开启首次太空飞行，载荷专家在“天宫”究竟干些啥

神舟十六号航天员景海鹏（中）、朱杨柱（右）、桂海潮。

(资料图片仅供参考)

​太空实验项目的选取，主要是围绕国内外前沿热点方向和重大需求开展科学项目论证、遴选。如在空间生命科学领域，科学家面向空间生命孕育、合成生物制造与制药、复杂生态系统等方向，规划相应研究主题和实验项目群，进行太空实验。

吕从民空间应用系统副总设计师、中国科学院空间应用工程与技术中心研究员

5月30日，神舟十六号载人飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，此次神舟十六号航天员乘组首次包含“航天驾驶员、航天飞行工程师、载荷专家”3种航天员类型，也是我国航天飞行工程师和载荷专家的首次太空飞行。同时，跟随神舟十六号载人飞船一同飞天的，还有5项生命科学实验项目的实验物资。这些实验物资重约23.6千克，体积约95升，其中包括了6个定制货包。

为什么要在太空开展生命科学实验？空间应用系统副总设计师、中国科学院空间应用工程与技术中心研究员吕从民解释：“生命是最复杂的物质存在形式之一，在空间特有的微重力、宇宙辐射和磁场变化条件下，研究人和多种生物响应，是深入探究生命现象本质的重要途径，也是人类实现长期太空探索活动的基础。”

线虫、拟南芥成为太空“常客”

继神舟十五号载人飞行任务启动空间站三舱科学实验柜后，随着神十六乘组的到来，实验舱将再次迎来线虫实验。在“空间辐射暴露引起线虫发育过程DNA损伤修复及细胞凋亡影响研究”实验项目中，一个装载着4种线虫的线虫芯片实验盒被带上太空。

科研人员将利用全自动微流控系统对线虫个体的在轨发育和损伤效应进行观测，分析长期辐射暴露对DNA损伤修复及生殖细胞凋亡的影响，该实验有望为揭示长期在轨生物个体对抗空间辐射损伤机制作出贡献。

在“空间辐射损伤评估科学与应用关键技术”实验项目中，线虫也是“主角”。吕从民介绍，该实验的主要科学目标是挖掘空间辐射损伤评估和风险预警的生物标志物，分析空间辐射损伤的品质因子，构建空间辐射损伤评估模型，为开发具有自主知识产权的空间辐射健康风险评估体系提供重要技术支撑。

同时，在“微重力环境对细胞间相互作用和细胞生长影响的生物力学研究”实验项目中，6个生物力学样品单元被上行至空间站，其中2个装载肝细胞，4个装载肝细胞/内皮细胞。“该实验旨在认识肝组织细胞在微重力下的生物力学特征和力学—生物学耦合过程，以及重力变化对细胞生命活动的作用规律；发展基于生物力学的空间细胞—组织动态培养新实验技术。”吕从民说。

生物实验的“常驻嘉宾”、科学家最喜欢的模式植物——拟南芥也随着神舟十六号再度飞上太空。科研人员将利用野生型、3种突变体和转基因拟南芥，开展空间微重力环境调控植物细胞结构和功能的分子网络研究，揭示植物感受微重力环境的信号转导机制及其调控网络。

此外，还有包含8个核酸实验单元的“蛋白与核酸共起源及密码子起源的分子进化研究”实验项目，也随神舟十六号飞上太空。该实验将在国际上首次将氨基酸、核苷酸与磷结合，探索密码子起源；考察重力效应对密码子起源的影响；考察重力效应与生命进化的关系；为生命的化学起源理论体系及寻找地外生命宜居星球提供重要的科学依据。

吕从民说，空间科学与应用项目涉及的领域比较多，有效载荷的特点也各不相同，神十六乘组的载荷专家深度参与这些在轨实验，可以大大提高在轨科学实验效率，简化科学实验装置设计，充分发挥人的自主判断、决策、处理能力。

实验围绕热点方向和重大需求

那么，与神舟十五号上行的太空实验相比，神舟十六号上行的太空实验有什么特点？

“神舟十五号和神舟十六号上行的太空实验项目均以生命科学实验为主，都是利用空间微重力、辐射条件开展实验。每次飞行任务科学项目的安排主要根据飞船的上行资源条件、下行资源以及科学项目就绪状态进行总体规划。”吕从民解释道。

同时，吕从民强调，空间生命科学实验项目多数需要进行发射场样品制备、加载、集成，并进行待发段临射安装，目的是保持生物样品的活性、尽量减少地面重力条件对实验结果的影响。

为什么要在太空开展科学实验？在太空开展哪些实验，又是由什么因素决定的？“实验项目的选取，主要是围绕国内外前沿热点方向和重大需求开展科学项目论证、遴选。”吕从民说，比如在空间生命科学领域，科学家面向空间生命孕育、合成生物制造与制药、复杂生态系统等国际前沿和人民健康需求，规划相应研究主题和实验项目群，进行太空实验。

在微重力物理科学领域，面向活性软物质、重要应用新材料制备、复杂等离子体、超临界燃烧等前沿领域和国家重大需求，空间应用系统规划了包括流体物理与热物理、燃烧科学、材料科学、基础物理等重点研究方向。

在空间天文与地球科学领域，瞄准暗物质、宇宙线起源、太阳系行星起源演化等国际公认的重大科学问题，空间应用系统将规划开展长期空间观测与科学数据处理。

此外，空间应用系统还瞄准新型原材料、关键元器件自主可控、在轨制造与建造等支撑未来空间任务实施的关键技术，在空间应用新技术研究领域规划研究主题。

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“梦天”里的“百宝柜”

我国空间站工程航天技术试验是空间站应用任务的一个重要领域，作为该领域的抓总研制单位，航天科技集团五院为空间站梦天实验舱配置了航天基础试验机柜，它将有力推动我国航天新技术试验取得新成果。

据航天科技集团五院专家介绍，航天基础试验机柜在轨至今，已成功开展在轨功能测试和部分载荷在轨试验，目前产品状态良好。

航天基础试验机柜结构机构子系统为平台设备提供了紧凑的布局空间，试验载荷不同，对在轨试验空间的要求必然多样化。兼顾用户需求和模块化设计是解决多样化需求和载荷接口标准化的最佳方式。结构机构子系统能够提供13个种类的试验空间，可以根据用户需求，以最小的I型载荷单元为基础，适应多型规格的载荷单元以不同形式组合安装，在轨实现载荷单元的自由匹配，最大化满足试验需求。

机柜作为一个试验平台，为各个试验载荷提供了标准的机、电、热、信息等保障条件。载荷试验会产生热量，这就需要热控子系统对载荷环境温度进行管理。热控子系统通过多种手段为各个载荷提供了全方位服务。如果将航天基础试验机柜比喻成一栋大楼，热控子系统就是这栋楼的“环境管家”，包括通风子系统、液冷子系统和抽真空子系统三部分。

信息管理子系统是整柜的信息控制中枢，通过它搭建的“神经系统”，控制着机柜和试验载荷在轨的正常运转。信息管理子系统所使用的光纤通信链路是机柜和外部空间应用系统的唯一数据传输通道，可谓实现机柜本体对外通信的“第一道大门”，承担着柜内载荷数据交换与打包、上行指令数据的处理和分发等重任。试验载荷在轨获取的宝贵试验数据，都是通过它来“联通天地”。

信息管理子系统还配置了综合管理设备，不仅用于实现柜内4路载荷的配电和柜内热控产品的配电与控制功能，还肩负采集各载荷实时遥测并下传、转发载荷指令的重任。

同时，信息管理子系统配置的无线收发设备，可用于支持无线终端的快速接入，保障舱内高速无线网络的覆盖。针对大容量载荷数据的在轨存储，设计简便易懂的文件存储架构为载荷数据的存储与回放提供了可靠技术支撑。

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