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中国自主研制科学实验首次“飞向”国际空间站


来源:上海试验机厂 网址:www.o-s.info: 更新日期:2017/6/28 15:02:30 点击次数:


“猎鹰9”火箭发射“龙”货运飞船,为国际空间站送去宇航员补给和实验设备,其中引人瞩目的是一项中国独立设计的实验首次飞向国际空间站。 新华社发

  据新华社美国卡纳维拉尔角电

  卡纳维拉尔角闷热的初夏傍晚,强烈火光炸开云层。美国太空探索技术公司“猎鹰9”火箭又一次腾空而起,于美国东部时间3日下午5时07分(北京时间4日上午5时07分),从佛罗里达州卡纳维拉尔角39A发射台再次将“龙”飞船送往国际空间站。不同以往,此次前往国际空间站的各类“乘客”中,有一位远道而来的中国“客人”:北京理工大学教授邓玉林科研团队研发的空间环境基因实验项目,将成为第一个完全由中国科学家自主设计、研发和制造的科学搭载,首次“到访”国际空间站,并将由美国宇航员在空间环境进行两次实验

  空间站可以为我们提供难得的条件来了解地面上难以了解的知识。比如,人类长期在地面进化,但实际上,有很多生命科学现象在进化过程中被掩盖了。因此,如果离开地球,到空间环境开展科学实验,就有可能发现在地面上不了解和难以发现的现象和知识。

  ——北京理工大学教授邓玉林

  在此前“神舟八号”载荷实验的研究中,邓玉林团队发现了一些令人吃惊的现象:

  当时,我们带了几种不同类型的基因上去进行扩增,有反映神经功能的、代谢功能的,也有反映免疫功能的,但当载荷返回地面进行测定时,我们发现几种基因有很大的差别,代表神经、代谢系统功能的基因变化很少,而代表反映免疫的基因变化却很多。

  此次实验搭载体积为4个U(400×100×100毫米),重量3.5公斤。

  突破“坚冰” 从设想到升空历时7年

  目送搭载中国实验的火箭穿越云层,消失云端,项目团队的青年师生们神情严肃。一二级火箭成功分离、飞船顺利入轨……伴随发射成功的消息,中美科研人员欢呼起来,项目负责人邓玉林教授更是像孩子般笑得合不拢嘴。“尽管看过那么多次搭载发射,但此刻仍然除了激动就是激动。历经各种困难,小心翼翼,如履薄冰,(我们的科学载荷)终于在今天随着‘猎鹰9’一飞冲天,成功飞向国际空间站。”他对记者说。

  的确,这并非一次“说走就走的旅行”。

  受阻于美国国会首次于2011年通过的“沃尔夫条款”,美中两国之间任何与美国航天局有关或由白宫科技政策办公室协调的科研合作均遭到限制,其涉及范围广泛,界限模糊,即使中美民间科学项目合作有时也会受到影响。

  在这一背景下,此次中国自主研制的实验项目,通过商业合作模式前往国际空间站,颇受关注。美国太空网评论说,这一合作或将融化中美太空合作的“坚冰”。美国多个太空政策专家则认为,这开拓了一种全新商业合作模式,将可能成为中美两国未来联合开展工作的重要一步。

  看到手持中美两国国旗的中国科研团队,不时有当地民众前来询问。得知详情后,前来观看发射的荷兰人亚历克斯·鲁塞尔对记者说,国际空间站迄今没有中国宇航员,此前尚没有中国自主研制设计的科研项目,“这太遗憾了,简直让人匪夷所思,不过,总有开始,今天就是”。

  事实上,从2011年初具实验设想,到选择合作方,2014年提出相关合作意向,到2015年通过各项审查,获得美国航天局批准,与负责运营国际空间站科学研究平台的纳诺拉克斯公司签署协议,直至载荷于5月31日清晨通过最终测试和安全性评估,被顺利交付美国航天局,并最终于6月3日搭乘“猎鹰9”升空……用邓玉林的话说,这“其间经历数次推迟,过程中有太多障碍和困难”。

  模拟生命 探秘太空中的基因突变

  据介绍,此次科学载荷包括名为“空间环境下在PCR反应中DNA错配规律研究的科学载荷”的实验,其搭载体积为4个U(400×100×100毫米),重量3.5公斤。与之相伴的,还有一面北京理工大学校旗。

  别小看这个占地不大的科学载荷。邓玉林教授团队研制的系列空间生命科学研究,曾在2011年“神舟八号”搭载、2016年“长征七号”首飞搭载以及2017年“天舟一号”搭载中,先后实现“太空之旅”。

  此次火箭发射前,项目团队人员展示了用于地面对比的“绿色盒子”。其设计极为精巧,实验板上共有6个芯片,每个芯片内有5个通道,每个通道内有一到三种不同的基因。同样的,前往国际空间站的科学搭载共有两组,搭载将对20个基因在空间辐射及微重力环境下,在轨开展抗体编码基因的突变规律研究。“能在体积如此严苛的载荷条件下,实现20种基因的突变规律研究,这一技术在国际上也是领先的。”邓玉林说。

  与此前搭载不同,此次空间实验不仅具有理论上的创新,在技术上也做出了多种新的探索。据介绍,本次载荷从关注航天员生命健康切入,采用微型微流控PCR仪,对抗体DNA片段进行在轨飞行状态下的基因扩增,来模拟人类生命的延续与发展。在空间飞行结束后,实验团队将分析基因突变规律,进而探讨空间辐射及微重力环境下的基因诱变机理。

  实验成果将造福全人类

  此次科学实验项目团队负责人、北京理工大学教授、国际宇航科学院院士邓玉林接受专访时说:“我们以科学的名义,将中国自主设计和研制的实验第一次送去国际空间站,中国科学家做的是纯粹的科学实验,成果将造福全人类。”

  为什么一定要在空间环境操作实验?邓玉林解释说:“作为一个绝佳的试验平台和创新平台,空间站可以为我们提供难得的条件来了解地面上难以了解的知识。比如,人类长期在地面进化,但实际上,有很多生命科学现象在进化过程中被掩盖了。因此,如果离开地球,到空间环境开展科学实验,就有可能发现在地面上不了解和难以发现的现象和知识。”

  在此前“神舟八号”载荷实验的研究中,邓玉林团队发现了一些令人吃惊的现象。“当时,我们带了几种不同类型的基因上去进行扩增,有反映神经功能的、代谢功能的,也有反映免疫功能的,但当载荷返回地面进行测定时,我们发现几种基因有很大的差别,代表神经、代谢系统功能的基因变化很少,而代表反映免疫的基因变化却很多。”邓玉林说。

  通过这些在空间环境中DNA变异的新现象,研究团队推断,空间环境之于基因突变可能与生物分子进化有着重要的联系。鉴于抗体是人体中较为保守的重要生物学元素,邓玉林团队提出了大胆的创新设想,即将抗体编码基因片段作为研究空间环境对分子进化影响的模型,并由此设计、研制了此次空间实验

  依照计划,该实验载荷将被带入国际空间站的美国实验舱,由美国宇航员在空间环境进行两次实验。载荷预计将于7月回收。实验数据将传回北京理工大学供科研人员进行后续研究。

  邓玉林说:“这是一项基础性生命科学研究,具有重大的科学意义,其潜在应用价值十分广泛。”

  此前也曾有中国科学家参与在国际空间站上的实验项目,但邓玉林说:“这是第一个中国科学家独立设计、制造的项目,也是第一个来自中国的生命科学项目。”




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