7月24日，長征五號B火箭在海南文昌成功發(fā)射升空，運載著問天實驗艙，奔向天宮太空艙?！皢柼炫摗笔侵袊臻g站首個實驗艙段，是常年有人照料的空間站實驗平臺。未來，在這個新“實驗室”里，航天員將操刀新的太空實驗，其中就包含萬眾期待的太空養(yǎng)魚。

(相關(guān)資料圖)

據(jù)悉，“問天艙”主要面向空間生命科學(xué)研究，配置了生命生態(tài)、生物技術(shù)和變重力科學(xué)等實驗柜。其中，中科院上海技術(shù)物理研究所空間生命科學(xué)儀器研制團隊主要負責(zé)研制生命生態(tài)、生物技術(shù)兩個實驗柜核心實驗系統(tǒng)。

這個集成打包的大實驗柜子，就像一個行李架。5個生命生態(tài)科學(xué)實驗?zāi)K和4個生物技術(shù)科學(xué)實驗?zāi)K，好比一個個封裝好的行李箱，被整齊疊放在“行李架”上，用于太空養(yǎng)魚的小型受控生命生態(tài)實驗?zāi)K是其中之一的“行李箱”。它們坐在“問天艙”里，平穩(wěn)地來到太空，等待“問天艙”和天宮號空間站順利對接，一個屬于中國人的太空實驗室正逐步配齊、日臻完備。

太空如何實現(xiàn)養(yǎng)魚“自由”？近日，大江東工作室走進中科院上海技物所，聽空間生命科學(xué)儀器研制團隊講述他們與生命科學(xué)空間實驗的故事。

中科院上海技物所空間生命科學(xué)儀器研制團隊

為太空造魚缸

開啟太空養(yǎng)魚的項目，要追溯到8年前，當(dāng)時籌建中國空間站的各項工作都在緊鑼密鼓地進行中，上海技物所承擔(dān)了其中重要的生命生態(tài)、生物技術(shù)科學(xué)實驗系統(tǒng)研制。那時，25歲的田清剛加入上海技物所，作為一名機械設(shè)計專業(yè)的畢業(yè)生，他從未想過自己能從事空間技術(shù)方面的科研，既感到無上光榮，又被一股新鮮有趣的勁兒深深吸引。

科研人員要實現(xiàn)在一個失重的水族箱里，自動對魚類喂食、氧氣平衡控制、溫度控制、光照控制等，模擬出和地面池塘一樣的生存環(huán)境，藻類在“陽光”下健康生長，魚兒能在太空中存活并繁殖產(chǎn)卵。LED燈為藻類提供光照并模擬日夜更替，監(jiān)控攝像機記錄魚的存活狀況，配置的水循環(huán)系統(tǒng)還可以監(jiān)測水的pH值、水溫、溶解氧、電導(dǎo)率等參數(shù)，同時，所有的數(shù)據(jù)都要傳輸?shù)降孛孢M行監(jiān)測和分析。

“提出‘養(yǎng)魚’科學(xué)實驗構(gòu)想的是中科院武漢水生所，我們要做的是把這些構(gòu)想變成現(xiàn)實。”田清說，與地面上的魚缸完全不同，太空魚缸是密閉的，喂食、撈魚卵，這些在地面上易如反掌的事，在太空的失重狀態(tài)下，會變得異常艱難。研制過程中，團隊遭遇了諸多困難，很多環(huán)節(jié)經(jīng)過了數(shù)年反復(fù)論證、試驗。比如，自動投喂魚食的設(shè)計。

“航天員在空間站里的時間安排非常緊湊，除了空間站日常的維護工作和鍛煉身體保持好的狀態(tài)，他們要做大量的空間實驗?？亢教靻T一天幾次投喂魚食是不現(xiàn)實的，一定要做出自動投喂裝置。”田清說，團隊首先要解決魚食的形狀問題，顆粒狀、木屑狀的魚飼料在太空條件下無法投喂，怎么樣才能把魚食妥妥地送進密閉容器里呢？

30人的團隊幾番腦力激蕩，最后想到了把魚食做成方便擠進魚缸的牙膏狀?？勺龀鰜淼母酄铘~食因為加了大量粘稠劑，氣味變了，魚兒壓根不吃。團隊又和武漢水生所的王高鴻老師一起做了大量的魚食成分改良試驗，最終成功“馴服”魚兒接受膏狀魚食。

食物的形狀解決了，新的問題又來了，怎么送進水族箱？團隊先用了彈簧自動彈射的辦法，投喂的自動化問題解決了，可裝魚食的“子彈進匣” 環(huán)節(jié)，仍需勞煩航天員動手。他們又試了電梯式旋轉(zhuǎn)送入的方式，定時定量自動投喂，可如此一來就需要把食物預(yù)埋進培養(yǎng)盒，限定了實驗周期，如果實驗進程延長，魚兒后期有可能會出現(xiàn)沒有食物吃的情況，實驗的抗風(fēng)險能力降低。

在將近一年的摸索后，他們終于研制出一套自動監(jiān)測魚兒生長變化并自動喂食的智能系統(tǒng)。

直至2019年，整個水族箱樣品才研制出來，開始做模擬太空環(huán)境的養(yǎng)魚實驗。一升多的水，放入適量水藻、兩雌兩雄4條斑馬魚，2019年春節(jié)前一周，田清原本打算把實驗系統(tǒng)調(diào)試平穩(wěn)后，回老家過年，豈料系統(tǒng)一直不穩(wěn)定，由于沒把準(zhǔn)水藻產(chǎn)生氧的規(guī)律，水里的溶氧值忽高忽低，魚兒時不時翻肚子。水藻放多了還是少了？光照強了還是弱了？值班的團隊成員一點點地試驗，一直摸索到了大年初六。此后一個月，系統(tǒng)逐步穩(wěn)定。田清和他的伙伴們寸步不離，就這樣一直守著這些魚兒們度過了一個難忘的春節(jié)。

從前沒養(yǎng)過魚的田清，為了觀察魚的習(xí)性，更好地調(diào)試設(shè)計系統(tǒng)，就在家里添置了一個大魚缸。在“問天艙”發(fā)射升空之時，團隊成員們?nèi)詧允卦谏虾＜嘉锼?，持續(xù)優(yōu)化太空魚缸?！暗孛娴哪M實驗做得越充分，數(shù)據(jù)越好，天上的突發(fā)狀況才會越少。”田清說，這次“問天艙”先把設(shè)備送上去，做通電測試，如果一切順利，魚兒很快也會被送上太空。?

中科院上海技物所研制的生命生態(tài)科學(xué)實驗系統(tǒng)

托舉科學(xué)家夢想的人

7月20日下午，在空間應(yīng)用系統(tǒng)測控大廳里，上海技物所空間生命科學(xué)儀器研制團隊成員丁昆正在參與發(fā)射前各系統(tǒng)的協(xié)同演練。這是他自3月19日離開上海、連續(xù)出差的第123天。

120多天里，從南到北、從發(fā)射場到控制中心，他輾轉(zhuǎn)多地，從實驗樣品篩選、樣品裝載、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)測試和發(fā)射前的最后沖刺。疲憊難掩丁昆的興奮，電話里聲音洪亮、中氣十足：“就拿太空養(yǎng)魚來說，這是實現(xiàn)在太空里培養(yǎng)脊椎動物、觀察微生物降解過程的重大科研項目，是我們國家在這個領(lǐng)域科研從0到1的突破，我能參與其中，多光榮啊。”

1990年出生的丁昆從小喜歡航天，大學(xué)陰差陽錯讀了通信專業(yè)，2012年他考入上海技物所碩博連讀，兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)又回到他喜歡的空間科學(xué)。“我的整個博士期間都在研制空間實驗柜的痕量氣體檢測系統(tǒng)?！?/p>

2017年博士畢業(yè)時，丁昆原本有機會到開出高薪的IT大廠工作，但他毫無猶豫選擇留所，繼續(xù)空間生命科學(xué)儀器設(shè)計研究，用他的話講，能幫助科學(xué)家實現(xiàn)夢想，看到生命體在天上開花結(jié)果，是這項工作的樂趣所在。

在這個一榮俱榮、一損俱損的復(fù)雜實驗柜系統(tǒng)里，要進行植物、動物、微生物、細胞等多項生命科學(xué)實驗，產(chǎn)生的氣體必須經(jīng)過處理才能排到太空艙里。 “萬一有害氣體對航天員的身體造成什么影響，那是不可接受的損失，所以我們要實現(xiàn)對全部氣體的檢測、收集、處理，確保萬無一失?！倍±フf，以往采用傳感器監(jiān)測，只能測到固定幾種氣體，盡管研發(fā)周期拉長了一倍以上、研發(fā)難度系數(shù)增加了幾個數(shù)量級，監(jiān)測系統(tǒng)造價也高出好幾倍，但是他們果斷地選擇了能夠監(jiān)測到全部氣體的傅里葉紅外光譜儀監(jiān)測方案。

幾十年來，上海技物所一直為國家風(fēng)云氣象衛(wèi)星系列載荷等先進光學(xué)遙感儀器研制保駕護航，逐步形成了該所的科研優(yōu)勢。“我們利用了所里的技術(shù)優(yōu)勢，借鑒了已有的設(shè)計思想，把用在衛(wèi)星荷載上的核心技術(shù)，改造‘嫁接’到太空實驗柜上。”10年下來，丁昆經(jīng)歷了從項目論證到關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，從產(chǎn)品研制、大系統(tǒng)聯(lián)調(diào)到發(fā)射場測發(fā)、在軌運控的全周期，這半年跑下來，更是讓他感到經(jīng)驗越來越足，成就感滿滿。

為了實現(xiàn)科學(xué)家們的夢想，空間生命科學(xué)儀器研制團隊不斷實踐創(chuàng)新，攻堅克難，為打造太空“迷你實驗室”付出了智慧與心血。上海技物所空間生命科學(xué)儀器研制團隊負責(zé)人張濤說，在未來10年內(nèi)，“問天艙”要做大量的空間實驗，只有研發(fā)出更專業(yè)、更智能的實驗系統(tǒng)，事無巨細、扎實地一點點推進，才能讓我國的太空探索更加高效?！疤章勒嫒玷F”，在人類太空之旅的漫漫征程中，探索、挫折、認知、改進，每前進一步，背后都是無數(shù)默默無聞?wù)叩耐信e和支撐。

（來源：人民日報中央廚房-大江東工作室）

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