【系列】北理工空间载荷之飞天的“小立方”

【编者按】志上九天揽月，愿赴星辰大海，北京理工大学在航天事业的征途中且思且行。学校根据“拓天”的战略发展规划，针对空间科技领域中关键核心技术之一的有效载荷，顶层设计、谋篇布局，组建空间载荷研究院。通过跨学科组织空间载荷技术科研队伍，进一步加强空间载荷技术的理论基础和关键技术攻关，聚焦研发具有北理特色的载荷及应用，促进学校空间载荷资源的整合与共同发展。我们将推出系列报道，为大家介绍过去几年里我校在空间载荷方面取得的骄人成果。

在往期的推送中，

我们介绍了太空VR眼镜、宇宙天网、

还有航天器的对接，

这期我们要走近飞天的生命“小立方”，

相信你已经很好奇了，

快来看看吧~

北理工科学载荷登上国际空间站

北京时间2017年6月4日凌晨5时7分

美国SpaceX公司龙飞船发射成功

太空中的美国“龙”货运飞船

        卡纳维拉尔角闷热的初夏傍晚，强烈火光炸开云层。

       美国太空探索技术公司“猎鹰9”火箭又一次腾空而起，于美国东部时间2017年6月3日下午5时07分（北京时间6月4日上午5时07分），从佛罗里达州卡纳维拉尔角39A发射台将“龙”飞船送往国际空间站。

       不同以往，此次飞船的“乘客”中，有一位中国“客人”。美国航天局发言人凯瑟琳·汉布尔顿证实，由北京理工大学邓玉林教授团队独立设计的一个实验项目搭乘“龙”飞船上天。这个项目名为“空间环境下在PCR反应中DNA错配规律研究的科学载荷”，旨在研究空间辐射及微重力环境对抗体编码基因的突变影响。

       这一创举，标志着我国自主研制科学实验将首次登入国际空间站，也标志着中美空间科学合作取得突破。“我们以科学的名义，将中国自主设计和研制的实验第一次送去国际空间站，中国科学家做的是纯粹的科学实验，成果将造福全人类。”邓玉林说。

中国首个登上国际空间站的生命科学实验载荷

        本次升空的北理工空间生命科学载荷，是科技部重大科学仪器开发专项和国防科工局民用航天专项支持下，由北京理工大学生命学院教授、国际宇航科学院院士邓玉林团队自主创新研制，是继该团队所研制的载荷在2011年“神舟八号”搭载、2016年“长征七号”首飞搭载以及2017年“天舟一号”搭载之后的又一次实现“太空之旅”。

        这项载荷从关注航天员生命健康切入，延展到空间环境影响微(分子)进化的探索。据了解，团队在‘神舟八号’载荷实验的研究中发现了在空间环境下DNA变异的一些新现象，从而推断空间环境之于基因突变可能与生物分子进化有着重要的联系。鉴于抗体是人体中较为保守的重要生物学元素，团队提出大胆的创新设想，将抗体编码基因片段作为研究空间环境对分子进化影响的模型，开展了此次空间实验。

最终测试和安全性评价前

实验团队紧张配液、加样、封胶、测试等

        据介绍，此次载荷是采用微型微流控PCR仪，对抗体DNA片段进行在轨飞行状态下的基因扩增，来模拟人类生命的延续与发展。在空间飞行结束后，分析基因突变规律，进而探讨空间辐射及微重力环境下的基因诱变机理。

        团队利用微流控芯片模拟人体发育过程，利用扩增技术模拟细胞中基因复制，实现对生命扩增与发展的动态过程模拟，从而掌握环境对基因扩增的影响；同时，团队突破了在太空变温条件下实现基因扩增的技术难题，本次搭载共有两组、12块芯片，60个通道，将对20个基因在空间环境下进行突变规律的研究。据悉，在体积如此严苛的载荷条件下，实现20种基因的突变规律研究，这一技术在国际上也是领先的。

        神八、长七、天舟一号、国际空间站……每一次搭载都彰显着北理工国防新型交叉学科空间生物与医学工程在仪表、自动控制、信息电子与生命科学、医学的交叉融合方面已经形成特色，展现出雄厚的技术实力，同时也在人才培养和团队建设方面取得了可喜的成绩。

        邓玉林坦言，一项项科研项目的开展不仅仅收获了丰富的科研成果，更锻炼了学生们攻坚克难的科研态度，加强了师生们的国际交往能力，历练了他们的大局意识、全局精神，对于未来独立科研和技术开发提供了难得的机遇。

中国首个登上国际空间站的生命科学实验载荷

        北京理工大学瞄准世界科技前沿，立足服务国家重大战略，充分发挥自身多年来在国防科技领域研究中积累的工程技术优势，加强生物医学工程学科建设，着力学科深度交叉融合，实现了在空间生命科学领域的快速发展。在国家重大项目的资助下，在上级和兄弟单位的大力支持下，抓住机会，实现北理工空间生命载荷的多次搭载，为我国深空探测研究做出贡献，在国际空间研究领域形成影响。下一阶段，北理工与欧洲太空局（ESA）在国际空间站的合作已经启动，相信在未来，北理工将在人类探索宇宙空间的伟大征程中，写下属于自己的精彩笔触。

国际空间站中宇航员手捧北理工空间生命载荷

在科学载荷乘坐龙飞船

登上国际空间站之前，

北理工“生命小盒子”早已多次 “飞天”，

让我们一起看看吧

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“神舟八号”载荷

神八载荷“微流控芯片基因扩增装置”

         2011年11月1日早5点58分07秒，神舟八号宇宙飞船成功发射，并于3日凌晨与天宫一号实现完美对接，这是我国载人航天工程的又一项具有里程碑意义的重大突破。由北理工牵头研制的生命科学研究装置搭乘神舟八号飞船，实现了在轨条件下，自动完成人类基因微流控芯片扩增实验，并在飞行任务结束后，随飞船返回地面。该在轨实验装置项目由北京理工大学生命学院历时一年时间完成。以空间生物与医学工程创新团队为核心力量，发挥学院学科交叉优势，形成一个多学科背景的高效工作团队，与航天513所一起共同攻关，在微流控芯片技术、极端条件PCR扩增技术等多方面突破技术瓶颈，最终成功研。

“长征七号”载荷

北京理工大学承制的空间微生物在轨培养载荷

        光明网讯  2016年6月25日，伴随海南文昌航天发射中心第一次使用以及长征七号首飞，由北京理工大学生命学院邓玉林教授团队承担的生物科学实验项目和载荷也一起成功升空。这是该团队继神舟八号成功搭载实验之后又一次完成空间实验载荷研制以及在空间开展生物科学实验。

　　这次空间搭载实验项目属于科技部支持的国家重大科学仪器设备开发专项“空间多指标生化分析仪器及装置”的一部分。针对载人航天的需求，重点研究细胞微生物在空间环境下增殖和变异，以及这些变化对空间生物安全，特别是对飞行器平台长期运行安全的可能影响。该研究是由北京理工大学空间生命科学团队与中国空间技术研究院载人总体部相关研究团队合作开展的，项目组在中国空间技术研究院载人航天总体部的帮助下，选择我国正在组装测试阶段的空间站及其组装厂房表面微生物为研究对象，在进行微生物浓度、死/活特征、群落组成特征研究的基础上，筛选培养出了一批可作用于空间环境材料的菌株。将筛选出的菌株同一些地面典型模式菌一起进行短期搭载实验。

　　据悉，该研究预期结果有助于认知空间环境对微生物生长代谢的影响，特别是从微生物安全防控角度，研究重点关注微生物对飞行器材料的锈蚀和损坏。该研究将为我国空间生物安全提供基础性研究成果，并为我国深空探测的生物安全问题提供参考。

“天舟一号”载荷

空间微流控芯片生物培养与分析载荷

        新华社北京站2017年4月21日电  北京理工大学研制的“空间微流控芯片生物培养与分析载荷”20日晚搭乘“天舟一号”顺利升空，开启了为期两周的在轨实验，研究结果将有助于保障航天员长期在轨飞行健康。

        本次搭乘“天舟一号”货运飞船的生命科学载荷，是由北京理工大学生命学院教授、国际宇航科学院院士邓玉林团队自主创新研制的，也是继2011年“神八”搭载和2016年“长七”首飞搭载后，北理工生命科学载荷再次遨游太空。这一高度集成化、自动化的实验装置，既要满足严苛的航天搭载要求，还要在无人参与的情况下，全自动完成神经细胞和免疫细胞的在轨共培养、在线观测、在线生化分析并进行在线数据处理与传输。

        研究人员通过与地面相同装置实验结果的比较，试图发现在空间微重力环境下神经与免疫系统的相互作用的新现象新知识。研究结果将有助于保障航天员长期在轨飞行健康，既可以服务于载人航天工程以及深空探测等国家重大科技工程，还可以服务于人类健康。

        据了解，全自动多功能创新科学实验载荷装置是此次搭载项目的一个重要亮点。该载荷是一个集多细胞生物共培养、细胞影像分析、在轨在线样品处理和生化分析以及遥操作自动化等多项技术于一体的空间生命科学实验平台，完全由北理工团队自主研发，并形成多项原始创新技术成果。

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策划：党委宣传部 韩姗杉

组稿：党委宣传部 辛嘉洋

编辑：党委宣传部 张长鑫

          i北理工作室 葛悦然