小编国实行十号卫星将做19项实验,实行十号【盖

来源:http://www.lfzhongying.com 作者:盖世电竞竞猜 人气:195 发布时间:2019-07-26
摘要:我国6日发射的实践十号返回式卫星上,将在未来两周进行19项新奇又有趣的实验,既寻找人类未来宇宙生存之法,又助人类在地球上的生活更美好。 “实践十号”卫星在轨模拟图。中科

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我国6日发射的实践十号返回式卫星上,将在未来两周进行19项新奇又有趣的实验,既寻找人类未来宇宙生存之法,又助人类在地球上的生活更美好。

“实践十号”卫星在轨模拟图。中科院供图

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图:实践十号卫星

“实践十号”是专门用于微重力科学和空间生命科学空间实验的返回式科学实验卫星。卫星于2016年4月6日在酒泉卫星中心发射成功,整星在约250千米高度的近地圆轨道运行12天后,卫星返回舱与留轨舱分离,当日返回舱携带11项材料、生物载荷安全返回地面,样品完好,留轨舱在轨运行继续开展8项流体、燃烧微重力科学实验,留轨舱于4月25日停止在轨实验任务。

这颗卫星的首席科学家、中科院院士胡文瑞说:“实践十号上开展的科学实验都是全新探索,都是国外没有开展过的,每个都具有创新性和很强的科学研究价值,将孕育学术上重大问题的突破。”

这些空间返回样品和在轨实验数据等经过科学家的处理和分析,已经产生了一批成果。已取得到的科学部分科学研究成果有:

这19项实验包括:

颗粒物质团簇形成机制是包括研究星际尘埃行为及深空探测等微重力科学研究的重要问题。此次空间实验得到了单仓中颗粒气体气-液相转变的相图,并得到了颗粒气体自由冷却的规律,为相转变条件的确定、团簇生成原因和其他理论研究提供了强有力的实验支持。在世界上首次观察到微重力环境下颗粒气体的“麦克斯韦妖”现象,为颗粒耗散特性的研究提供了实验依据。

1、微重力条件下哺乳动物早期胚胎发育研究

空间实验取得了微重力条件下的光滑平直加热面上池沸腾传热曲线——确认了微重力池沸腾临界热流剧减,且对应壁面过热度同样减小,但沸腾起始时壁面过热度和低热流时沸腾传热系数与重力关联微弱。以揭示气泡热动力学与局部热量传输间的耦合作用及其对传热性能的影响机制,理解沸腾传热内在机理,服务航天事业与地面应用。

这一研究将展示哺乳动物早期胚胎在太空环境下的发育情况,揭示太空环境下哺乳动物早期生命活动规律,为保障人类太空活动中生殖发育健康提供科学依据。

通过环形液池模型对流实验,首次在国际上获得了环形液池大曲率范围热毛细对流的临界条件,并发现了环形液池热毛细对流的体积效应;首次系统地获得该体系多模式对流、转换形式,以及该体系分叉特征、转捩途径。该研究对拓展流体力学机理、促进空间流体管理以及空间/地面晶体优质生长都有重要意义和实用价值。

在国内外,迄今尚未见到在空间微重力实验条件下,成功进行哺乳动物早期胚胎发育体外研究的报道。这一实验首次在太空进行哺乳动物早期胚胎发育研究,观察太空环境中小鼠早期胚胎的发育过程,并探讨太空环境对胚胎发育的作用机制。

通过热厚材料微重力燃烧实验,首次分析获得了低速流动中火焰传播模式的完整图谱,认识了火焰对气流的动态响应;研究了热厚材料的可燃边界即火焰冷熄极限,火焰传播和动态响应过程中的传热机制。揭示热厚材料在微重力条件下的着火和燃烧特性,认识、掌握环境流动、氧气浓度和材料形状等因素的影响规律。促进固体材料燃烧的理论和模型发展,改进航天器材料可燃性评价方法。

2、微重力条件下造血与神经干细胞三维培养与组织构建研究

成功实现了空间InAsSb晶体非接触生长,发现非接触生长可明显降低晶体缺陷密度,为提高材料的晶体质量及电学性能提供了可行的途径;得到了高质量的InGaSb晶体,晶体组分沿轴向及径向分布均匀,组分波动小于2%;对于指导InGaSb地基制备工艺开发具有重要科学意义;利用微重力条件抑制浮力对流,Bi2Te3基热电材料在空间实现了准扩散生长,晶体组分宏观均匀性得到改善,晶体质量获得显著提高;深入研究了Marangoni对流对Sn基合金溶质输运过程的影响,提出微观物理模型,揭示了微重力环境下熔融凝固过程中的界面反应机理及微结构形成规律。

人类要想在宇宙空间中长期生存,就需要研究解决一系列空间生命课题,如失重、真空、宇宙辐射、高温等宇宙环境因素对生命过程的影响。

完成了12天的空间家蚕胚胎培养,发现空间环境影响家蚕胚胎和幼虫的发育;综合利用基因组和功能基因研究的最新手段和方法,首次发掘了一批受空间环境影响的家蚕基因,有利于家蚕新品种的开发,有重要的经济应用价值。

这一实验是国际上首次开展微重力条件下造血与神经干细胞三维培养研究,揭示微重力下细胞三维生长的基本规律及其对自我更新、分化与功能的影响,探索解决目前干细胞非分化性增殖、高效定向分化、三维组织构建等世界性难题的新途径。

利用典型的长日与短日植物光周期诱导开花特点,研究了空间微重力条件下光周期诱导开花作用机理,发现微重力条件下植物的向光性减弱,为进一步研究向重性与向光性之间的关系提供了直接证据;首次实现在轨热激启动的开花基因表达,人工导入的开花基因空间表达仍呈现昼夜节律变化,但变化的幅度小于地面,表明微重力可能抑制开花相关的生物钟基因的表达,为揭示植物开花调控机制开辟了一条新的途径;认识了微重力参与调控植物光周期开花反应关键基因的表达规律,为人工操控空间植物的生长过程,建立高效、优质的空间生命生态支持系统打下了理论基础。

3、微重力条件下人骨髓间充质干细胞的骨细胞定向分化效应及其分子机制研究

在国际上首次获得太空条件下小鼠早期胚胎发育的实时摄影图片,首次证明了太空微重力条件下哺乳动物早期胚胎能够在体外完成从2-细胞到囊胚发育的全过程。通过太空发育实验返回样品与地面对照实验结果比对,找到了影响太空哺乳动物早期胚胎发育的关键因素,这为保障人类太空活动中生殖健康提供科学依据。

从干细胞水平研究微重力造成骨细胞生成减少的生物学效应以及分子机制,是探讨空间微重力影响骨质变化的重要内容之一。实验有助于了解长期空间飞行和失重情况下造成的人骨量丢失的原因,为将来开发相关药物或预防措施提供科学基础。

(作者:康琦、胡文瑞,康琦系“实践十号”卫星科学应用系统总设计师,胡文瑞系“实践十号”首席科学家)

4、空间辐射诱变的分子生物学机制

(原载于《光明日报》2018-03-2913版)

实验将研究空间辐射环境引起基因组不稳定生物学效应机制;挖掘对空间辐射环境敏感的生物分子和空间环境引起生物学效应的诱因,将为载人航天中的深空探测任务和舱外暴露试验打下技术基础。

5、空间辐射对基因组的作用和遗传效应研究

实验通过检测太空旅行前后小鼠细胞和果蝇的样本,定量研究空间辐射对基因组稳定性改变的效应,寻找新的空间辐射敏感标志生物分子,为太空辐射的风险和防护研究提供新的基础数据和检测手段。

6、空间环境对家蚕发育的影响与变异机理的研究

长期微重力状态、空间辐射、超真空等不同于地面的因素对动物生命活动是否产生影响,以及影响的程度和机理都是人们迫切需要了解的问题。

已有研究表明空间环境能够诱变家蚕。但是,诱变过程中哪些基因发生了变化,蛋白的种类和丰度都是未知因素。这一实验在空间连续培养家蚕胚胎12天,研究空间条件下家蚕胚胎基因表达的特征,并将这些研究结果和方法推广到其他的生物研究之中。

7、微重力下细胞间相互作用的物质输运规律研究

科学家已发现进行空间活动的宇航员有骨质流失、肌肉萎缩、免疫功能下降和心血管系统异常等一系列生理改变,足以影响宇航员的生活质量和工作能力,尤其是长期飞行,甚至可能引起不可逆的变化。这一实验将为了解宇航员空间生理变化的机理,并为寻找应对措施提供科学与技术支撑。

8、空间微重力条件下光周期诱导高等植物开花的分子机理研究

当地球植物飞向太空后,昼夜不再是24小时周期,也不再有四季的变化,如国际空间站上每24小时中有16次的日出与日落,也没有了重力,植物没有上下方向。那么,植物的生长发育和代谢活动会有怎样的变化?其内在的遗传机制会怎样适应地球上从未有过的微重力新环境?国内外在空间已进行了多次的植物生长试验,但还并没有完全阐明微重力对植物生长发育的影响,尤其对于微重力条件下光周期诱导开花途径,目前尚未见报道。

这一研究将从一个全新角度为认识重力在高等植物开花调控中的作用机制提供重要依据。实验在国际上首次使用在轨微重力条件下热激启动基因表达并通过实时荧光图像观察的方法与技术。所得数据将应用于载人航天受控生命生态支持系统的设计,并为空间植物培养提供理论依据。

9、微重力植物生物学效应及其微重力信号转导研究

实验将为培育适宜空间栽培的转基因植物新品种寻找线索。

10、微重力下煤燃烧及其污染物生成特性研究

煤炭在中国能源消费中占很高的比例,带来较大的污染。在微重力环境下,观察煤炭燃烧和污染物生成的基本规律,有望获得一些地面无法得到的基础数据,发展更完善的煤燃烧理论和模型,帮助人类更好地利用煤炭资源。

11、典型非金属材料在微重力环境中的着火及燃烧特性研究

在载人空间飞行过程中,航天器舱内的火灾事故是最令人恐惧、危害最严重的一种。防火安全是载人航天器设计和运行中必须妥善解决的最重要问题之一。

为最大程度预防航天器舱内火灾的发生,首先需要掌握所使用的非金属材料的防火特性,建立材料选用和使用规范,对不得不使用的可燃材料,根据其燃烧特性制定相应的火灾预防办法。

12、微重力环境电流过载下导线绝缘层着火烟的析出和烟气分布规律

研究可为解决中国载人飞船及空间站防火等国家重大战略需求提供不可替代的技术支撑。

13、空间熔体材料科学实验

实验将研究微重力环境下晶体生长和凝固过程,获得地面重力场中难以生长的高质量材料。

14、微重力条件下石油组分热扩散特性的研究和soret系数的测量

热扩散效应也叫soret效应,与石油开采有关。要想尽可能准确地预测油田中的气油界面和组分分布,需要Soret系数的准确数据。然而,在地面常重力条件下无法获得不受对流干扰的理想热扩散过程,也难以得到soret系数的准确数据。

中欧合作的这一项目是国际上一系列相关研究之一,在卫星上搭载双方共同研制的仪器设备。实验有望获得包括中国石油样品在内的石油不同组分的Soret系数的精确数据,帮助预测油田中石油组分分布和油气界面位置,进而指导石油的开采并降低开采成本。

15、热毛细对流表面波空间实验研究

为满足现代微电子工业等对高质量半导体和合金材料的需要,晶体生长已成为空间微重力环境的一个重要应用前景。国内外已开展了多次空间晶体生长实验,但生成的晶体质量仍不尽如人意。其原因是由于毛细对流的不稳定性。如何抑制振荡毛细对流的产生,从而避免条纹缺陷,有必要对毛细对流开展深入研究。

16、胶体有序排列及新型材料研究

实验有望获得大尺寸高品质金属纳米晶体。

17、蒸发与流体界面效应空间实验研究

实验将为载人航天等航天工程中的空间热流体设备的设计开发提供理论依据。

18、微重力沸腾过程中的汽泡热动力学特征研究

实验有助于加深理解沸腾传热内在机理,成果可服务于航天,尤其是载人航天事业。

19、颗粒物质运动行为-颗粒流体气液相分离空间实验研究

这是首次在有系统的长微重力时间下振动激振颗粒运动实验,有望获得团簇形成与分聚和冷却行为等颗粒动力学重要实验结果。

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