盤點！神舟飛船上的科學實驗

　　據中國載人航天工程辦公室消息，北京時間2023年10月26日11時14分，搭載神舟十七號載人飛船的長征二號F遙十七運載火箭在酒泉衛星發射中心點火發射，約10分鐘后，神舟十七號載人飛船與火箭成功分離，進入預定軌道，航天員乘組狀態良好，發射取得圓滿成功。

伴隨著神舟飛船的發射，空間站實驗室也會進行更多重要的科學實驗，讓我們看看空間站各類科學實驗有哪些？

神舟十七號

據悉，“空間蛋白質分子組裝與應用研究”項目實驗單元隨神舟十七號飛船上行。“空間蛋白質分子組裝與應用研究”包括“高通量蛋白質結晶及分子結構與功能研究”“納米晶藥物制備及藥理學研究”“納米晶骨骼空間制備研究”“蛋白質晶體空間輻射損傷研究”“空間顯微觀測蛋白結晶的動力學研究”等5項研究內容。

我們知道，生命體是由蛋白質、核酸等生物大分子組裝成的一架精密高效的機器，它們協同工作完成著各種各樣的生理功能。只有獲知蛋白質的結構與功能，才能更多的破解生命的奧秘和進行理性的藥物設計。但是，很多蛋白質因為得不到高質量的單晶而難以深入研究其功能。在科學家看來，空間微重力環境為蛋白質結晶提供了絕佳條件。

　　空間微重力環境可消除減弱常重力場下溶液中存在的對流與沉降，為蛋白質結晶生長提供一個相對均一和穩定的環境，有利于生長高質量蛋白質晶體。同時，通過X-射線衍射獲得蛋白質分子的精細結構，更準確地揭示其生物學功能，如正常生理作用、致病機制、藥效、副作用等與分子結構的關系。因而對分子藥物設計具有直接的作用，對仿生生物技術也具有重要意義。

本次實驗安排了蛋白質、多肽、核酸、生物材料、藥物材料等5類29種實驗樣品，如胰島素、癌癥治療蛋白復合物、核酸聚合酶、植物光合作用關鍵蛋白、納米羥基磷灰石/膠原多肽、溶菌酶等。這些實驗樣品都是在發射場完成現場制備和加載，在發射前8個小時左右，放置于生物樣品貨包送往發射塔架，并安放至神舟飛船，隨飛船發射升空。

神舟十七號乘組還將開展多項空間科學實驗和航天技術試驗，涉及基礎物理、生命科學、地球觀測、材料科學等多個領域。其中有些試驗是首次在中國空間站進行的，有些試驗是在神舟十二號任務基礎上繼續深化的。以下是一些具有代表性的試驗：

　　? 空間冷原子鐘：這是一種利用超冷原子作為時間基準的高精度時鐘，在地面已經實現了秒級的穩定度。此次任務中，乘組將在空間站上安裝并啟動這種時鐘，并與地面同步校準。這種時鐘在空間中的表現如何？能否為導航定位、基礎物理等領域提供更高精度的時間參考？這些都是值得期待的問題。

　　? 空間生物打印：這是一種利用3D打印技術制造生物組織或器官的方法，在地面已經取得了一些進展。此次任務中，乘組將在空間站上進行多種細胞的打印實驗，觀察它們在失重環境下的生長和分化。這種方法能否為未來的空間醫療和生物制造提供新的可能？

　　? 空間植物培養：這是一種利用人工環境培養植物的方法，在地面已經廣泛應用于農業和園藝。此次任務中，乘組將在空間站上進行多種植物的培養實驗，研究它們在失重和輻射等條件下的生理和遺傳變化。這種方法能否為未來的空間生態和食物供給提供新的途徑？

神舟十五號

　　在軌四個半月的時間里，神舟十五號乘組開展了一系列科學實驗，其中，多個項目都屬首次。

　　在軌期間，神舟十五號航天員乘組使用由我國自主研制的空間站雙光子顯微鏡，開展在軌驗證實驗任務并取得成功。這是目前已知的世界首次在航天飛行過程中，使用雙光子顯微鏡獲取航天員皮膚表皮及真皮淺層的三維圖像，為未來開展航天員在軌健康監測研究提供了全新工具。

　　空間高效自由活塞斯特林熱電轉換試驗裝置順利完成在軌試驗，這也是我國首次實現該技術在軌驗證。斯特林熱電轉換是空間新能源的關鍵技術之一，它可以將熱能高效轉化為電能。

　　在地面科研人員和航天員協同配合下，夢天艙燃燒科學柜中的實驗系統成功執行首次在軌點火實驗。點火實驗采用的是甲烷作為燃料，高速相機清晰地拍下了整個點火和燃燒過程。這次實驗驗證了空間站燃燒科學實驗系統功能的完備性，以及整體實驗流程的準確性與科學性，為后續空間科學燃燒實驗項目打下了良好的基礎。

　　據介紹，神舟十五號載人飛船返回艙下行的實驗樣品總重量20余公斤，共下行15項科學項目的實驗樣品，包括細胞、線蟲、擬南芥、再生稻等生命實驗樣品，以及多種合金材料、新型紅外探測器材料、非晶薄膜材料等材料實驗樣品。

　　科研人員將對返回的生命實驗樣品進行分子生物學、細胞生物學、在軌生長發育和代謝等相關分析，通過與地面比對分析研究，解析空間微重力、輻射對于實驗樣品作用的規律和分子機理，為進一步創制適應空間環境的作物和開發利用空間微重力、輻射等資源提供理論依據。

　　材料實驗樣品將在實驗室進行測試分析研究，以期揭示在地面重力環境下難以獲知的材料物理特性和化學變化過程的規律，獲得高性能制備工藝關鍵條件，指導地面新材料制備。

神舟十六號

2023年5月30日9時31分，神舟十六號載人飛船在酒泉衛星發射中心成功發射。由中國科學院牽頭負責的空間應用系統通過神舟十六號載人飛船上行5項生命科學實驗項目的實驗物資，重量約23.6公斤，體積約95升。

生命是最復雜的物質存在形式。地球生物包括人類的進化一直是在地球上實現的，在空間特有的微重力、宇宙輻射、節律和磁場變化條件下，研究人和各種生物的存在和響應，成為探究生命現象本質的重要途徑，也是人類長期太空探索活動的基礎。

“微重力環境對細胞間相互作用和細胞生長影響的生物力學研究”旨在認識肝組織細胞在微重力下的生物力學特征和力學-生物學耦合過程，以及重力變化對細胞生命活動的作用規律；發展基于生物力學的空間細胞-組織動態培養新實驗技術。上行物資包括6個生物力學樣品單元，其中2個裝載肝細胞，4個裝載肝細胞/內皮細胞。

“蛋白與核酸共起源及密碼子起源的分子進化研究”在國際上首次將氨基酸、核苷酸與磷結合，探索密碼子起源；考察重力效應對密碼子起源的影響；考察重力效應與生命進化的關系；為生命的化學起源理論體系及尋找地外生命宜居星球提供重要的科學依據。上行物資包含8個核酸實驗單元，將分2批次開展在軌實驗。

“空間微重力環境調控植物細胞結構和功能的分子網絡研究” 采用擬南芥模式植物作為實驗材料，重點研究擬南芥中和重力反應有關的LAZY基因在微重力環境中的表現，揭示植物感受微重力環境的信號轉導機制及其調控網絡；顯示植物激素運輸和參與植物響應微重力適應機理。上行物資包括4個實驗單元，其中2個靜止培養、2個1g離心對比培養；實驗樣品包括5種類型擬南芥（含野生型、3種突變體、轉基因）。

“空間輻射暴露引起線蟲發育過程DNA損傷修復及細胞凋亡影響研究” 利用全自動微流控系統對線蟲個體的在軌發育和損傷效應進行觀測，深入分析長期輻射暴露對DNA損傷修復及生殖細胞凋亡的影響；分析與人類同源的DNA損傷修復功能調控基因的變化規律，為揭示長期在軌人體對抗空間輻射損傷機制、挖掘靶分子在航天輻射醫學防護研究做出貢獻。上行物資包括裝載4種線蟲的芯片實驗盒。

“空間輻射損傷評估科學與應用關鍵技術” 挖掘空間輻射損傷評估和風險預警的生物標志物，分析空間輻射損傷的品質因子，構建空間輻射損傷評估模型，為開發具有自主知識產權的空間輻射健康風險評估體系提供重要技術支撐；該分子標志物可為重要靶點藥物研究、遺傳篩查、輻射防護等提供指導。上行物資包括4個線蟲樣品盒，每個樣品盒內8個標準生物容器，裝載10種線蟲。