中國(guó)空間站建成后，從天舟系列貨運(yùn)飛船到神舟系列載人飛船，幾乎每艘飛船都會(huì)搭載中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所（以下簡(jiǎn)稱上海技物所）空間生命科學(xué)儀器團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)組件或?qū)嶒?yàn)單元。
從國(guó)際上首次完成水稻全生命周期空間培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，到創(chuàng)造最長(zhǎng)水生生態(tài)系統(tǒng)空間運(yùn)行紀(jì)錄；從首次在空間站開展囊胚、原腸運(yùn)動(dòng)階段胚胎發(fā)育實(shí)驗(yàn)，到首次實(shí)現(xiàn)激光共聚焦空間應(yīng)用，該團(tuán)隊(duì)和科學(xué)家一起一次次圓滿完成空間飛行實(shí)驗(yàn)任務(wù)，有力推進(jìn)了我國(guó)空間生命科學(xué)研究。
“返回式衛(wèi)星、飛船和空間站中，都有我們研制的儀器?！笨臻g生命科學(xué)儀器團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、上海技物所工程一室主任鄭偉波告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，“載人航天精神和上海技物所‘實(shí)干見物’精神的融合，支撐團(tuán)隊(duì)完成了‘不可能的任務(wù)’?！?/span>
“我們不做生命科學(xué)研究，但提供空間生命實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)技術(shù)?！鄙虾＜嘉锼こ桃皇仪爸魅螐垵f，“這要求我們了解科學(xué)家的需求，運(yùn)用工程技術(shù)方面的知識(shí)研制出適合空間環(huán)境的科學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，實(shí)現(xiàn)科學(xué)家的想法?！?/span>
部分團(tuán)隊(duì)成員合影。受訪團(tuán)隊(duì)供圖
協(xié)作：“后墻不倒”鍛造過硬團(tuán)隊(duì)
空間生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)樣品都是活物，為確保樣品處于最佳狀態(tài)，臨近發(fā)射才能進(jìn)行樣品裝載。實(shí)驗(yàn)樣品裝載過程要求高、環(huán)節(jié)多、時(shí)間緊、程序復(fù)雜且不允許出現(xiàn)任何失誤，這讓裝載人員壓力很大。
2002年12月，神舟四號(hào)發(fā)射在即，團(tuán)隊(duì)按照慣例提前來到酒泉，進(jìn)駐發(fā)射場(chǎng)進(jìn)行樣品裝載。全部裝載工作完成并封蓋后，可能因?yàn)椴僮鲿r(shí)太緊張，一位工作人員忽然說：“糟糕！管子上有個(gè)夾子，我記不清有沒有取下來！”
大家都愣住了，發(fā)射在即，如果重新打開蓋子檢查，時(shí)間肯定來不及。
“放心吧，每個(gè)夾子都取下來了?！闭?dāng)大家不知所措時(shí)，旁邊二崗的同事篤定地說，“你的每一步操作，我都記錄著。”
看到確認(rèn)記錄表，大家懸著的心放了下來。
空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)難得，對(duì)于每次發(fā)射任務(wù)，硬件團(tuán)隊(duì)和科學(xué)家團(tuán)隊(duì)都投入了大量的時(shí)間和精力，如果因操作失誤導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，這個(gè)責(zé)任誰都“擔(dān)不起”。
“航天任務(wù)的特點(diǎn)是‘后墻不倒’，即發(fā)射任務(wù)一旦確定，龐大系統(tǒng)中的所有環(huán)節(jié)必須像齒輪一樣緊密咬合，每一步、每一環(huán)都不能出錯(cuò)。這就要求團(tuán)隊(duì)成員密切配合，嚴(yán)格按照規(guī)范操作?！眻F(tuán)隊(duì)成員之一、空間小型哺乳動(dòng)物裝置負(fù)責(zé)人劉方武說。
中國(guó)航天事業(yè)從艱難起步、不斷積累，到跨越式發(fā)展，每上一個(gè)臺(tái)階，背后都有一群人在爭(zhēng)分奪秒地工作。航天任務(wù)中，所有工作圍繞“后墻”倒排時(shí)間，這意味著團(tuán)隊(duì)沒有退路，要破釜沉舟、勇往直前，也意味著團(tuán)隊(duì)要一次次突破極限。
面對(duì)挑戰(zhàn)，團(tuán)隊(duì)統(tǒng)籌規(guī)劃、凝練各項(xiàng)目共同點(diǎn)，創(chuàng)造性地提出模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)思路。團(tuán)隊(duì)采用模塊級(jí)、組件級(jí)和單元級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，機(jī)電熱接口統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，以適應(yīng)多用戶實(shí)驗(yàn)需求和未來升級(jí)擴(kuò)展的需求。
“團(tuán)隊(duì)作戰(zhàn)、追求極致是我們的特點(diǎn)?！编崅ゲㄕf，“不管是否負(fù)責(zé)某個(gè)模塊，遇到難題大家一起想辦法。正是這種密切配合、相互支持的合作方式，讓我們不斷實(shí)現(xiàn)突破，形成多層次、標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，高效支持了相關(guān)項(xiàng)目的研制和交付?！?/span>
每次發(fā)射任務(wù)前，團(tuán)隊(duì)都會(huì)擬定各種預(yù)案，除準(zhǔn)備備份實(shí)驗(yàn)單元外，還要提前20多天進(jìn)入發(fā)射場(chǎng)演練，分析各種可能出現(xiàn)的問題，并針對(duì)問題進(jìn)行預(yù)案驗(yàn)證。
“通過多次演練，團(tuán)隊(duì)成員對(duì)所有操作都已爛熟于心?！眲⒎轿湔f，“但我們依然制定故障預(yù)案、標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程，一崗分步工作、二崗確認(rèn)檢查記錄等操作規(guī)范，每一步、每一項(xiàng)都對(duì)著表格確認(rèn)，確保萬無一失?！?/span>
攻關(guān)：“白盒子”倒逼技術(shù)創(chuàng)新
工欲善其事，必先利其器?？臻g生命科學(xué)儀器需要滿足空間環(huán)境條件，并在資源嚴(yán)格約束條件下盡最大可能滿足科學(xué)實(shí)驗(yàn)需求。
進(jìn)入太空的儀器首先要耐受力學(xué)環(huán)境，“扛得住”發(fā)射和返回時(shí)的震動(dòng)和沖擊。而且空間站、衛(wèi)星或飛船對(duì)載荷的體積、重量都有嚴(yán)格約束，這對(duì)儀器研制提出了極高要求。此外，空間生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)象是活物，要保障實(shí)驗(yàn)樣品從上行過程至在軌實(shí)驗(yàn)全流程活性，甚至“活得好”，意味著生命保障系統(tǒng)比地球上復(fù)雜得多。
空間站生命生態(tài)科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
空間站生物技術(shù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
“空間微重力環(huán)境在地面很難模擬，目前只有落塔、拋物線飛機(jī)和探空火箭等能短時(shí)間模擬，如何適應(yīng)微重力環(huán)境，需要細(xì)致設(shè)計(jì)和多方面驗(yàn)證?！眻F(tuán)隊(duì)成員之一、空間站生物技術(shù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人王林君說，“空間微重力環(huán)境下的氣液沒有固定界面，比如為排除空間細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)過程中氣泡的影響，我們就想了各種方法?！?/span>
“更重要的是，科學(xué)家希望對(duì)在軌實(shí)驗(yàn)過程有清晰的了解，希望空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)是個(gè)‘白盒子’，這要求在軌實(shí)驗(yàn)變化可檢測(cè)、過程可操控。”鄭偉波說，“這也是巨大挑戰(zhàn)?！?/span>
2024年4月，4條斑馬魚隨神舟十八號(hào)飛船進(jìn)入空間站，完成了43天空間環(huán)境下密閉水生受控生態(tài)科學(xué)實(shí)驗(yàn)。這是一個(gè)密閉的二元生態(tài)系統(tǒng)，斑馬魚呼吸所需氧氣由金魚藻光合作用產(chǎn)生，斑馬魚呼吸產(chǎn)生的二氧化碳為金魚藻光合作用提供碳源。為了讓該二元生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)，對(duì)密閉單元中的溶氧值進(jìn)行了閉環(huán)控制，使水中溶氧值一直在斑馬魚的需求范圍內(nèi)，并通過地面長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確保空間實(shí)驗(yàn)圓滿成功。
2024年11月15日，一批果蠅隨天舟八號(hào)貨運(yùn)飛船進(jìn)入空間站。在軌繁育實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家研究了果蠅在空間站求偶、交配、繁育后代的過程，也記錄了果蠅剛孵化出來時(shí)，因不適應(yīng)空間微重力環(huán)境，在太空飄浮、翻跟頭的珍貴畫面，獲得了大量科學(xué)數(shù)據(jù)。培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)為果蠅建立了地磁和亞磁兩個(gè)對(duì)照環(huán)境，在空間站和地面分別進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。除了提供氧氣、喂食等基本生命保障外，團(tuán)隊(duì)甚至還對(duì)果蠅實(shí)驗(yàn)區(qū)進(jìn)行了氣味凈化。
為了讓動(dòng)物在空間研究平臺(tái)活得“舒適”，團(tuán)隊(duì)成員付出了大量心血。
團(tuán)隊(duì)成員之一、空間站生命生態(tài)科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人田清介紹：“空間站斑馬魚實(shí)驗(yàn)不僅為空間密閉生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)研究提供了重要支撐，還為空間環(huán)境對(duì)脊椎動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育與行為影響研究提供了豐富數(shù)據(jù)?？臻g站也是一個(gè)密閉空間，如何構(gòu)建基于生物的生命支持系統(tǒng)，對(duì)于未來載人深空探測(cè)意義重大?！?/span>
圍繞空間生命科學(xué)研究需求，團(tuán)隊(duì)以“原位觀測(cè)+生命支持+精細(xì)操控”為核心技術(shù)鏈，突破空間原位（顯微）成像與檢測(cè)、微生態(tài)空間環(huán)境調(diào)控和實(shí)驗(yàn)過程多模式操控等系列關(guān)鍵技術(shù)，促進(jìn)空間生命科學(xué)研究的發(fā)展。
航天載荷研制的特殊需求倒逼團(tuán)隊(duì)逐漸形成“特別能吃苦、特別能戰(zhàn)斗”的作風(fēng)。通過理念創(chuàng)新和一次次技術(shù)突破，科學(xué)家正將“拓耕星?！钡膲?mèng)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
求實(shí)：傳承發(fā)揚(yáng)“實(shí)干見物”
上世紀(jì)80年代，上海技物所就開始介入空間生命科學(xué)儀器研制，成為國(guó)內(nèi)空間生命科學(xué)儀器研制的主力團(tuán)隊(duì)，相關(guān)裝置在實(shí)踐八號(hào)、實(shí)踐十號(hào)、天宮二號(hào)、天舟一號(hào)和空間站等平臺(tái)成功應(yīng)用，滿足了相關(guān)實(shí)驗(yàn)需求。
2022年7月，開展空間站水稻培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，種子可控萌發(fā)問題曾讓團(tuán)隊(duì)傷透了腦筋。
在失重條件下，土壤中的空氣不容易排出，因此澆水量不容易控制。水澆少了，不利于種子萌發(fā)；水澆多了，又會(huì)淹死種子。
“地面簡(jiǎn)單的操作，在太空中會(huì)變得很復(fù)雜，而空間生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置就是一個(gè)微縮的太空實(shí)驗(yàn)室，要求在資源極其有限的條件下，高可靠性地實(shí)現(xiàn)地面生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的功能?！眲⒎轿湔f。
實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家通過在軌控制，在國(guó)際上首次獲得空間發(fā)育的水稻和再生稻的新種質(zhì)資源。
“這也體現(xiàn)了我們倡導(dǎo)的‘實(shí)干見物’精神?！编崅ゲ◤?qiáng)調(diào)。
“實(shí)干見物”是上海技物所的傳統(tǒng)，在培養(yǎng)學(xué)生、鍛煉青年科研人員時(shí)，老一輩科研人員都會(huì)強(qiáng)調(diào)，無論是研制科學(xué)儀器還是進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，一定要通過實(shí)物驗(yàn)證來確認(rèn)方案是否可行、功能指標(biāo)能否滿足預(yù)期目標(biāo)，將科學(xué)家的設(shè)想、想要的參數(shù)和功能，用實(shí)物驗(yàn)證體現(xiàn)出來。
“所里的傳統(tǒng)是腳踏實(shí)地研究，最后要見到實(shí)物、見到驗(yàn)證效果?！编崅ゲń忉屨f，“技術(shù)攻關(guān)不能僅停留在紙面上，只提交一份技術(shù)報(bào)告，或只通過仿真、計(jì)算就算完成了，一定要拿出實(shí)實(shí)在在的儀器設(shè)備，以及功能、性能的測(cè)試結(jié)果?！?/span>
航天載荷研制過程中，“實(shí)干”意味著必須自力更生、艱苦奮斗，“見物”則要大力協(xié)同、嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)、勇于攀登。從這個(gè)意義上說，“實(shí)干見物”既是老一輩“技物人”的傳承，也是新時(shí)代科學(xué)家精神的體現(xiàn)。
2012年，團(tuán)隊(duì)成員之一、上海技物所工程一室電子學(xué)組組長(zhǎng)袁永春加入團(tuán)隊(duì)，開始參與天宮二號(hào)高等植物實(shí)驗(yàn)裝置研制。一開始，他認(rèn)為在研究所工作比企業(yè)輕松，但很快發(fā)現(xiàn)從事空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器研制不僅要“仰望星空，有情懷”，還要有足夠的體力和耐力，秉持“實(shí)干見物”精神攻克一道道技術(shù)難關(guān)。
“科學(xué)探索寬容失敗，但航天產(chǎn)品要求萬無一失?！痹来赫f，“我們的工作帶著航天特有的烙印，要求仔細(xì)再仔細(xì)，確保每一次任務(wù)圓滿成功?！?/span>
憑借將載人航天精神融入“實(shí)干見物”精神，團(tuán)隊(duì)已完成多項(xiàng)“全球首次”，并建立了我國(guó)空間站生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)體系。目前，團(tuán)隊(duì)正為進(jìn)一步拓展空間生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，努力打造空間實(shí)驗(yàn)利器，解鎖空間生命密碼，為未來相關(guān)研究提供更有力的支持。
在越來越多科學(xué)家的努力下，生命的疆界正在向深空拓展。
《中國(guó)科學(xué)報(bào)》(2025-04-08 第1版 要聞)
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