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除了“太空加油”,天舟一号还将开展这些“酷酷的”科学实验
发布时间:2017-04-21


  记者从中国科学院获悉,我国第一艘自主研发的天舟一号货运飞船,除了为天宫二号空间站进行燃料补充,也就是“太空加油”以外,还将开展微重力对细胞增殖和分化影响研究、两相系统实验平台的关键技术研究、非牛顿引力实验检验的关键技术验证、主动隔振关键技术验证等4项科学实验研究及技术验证试验。

  将在空间开展肝干细胞增殖研究

  微重力等环境对干细胞增殖分化、生殖细胞分化及骨组织细胞结构功能将产生什么影响?8种细胞样品,将在空间进行30天的细胞贴壁培养和悬浮培养。研究成果期望可应用于心脏、肝脏疾病的治疗、器官移植、生殖健康,以及预防和治疗骨质变化疾病等方面。

  骨质疏松是骨组织结构的退化过程,其发病率已跃居世界常见病的第7位,绝经后妇女发生率更是高达60%~70%,每年全球有890万骨折病例,相当于平均每三秒钟就有一例。到2050年,我国骨质疏松症病人将激增至2亿多人,占人口的13.2%。骨质疏松堪称“无声杀手”,其在早期无症状,一旦出现症状,骨钙常常丢失达50%以上。目前治疗骨质疏松症常用的药物虽然能够降低骨折的几率,而且在某种程度上提高骨密度,但它们发挥作用的确切机理至今仍不清楚,也或多或少存在一定的副作用,比如有的药物可诱发肿瘤、心血管疾病等。目前,骨质疏松的药物治疗已成为世界性课题。微重力环境对骨组织细胞结构功能的影响,正是天舟一号将开展的细胞实验之一。

右边的成骨细胞合成骨组织,左边的破骨细胞吸收骨组织

  我国是肝病大国,肝移植所用肝源稀缺,肝干细胞移植有很好的应用前景。此次将在空间开展肝干细胞增殖等多项研究,为治疗肝衰竭等提供重要依据。此外,空间人类胚胎干细胞定向分化生殖细胞研究属国际首创,主要研究微重力环境下人的生殖细胞发育与成熟基本规律,为太空人类生殖提供理论依据和技术支持。

  蒸发与冷凝会有什么改变吗?

  蒸发与冷凝是自然界中普遍存在的现象,其相变传热过程也是物理学长期研究的经典问题。水挥发(蒸发)与降雨(冷凝)是我们地球人类生存环境维持的基本保障,这个循环过程每时每刻都受到重力引起的自然(浮力)对流的极大影响。

  如果在空间的微重力环境下,蒸发与冷凝会有什么改变吗?国际上首次蒸发与冷凝组合空间实验将在天舟一号进行。这一实验由我国科学家首次提出,有望在此领域率先获得科学成果和实验技术的突破。为我国空间站两相系统实验柜和流体科学实验载荷研发奠定技术基础。

  为引力理论研究提供重要的实验依据

  “非牛顿引力实验检验的关键技术验证”,仅从实验名称看,在此次天舟一号上的科学实验中就非常抢眼。这是一个有关牛顿万有引力定律检验的空间基础物理实验,可以为引力理论的研究提供重要的实验依据,具有十分重要的科学意义。

  在这个实验中,一个核心的关键技术是静电悬浮加速度计。静电悬浮加速度计在国际上是一个新出现的加速度测量技术,目前在国际上只有法国等一些发达国家掌握了这一尖端技术,并且对我国高度保密。华中科技大学引力实验中心从2000年开始,经过15年持续攻关,从理论方法、关键技术、性能测试、产品研制及其应用等方面开展了系统研究,分别完成了原理样机、工程样机和飞行产品的研制。这一具有完全自主知识产权的静电悬浮加速度计,其性能指标达到了国际同类产品的水平。

静电悬浮加速度计

  “非牛顿引力实验检验的关键技术验证”项目,将在轨测试高精度静电悬浮加速度计工作性能,获得的在轨试验结果可为非牛顿引力实验检验进行关键技术验证,也将对我国“卫星重力测量”、“空间引力波探测”等空间计划提供重要技术支撑。

  继美国加拿大后,在轨采用主动隔振控制技术

  如果行走时,手里拿着一杯满满的水,水很容易就会洒出来。同样,航天器虽然处于微重力环境,但是由于星上、船上的姿轨控、风机、飞轮、帆板的动作,带来了很多扰动。如果不能克服这些微扰动,科学实验就达不到微重力的效果,失去了上天实验的意义。由中科院空间应用工程与技术中心主导的“主动隔振技术”将在天舟一号进行六自由度磁悬浮关键技术验证,并为“非牛顿引力验证项目”提供高水平微重力环境。

  这是我国首次在空间实施这一技术,将使我国成为继美国和加拿大后第3个在轨采用主动隔振控制技术服务于空间微重力实验研究的国家。这将极大支持和推动空间站高微重力实验平台的研制建设,取得的技术成果可以直接服务于未来我国空间站阶段的空间科学实验载荷。(作者 黄海华)
【来源】上海观察