢測(cè)系統(tǒng)。”

2017年博士畢業(yè)時(shí)，丁昆原本有機(jī)會(huì)到開(kāi)出高薪的IT大廠工作，但他毫無(wú)猶豫選擇留所，繼續(xù)空間生命科學(xué)儀器設(shè)計(jì)研究，用他的話講，能幫助科學(xué)家實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想，看到生命體在天上開(kāi)花結(jié)果，是這項(xiàng)工作的樂(lè)趣所在。

在這個(gè)一榮俱榮、一損俱損的復(fù)雜實(shí)驗(yàn)柜系統(tǒng)里，要進(jìn)行植物、動(dòng)物、微生物、細(xì)胞等多項(xiàng)生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)，產(chǎn)生的氣體必須經(jīng)過(guò)處理才能排到太空艙里。 “萬(wàn)一有害氣體對(duì)航天員的身體造成什么影響，那是不可接受的損失，所以我們要實(shí)現(xiàn)對(duì)全部氣體的檢測(cè)、收集、處理，確保萬(wàn)無(wú)一失。”丁昆說(shuō)，以往采用傳感器監(jiān)測(cè)，只能測(cè)到固定幾種氣體，盡管研發(fā)周期拉長(zhǎng)了一倍以上、研發(fā)難度系數(shù)增加了幾個(gè)數(shù)量級(jí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)造價(jià)也高出好幾倍，但是他們果斷地選擇了能夠監(jiān)測(cè)到全部氣體的傅里葉紅外光譜儀監(jiān)測(cè)方案。

幾十年來(lái)，上海技物所一直為國(guó)家風(fēng)云氣象衛(wèi)星系列載荷等先進(jìn)光學(xué)遙感儀器研制保駕護(hù)航，逐步形成了該所的科研優(yōu)勢(shì)。“我們利用了所里的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，借鑒了已有的設(shè)計(jì)思想，把用在衛(wèi)星荷載上的核心技術(shù)，改造‘嫁接’到太空實(shí)驗(yàn)柜上。”10年下來(lái)，丁昆經(jīng)歷了從項(xiàng)目論證到關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，從產(chǎn)品研制、大系統(tǒng)聯(lián)調(diào)到發(fā)射場(chǎng)測(cè)發(fā)、在軌運(yùn)控的全周期，這半年跑下來(lái)，更是讓他感到經(jīng)驗(yàn)越來(lái)越足，成就感滿滿。

為了實(shí)現(xiàn)科學(xué)家們的夢(mèng)想，空間生命科學(xué)儀器研制團(tuán)隊(duì)不斷實(shí)踐創(chuàng)新，攻堅(jiān)克難，為打造太空“迷你實(shí)驗(yàn)室”付出了智慧與心血。上海技物所空間生命科學(xué)儀器研制團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人張濤說(shuō)，在未來(lái)10年內(nèi)，“問(wèn)天艙”要做大量的空間實(shí)驗(yàn)，只有研發(fā)出更專業(yè)、更智能的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，事無(wú)巨細(xì)、扎實(shí)地一點(diǎn)點(diǎn)推進(jìn)，才能讓我國(guó)的太空探索更加高效。“太空漫道真如鐵”，在人類太空之旅的漫漫征程中，探索、挫折、認(rèn)知、改進(jìn)，每前進(jìn)一步，背后都是無(wú)數(shù)默默無(wú)聞?wù)叩耐信e和支撐。

（來(lái)源：人民日?qǐng)?bào)中央廚房-大江東工作室）

標(biāo)簽： 生命科學(xué)儀器 生物技術(shù) 科學(xué)實(shí)驗(yàn) 生態(tài)科學(xué)