中科院牽頭在天舟一號開展4項科學任務

4月20日19時41分，我國首艘貨運飛船天舟一號飛向天空，將與天宮二號空間實驗室完成交會對接，實施推進劑在軌補加。雖為貨運飛船，它將開展微重力對細胞增殖和分化影響研究、兩相系統實驗平台的關鍵技術研究、非牛頓引力實驗檢驗的關鍵技術驗證、主動隔振關鍵技術驗證等4項科學實驗研究及技術驗證試驗。這些任務都著眼未來，或為未來航天事業發展驗證更加高精尖的技術，或為未來太空駐留甚至星際移民做科學方面的準備。

作為載人航天工程主要力量之一，中國科學院是這些科學任務的牽頭單位。其中，中科院空間應用工程與技術中心是載人航天工程空間應用系統的總體單位，代表中科院抓總負責載人航天空間科學與應用任務的規劃、實施及成果產出與推廣，具體承擔工程研製的組織管理，系統設計、集成、測試，可靠性保障，在軌技術支持，有效載荷運控管理，數據獲取及應用成果的推廣服務等系統技術支持、支撐、保障、服務工作。其他多家院屬單位分別研發有關科學實驗載荷，承擔了相關科學實驗研究。

幹細胞生物學是21世紀備受矚目的研究領域之一，是組織工程和再生醫學研究的上遊學科。幹細胞的重要功能是維持和控制細胞的再生能力，它具有自我更新複製能力和多分化潛能，它可分化為多種組織細胞類型。空間微重力效應是否影響幹細胞增殖和分化？能否利用空間微重力獨特的條件開展幹細胞大規模擴增和組織工程構建呢？這些問題是目前空間生物學研究的前沿和熱點的問題。中科院動物研究所承擔的「微重力環境下胚胎幹細胞培養實驗」項目，將研究太空微重力環境下小鼠胚胎幹細胞的增殖、分化特徵，同時與1G和模擬微重力效應條件下的同步實驗結果比對，全面了解微重力對胚胎幹細胞增殖、分化的影響，同時探索（微）重力在胚胎幹細胞增殖、分化過程中的作用及其機制。預期通過實驗，初步了解太空微重力對胚胎幹細胞增殖、分化影響的作用情況，將為更好地實現胚胎幹細胞的體外大量擴增，更好地利用多能幹細胞分化潛能提供一種新思路，為多能幹細胞在組織工程和再生醫學中的應用探索一種新途徑，最終為未來利用多能幹細胞服務於人類健康提供幫助。

肝幹細胞是一種具有多分化潛能的細胞，在一定條件下可誘導分化成肝細胞及膽管細胞，被認為是細胞治療及生物人工功能治療理想的種子細胞。細胞治療的前提是體外能夠獲得足夠數量的細胞，而在肝實質細胞中具有強大體外擴增能力的只有肝幹細胞。以往的平面培養肝幹細胞的方法可導致細胞一些關鍵性的表型及功能消失，改變細胞生物學特性，且增殖較緩慢，因而不能滿足肝幹細胞擴增的要求。研究發現，地面模擬微重力作用可促進肝幹細胞的增殖，而真實的微重力環境對於肝幹細胞的三維培養及其增殖的影響未曾可知。中科院動物所承擔的「微重力環境對肝幹細胞增殖的影響」研究將在太空進行肝幹細胞的三維培養，觀察太空中微重力環境對肝幹細胞增殖的影響。以大鼠肝幹細胞係為研究對象，將肝幹細胞貼附在微載體表面，通過空間顯微攝影和圖片傳輸技術，觀察細胞形態、密度與綠色熒光蛋白的變化，監測太空微重力條件下肝幹細胞的三維培養與增殖情況。同時，與地面對照圖片作比較，以期初步揭示微重力影響肝幹細胞增殖的作用機制，為今後建立肝幹細胞擴增培養體系提供依據。

中科院上海技術物理研究所研製的空間生物反應器，攻克了基於原位的顯微熒光成像技術、複雜微流量多通道液體輸運管理、多模式自動搜索捕獲識別顯微（熒光）成像技術等多項關鍵技術，建立了24路相互獨立的間歇式灌流培養系統，實現對十種不同類型細胞開展空間貼壁、懸浮培養實驗的儀器平台。儀器可使細胞樣品無需返回地面，在軌實時獲取細胞的原位顯微（熒光）圖像，協助「微重力對細胞增殖和分化影響研究」各研究課題科學家開展系列在線研究，為我國載人空間站生命科學研究提供新型實驗模式和技術手段。

中科院力學研究所牽頭開展的「兩相系統實驗平台關鍵技術研究」是我國首次開展的空間冷凝與蒸發相變傳熱科學與熱控技術實驗研究。在一個高約半米、重達50多公斤的裝置內，安放著紅外觀測儀、高清相機以及測量溫度和熱流量的感測器等，藉助它們，科學家可實現對空間蒸發與冷凝過程的實時觀測，摸清微重力環境下蒸發冷凝相變傳熱的特殊規律，為豐富流體科學理論知識、研發出更高效更優質的太空熱設備奠定基礎。

中科院空間應用中心在天舟一號上開展了「主動隔振關鍵技術驗證研究」，在軌進行六自由度磁懸浮主動隔振關鍵技術驗證，可以實現0.1Hz～100Hz範圍內0～40dB的主動隔振能力。該項目同時為「非牛頓引力實驗檢驗的關鍵技術驗證」項目提供支持，保障在飛船平穩期達到10ug以下的微重力水平。未來空間磁懸浮主動隔振技術可為更多空間應用載荷服務，例如空間光學相機、激光通信等，助力它們達到更高的指標水平。同時，這一技術也可在航空光學吊艙、工業精密加工等方面發揮重要作用。

天舟一號任務是載人航天工程空間實驗室任務的收官之戰，我國將正式踏上載人空間站建設的征程，中科院將組織國內外相關力量，開展大規模的空間科學與應用研究，將空間站建成國家級太空實驗室，推動我國空間科學及應用實現跨越式發展。

來源：中國科學院空間應用工程與技術中心

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