这些仪器助力"问天舱"空间生命科学研究|中国空间站首个实验舱段即将出征太空!

“作为国家太空实验室，中国空间站舱内可以部署25台科学实验柜，每台实验柜都是一个小型的太空实验室，可以支持开展单学科或多学科交叉的空间科学实验，整体达到国际先进水平。”——中国载人航天工程新闻发言人、中国载人航天工程办公室副主任林西强。

问天舱计划实施发射，任务标识发布

北京时间2022年7月18日，问天实验舱与长征五号B遥三运载火箭组合体已转运至发射区。后续将按计划开展发射前的各项功能检查和联合测试等工作。

7月18日，在问天实验舱飞行任务实施之际，中国载人航天工程办公室正式发布本次飞行任务标识。

问天实验舱，简称问天舱，是中国空间站 “天宫 ”的组成部分，舱段规模20吨级，主要面向空间生命科学 研究。在2022年4月17日，中国载人航天工程办公室主任郝淳表示，根据任务计划安排7月发射空间站问天实验舱，与天和核心舱 对接。早在今年3月份，中科院空间应用工程与技术中心已经完成科学实验柜的研制，正在开展集成及舱内测试工作，进展顺利。“问天”实验舱的科学实验柜已交付平台，完成整舱测试。

仪器信息网特别整理相关部分科学仪器设备，带大家全面认识问天舱中的那些科学设备助力开展的那些生命科学研究工作。

这些仪器设备助力空间生命科学研究

问天实验舱主要面向空间生命科学研究，配置了生命生态实验柜、生物技术实验柜、变重力科学实验柜、科学手套箱与低温存储柜、航天基础试验机柜等，能够支持开展多种类植物、动物、微生物等在空间条件下的响应机理研究，以及密闭生态系统的实验研究，这些实验柜能通过可见光、荧光、显微成像等多种在线检测手段，可支持分子、细胞、组织、器官等多层次生物实验研究，并可提供0.01g-2g的变重力模拟，开展不同重力条件下生物体生长机理的对比研究，此外，还会建造一个由鱼、微生物、藻组成的小型密闭生态系统。可在多个科学方向进行在轨实验研究。

1、生命生态实验柜

用于开展以生物个体为对象的微重力效应和空间辐射效应研究，以及空间生态生命支持系统基础研究。主要由通用生物培养模块、小型受控生命生态实验模块、小型离心机实验模块、小型通用生物培养模块和专用实验装置（如亚磁果蝇培养模块、小型哺乳动物培养模块），以及微生物检测模块，舱内辐射环境测量模块等公共检测类模块组成。

生命生态实验柜组成图

2、生物技术实验柜

用于开展以生物组织、细胞和生化分子等不同层次多类别生物样品为对象的细胞培养和组织构建，以及分子生物制造技术、空间蛋白质结晶和分析等空间生物技术及应用研究，主要由细胞组织培养模块、蛋白质结晶模块、专用实验装置（如核酸与蛋白模块、生物力学实验模块），以及可提供实验支持和光学检测的细胞组织检测与调控模块组成。而这其中，搭载了许多分析仪器技术。

生物技术实验柜组成图

其中，组织与细胞培养模块适用于在空间开展以细胞、组织为生物样品的多种类型的生物技术实验和研究；蛋白质结晶分析模块利用空间的微重力环境，为实施蛋白质组装等生物技术提供特殊优越的环境；完成空间蛋白质分子组装与应用研究，并可使用该平台组装高质量的蛋白质三维晶体和纳米晶蛋白质/多肽药物；核酸与蛋白模块支持运用色谱、质谱及电化学原位检测等手段开展“核酸与蛋白共起源”交叉研究实验；生物力学实验模块用于开展空间细胞、组织和系统的生物力学规律研究实验；还可以研制其他专用实验装置，用于开展其他生物技术实验研究。细胞组织检测与调控模块可为实验提供激光共聚显微观察、分光光度计检测等光学观测手段，并可为实验提供气体供给。

3、变重力实验柜

该实验柜支持的研究主题有：支持与重力相关的多类科学实验，包括空间生命科学与生物技术、微重力流体和燃烧科学等实验的不同重力效应和响应机制研究。

变重力科学实验柜系统组成如下图所示，主要由两个离心机、监控系统、照明系统和定子控制器以及实验柜控制器和热控抽屉等组成，主要功能是提供在轨变重力，即在轨微重力环境基础上，实现0.01g到2g的重力范围，模拟出不同的可控重力环境。

　重力科学实验柜系统组成图

其中，左右两个离心机是科学实验核心设备，是变重力实验开展的场所，其转盘上安装科学实验载荷模块进行变重力实验。定子控制器为离心机模块、监控系统、照明系统提供供电、通讯、数据管理等接口；监控系统配合定子控制器提供在轨航天员参与空间实验进程管理和干预的接口界面以及实时监测界面，具体包含监控相机、监控液晶屏和监控操作屏；照明系统为柜内科学实验区提供合适的光源支持。

4、科学手套箱与低温存储柜

科学手套箱与低温存储柜为空间生命科学与生物技术、空间材料科学等方向实验提供样品装载、精细操作、样品低温存储等支持。

　科学手套箱与低温存储柜组成图

科学手套箱（位于实验柜上部）可以提供温湿度可控的密闭洁净环境，内置支持精细操作的机械臂和显微装置，可以支持生命、 材料科学等需要用到密闭洁净环境的科学实（试）验。低温存储装置（位于实验柜下部）能够提供 4℃、-20℃、-80℃的低温存储能力，可以满足生物、试剂、材料等样品不同低温存储条件，为开展长期空间实验提供保障。

5、航天基础试验机柜

利用航天基础试验机柜可开展舱内技术试验，航天基础试验机柜支持开展微重力等空间环境下以验证航天基础技术、关键技术为目标的试验验证项目，主要功能包括：

(1)为试验项目提供微重力等舱内在轨试验环境；

(2)为试验项目提供机械、供电、信息、热控等标准接口支持；

(3)为试验项目提供无线通信、数据存储、照明、低压充电等扩展功能；

(4)支持试验项目在轨更换及试验样品的在轨更换。

航天基础试验机柜组成图

据中国载人航天工程新闻发言人、中国载人航天工程办公室副主任林西强介绍，针对问天实验舱的舱内科学实验机柜、梦天实验舱的舱外试验装置和巡天空间望远镜，在空间站建造阶段，共安排了近百项实验研究项目。后续转入常态化运营后，还将实施较大规模科学研究，预期将有力推动暗物质与暗能量、星系形成演化、物质本质规律、生命现象本质和人在太空的响应变化规律，以及地球可持续发展等重大前沿科学问题的突破，为未来我国开展近地以远的载人空间探索提供深厚的科学和技术积累。

我国空间站将于年完成T字构型建造

神舟十四号载人飞船是我国空间站进入建造阶段的首发载人飞船。按照任务安排，我国将分别在7月、10月发射问天、梦天两个实验舱。神舟十四号飞行任务期间将全面完成以天和核心舱、问天实验舱和梦天实验舱为基本构型的天宫空间站建造，建成国家太空实验室。

按照计划，中国空间站将于今年年底完成T字构型建造，舱内活动空间超过110立方米，将配置2个航天员出舱舱口和1个货物气闸舱，并提供6个睡眠区和2个卫生区，可实现长期3人、短期6人驻留。

我国“天宫”空间站的三舱T字基本构型转化为公式，天宫空间站的系统设计为：1（天和）+1（问天）+1（梦天）=1（天宫）。

等式右侧的“1”是一个完整系统，具备完整的功能、性能及系统冗余配置，所有的系统设计被分配至左侧的三个“1”实现，而这三个“1”又分别是独立的飞行器。

相关拓展：梦天实验舱

梦天实验舱主要面向微重力科学研究，配置了流体物理、材料科学、燃烧科学、基础物理以及航天技术试验等多学科方向的实验柜，支持开展重力掩盖下的多相流与相变传热、基础燃烧过程、材料凝固机理等物质本质规律研究以及超冷原子物理等前沿实验研究。同时，在天宫二号空间冷原子钟的基础上，将建立世界上第一套由氢钟、铷钟、光钟组成的空间冷原子钟组，构成在太空中频率稳定度和准确度最高的时间频率系统，开展引力红移、精细结构常数测量等前沿的科学研究。

此外，还在舱外安排了材料舱外暴露试验装置和元器件与组件舱外通用试验装置，用于开展舱外实验项目。后续，还将发射与空间站共轨飞行的巡天空间望远镜研究设施，开展广域巡天观测。