打造太空空調、治骨質疏鬆……天舟一號要在太空進行4項實驗

2017年04月21日 15:08 風傳媒
2017年4月20日,中國第一艘貨運太空船天舟一號成功發射(AP)

2017年4月20日,中國第一艘貨運太空船天舟一號成功發射(AP)

太空用的空調有什麼不同?未來太空移民時生育後代會受什麼影響?天舟一號貨運太空船20日順利進入太空,太空船上將開展4項科學實驗研究及技術驗證試驗。

實驗一:太空蒸發與冷凝科學實驗

【實驗目的】地球上的空調和熱管等散熱器,在太空還可以正常工作嗎?如果不能照搬地球上的現有設備,那麼「太空空調、太空熱管」等太空熱設備應該怎樣設計或使用?這項太空實驗能夠為回答上述問題提供重要的科研依據。

【實驗價值】蒸發與冷凝是自然界中普遍存在的現象,其相變傳熱過程,每時每刻都受到重力引起的自然對流的極大影響。中國科學院力學研究所研究員劉秋生說,太空飛行器如載人太空站、衛星等,沒有自然對流的微重力環境,將極大影響蒸發與冷凝相變過程,利用相變傳熱原理設計的換熱器如空調、熱管等熱設備工作環境,也將與地球上完全不同。

劉秋生說,需要利用太空微重力環境開展太空實驗,研究太空相變傳熱的特殊現象,認識其特殊規律,進而研製能很好適用於太空環境中的熱設備。該項目由中國科學家首次提出,也是國際上首次開展蒸發與冷凝組合太空實驗。

天舟一號結構示意圖(新華社)
天舟一號結構示意圖(新華社)

實驗二:微重力對細胞增殖和分化影響研究

【實驗目的】太空微重力環境下定向分化人類胚胎幹細胞為生殖細胞--這個研究項目旨在闡明太空微重力環境下生殖細胞發育與成熟的基本規律,探索胚胎幹細胞分化的分子機制,克服太空環境對人類生殖可能帶來的影響。

失重情況下的骨質疏鬆新藥開發--航太飛行中的失重環境誘發太空人骨骼負荷減少,導致骨質丟失甚至骨質疏鬆。大部分抗骨質疏鬆的機理研究是在地面通過類比失重狀態的實驗方法來進行,而這個項目基於天舟一號提供的太空真實微重力環境,能讓科學家做出更為準確的研究判斷。

【實驗價值】清華大學醫學院幹細胞與再生醫學中心教授紀家葵說,第一項研究將建立體外分化體系研究人生殖細胞發育,克服太空生殖研究中人體生殖細胞取樣困難的局限,對理解太空生活對人類生殖的影響、改善太空生育能力、實現太空移民和太空生育後代具備重大意義。

清華大學生命科學學院教授陳國強說,對於航太飛行中出現的廢用性骨質疏鬆,常採用的對抗方法有服用藥物磷酸鹽、降鈣素等,這些藥在地面條件下有一定的療效,但在對抗微重力誘導的骨質疏鬆效果並不理想。第二項研究有望開發出安全、有效的抗骨質疏鬆藥物,減緩微重力引起的骨質流失。

搭載天舟一號貨運太空船的長征七號遙二運載火箭4月20日在文昌航太發射場點火發射,約596秒後,太空船與火箭分離,進入預定軌道,發射取得成功。(新華社)
搭載天舟一號貨運飛船的長征七號遙二運載火箭4月20日在文昌航太發射場點火發射,約596秒後,飛船與火箭成功分離,進入預定軌道,發射取得成功。(新華社)

實驗三:非牛頓引力實驗檢驗的關鍵技術驗證

【實驗目的】「非牛頓引力實驗檢驗」目的是檢驗微米作用距離下物體之間的引力關係是否仍然滿足牛頓萬有引力定律,是一個純基礎物理實驗,可以為引力理論的研究提供重要的實驗依據,具有十分重要的科學意義。在這個實驗中,一個很核心的技術是靜電懸浮加速度計,本次飛行實驗就是檢驗這一核心技術。

【實驗價值】華中科技大學引力中心教授周澤兵說,靜電懸浮加速度計相對傳統加速度計而言,具有測量範圍小、精度高等特點,僅有法國等幾個少數國家掌握這一尖端技術,並且對中國高度保密,我們只能自主研發。

華中科技大學從2000年開始,經過持續攻關,研發出具有完全自主知識產權的靜電懸浮加速度計系列產品,分別於2006年和2013年成功完成了兩次在軌飛行實驗。本次飛行實驗不僅加速度計檢驗精度更高,為下一步的非牛頓引力實驗提供了技術基礎,還為中國衛星重力測量和太空引力波探測等計畫的實施提供重要支撐。

2017年4月20日,中國第一艘貨運太空船天舟一號成功發射(AP)
2017年4月20日,中國第一艘貨運太空船天舟一號成功發射(AP)

實驗四:主動隔振關鍵技術

【實驗目的】航天器上雖然是微重力環境,但由於太空船姿軌控、風機、飛輪、帆板的動作,仍存在不少擾動。微重力科學實驗如果不能克服這些微擾動,就達不到理想的效果,失去了上天實驗的意義。衛星上的對地觀測相機和天文望遠鏡,如果遇到振動,就會降低成像品質。所以一定要隔離振動,為航天器創造更好的條件。

【實驗價值】隔離振動一般可採用彈簧或阻尼器,叫做被動減振。但要做到隔離每秒鐘1次以下的振動,並將振動的幅度降到擾動源的千分之一,這樣高指標的要求,只能採用主動隔振。

中國科學院太空應用工程與技術中心副研究員董文博說,該項實驗為國內首次實施,將使中國成為繼美國和加拿大後第3個在軌採用主動隔振控制技術服務於太空微重力實驗研究的國家。實驗將極大支援和推動太空站高微重力實驗平臺的研製建設,取得的技術成果可以直接服務於太空站階段的太空科學實驗載荷。

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