天宫二号 实验搭载的农作物和药材实验是那些?

去太空种水稻!探秘天宫二号将进行的那些太空实验
去太空种水稻!探秘天宫二号将进行的那些太空实验
来源:新浪
时间: 11:38
我国首个真正意义上的空间实验室天宫二号将于今年9月15日至20日择机发射。中国科学家将在其中开展十余项高精尖的实验任务,是载人航天历次任务中应用项目最多的一次。
我国首个真正意义上的空间实验室天宫二号将于今年9月15日至20日择机发射。中国科学家将在其中开展十余项高精尖的实验任务,是载人航天历次任务中应用项目最多的一次。 这些实验有的是要探索宇宙最深处的奥秘,有的是帮助人们更好地认识海洋和大气,有的甚至想要解决将来星际旅行时的食物问题…… 大家也许还记得电影《火星救援》中,主人公孤身一人克服重重困难,通过在火星基地种植土豆来生存,最终重回地球。 当前,人类太空探索的疆域不断拓展,从近地轨道到深空探测,从建立月球基地到火星生存。所谓“兵马未动,粮草先行”。人类要飞出地球、星际旅行、移民外星球,首要任务是解决食物自给、氧气和循环水等问题。 地球上的绿色植物是否可以在太空环境中正常生长,从而为人类提供食物和氧气的来源?尽管目前在空间已经进行了多次植物生长试验,但要在太空条件下成功地实现粮食与蔬菜的生产,还需要解决包括微重力在内的极端环境因子对植物生长发育影响等诸多问题。 这次天宫二号空间实验室中将要进行的高等植物培养实验,就是要研究这个问题。“植物航天员”——水稻和拟南芥 中国人习惯吃大米,所以大家熟悉的水稻和另一种不同生长特性的高等植物拟南芥就幸运当选为“植物航天员”,将搭载天宫二号进行一次不平凡的太空之旅。左图为拟南芥,右图为水稻 天宫二号搭载的高等植物培养箱,是一个微缩版太空温室,它身负重任,将开展我国首次为期6个月的植物“从种子到种子”全生命周期培养。科学家将能够直接观察不同植物的种子在太空中的萌发、生长、开花和结籽,从而更好地了解和掌握未来太空农业发展的可能。 高等植物培养箱(左图),分为在轨单元和返回单元,在轨单元可提供两个拟南芥培养单元和两个水稻培养单元,分别为一个长日照和一个短日照培养条件(如右侧植物培养示意图),返回单元用于培养拟南芥。实验怎么进行? 植物学家在地面精心挑选的水稻和拟南芥种子将在休眠状态下乘坐在舒适温暖的“保暖箱”中随着天宫二号进入轨道。科学家们将在地面遥控指挥,启动实验过程,种子开始萌发。 在其后的一段时间内,培养箱通过温度、湿度、光照、营养供给调节等功能为种子的生长发育提供环境保障。预计1—2个月以后,如果生长顺利,植物便可进入抽苔(穗)开花阶段。 高等植物培养箱可实现植物生长发育全过程实时监测。相机等测量部件将进行“全程直播”,记录图像、温度变化等数据,下传到地面供植物学家开展比对分析。长日照植物拟南芥生长周期示意图(左图)以及不同生长发育时期拟南芥植物图片(右图)。 短日照植物水稻生长周期示意图(左图)以及开花期的水稻(中图)。天宫二号空间实验室中培养的水稻品种为矮化水稻突变体(d18h),成熟期水稻株高在15-20厘米(该矮化水稻由中国水稻研究所钱前研究员提供)。右图为矮化水稻与正常株高水稻(zh11)在幼苗期的比较。太空温室有什么神奇? 太空温室中,生长盒是植物生长的空间,由透明材料制成,光源从顶部照射,相机从侧面拍摄成像。在生长盒上贴有透气膜,用来保障植物与温室内有一定的气体交换,而液态水不会从透气膜中逸出,以此来保障植物生长过程中所需的水分。 在空间微重力环境下,植物生长过程中因蒸腾作用产生的水汽无法凝结回归到土壤,而是附着于生长盒的侧面,还影响成像。为了解决这个问题,科学家们通过增加冷凝区的设计,使水汽重新冷凝并导入土壤盒内,实现了太空密闭环境下水的有效循环,提高了水的利用率,也避免了水汽可能产生的不良影响,真是高效又安全。矮化水稻(d18h)在高等植物培养箱中生长过程实时图像。图像记录了从种子萌发到生长26天的水稻。为基因信息安装“追踪器” 植物学家预先用转基因技术给拟南芥的开花基因用绿色荧光蛋白基因标记。培养箱安装了一台微型荧光相机,并集成一个LED荧光激发光源。拟南芥开花基因一旦表达,就会被LED光源激发出绿色荧光。荧光相机便可以捕捉到荧光信号,并下传信息。 a和b分别为可见光和荧光相机对同一培养盒中拟南芥植物的成像。c示意了培养盒中不同的拟南芥植株,WT为没有绿色荧光蛋白基因标记的普通拟南芥,FTPro::GFP为含有绿色荧光蛋白的转基因拟南芥。航天员也将参与实验哦 我们的航天员将在天宫二号空间实验室中首次进行部分拟南芥实验样品回收。空间培养的拟南芥实验样品将随返回单元返回地面供后续研究分析,为了解空间微重力条件下高等植物种子发育与营养贮藏提供第一手材料。未来展望 人类登上月球已过去40多年,现在重返月球和登陆火星的梦想席卷全球。一些科学家不但绘制了月球基地和火星基地的蓝图,而且已经完成选址。 如何建立以绿色高等植物为基础的空间密闭生态循环系统,为航天员长期的空间生活提供补给?这是一个浩大的综合工程。我国在航天和空间领域的发展,为空间生命科学研究提供了前所未有的机会。 加强太空环境中植物生长发育研究,突破空间生命生态保障系统的技术瓶颈,构建人类地外长期生存的新天地,人类跨越天疆的梦想一定会在不远的将来成为现实。
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科普中国头条推送项目头条推送
出品:科普中国制作:中国科学院力学研究所 康琦 段俐 幻彩宝宝科普创新公社 武瑞雪监制:中国科学院计算机网络信息中心国务院日前批复同意,自2016年起,将每年4月24日设立为“中国航天日”。中国设立第一个航天日,意义深远。今年我国在航天领域将有一系列“大动作”,特别是2016年下半年,我国即将发射天空二号空间实验室,开展地球观测和空间地球系统科学、空间应用新技术、空间技术和航天医学等领域的空间科学和应用实验,打造我国第一个真正意义上的空间实验室。那么问题来了,天宫二号究竟什么来头?我们为什么要把实验室搬到太空里?在这个神秘的实验室中将进行哪些神奇的科学实验?空间实验室VS空间站与普通的卫星不同,天宫二号是承担着科学实验任务的空间实验室。那么,什么叫空间实验室呢?空间实验室,顾名思义,就是建造在太空中的实验室。这种特殊的实验室由无人空间实验室和载人宇宙飞船两部分组成。需要先发射无人空间实验室,然后再用运载火箭将载人飞船送入太空,与停留在轨道上的实验室交会对接。接下来,航天员会从飞船中进入空间实验室,开展工作,完成工作后再乘飞船返回地球。遵循这一思路,我国建造空间实验室的第一步就是发射天宫二号,之后会发射长征七号/五号运载火箭将神舟十一号载人航天飞船送入太空,与天宫二号对接,从而完成空间实验室的建造。图1 天宫二号空间实验室模型那么,空间实验室与空间站又有什么区别呢?天宫二号发射以后是不是意味着我国即将拥有空间站了呢?事情当然没有那么简单:空间站是指可供多名航天员巡访、长期工作和居住生活的载人航天器。比较著名的空间站包括前苏联发射建造的礼炮系列空间站(据说,因为当年美国先于前苏联在月球上插了国旗,霸气的前苏联大哥就一气之下建造了人类历史上第一座空间站)与和平号空间站,由美国、俄罗斯、日本、加拿大、巴西和欧洲空间局(ESA)共同建造的国际空间站(果然是“人多力量大”,这也是目前人类拥有过的规模最大的空间站)。空间站最大的特点就是规模和体积庞大、在轨运行的时间久,比如鼎鼎大名的国际空间站至今已经为人类工作了16个年头。图2 国际空间站而空间实验室更像是空间站的前身,是为发展空间站,从载人飞船过渡到载人航天基础设施的试验性航天器。也就是说,空间实验室是为建造复杂程度更高的空间站所做的准备工作。理论研究和实践经验都表明,发射空间实验室是建造空间站的重要前提和技术保障。空间实验室的发射,可对空间站的关键技术进行试验,获取经验,降低风险,为建造空间站打基础。所以,天宫二号的即将发射,并不能意味着我国即将拥有属于自己的空间站了,只能说将会为建造空间站奠定良好的基础,空间实验室并不等同于空间站。天宫二号上“不明觉厉”的太空实验天宫二号作为我国首个真正意义上的空间实验室,搭载的实验项目达到了史无前例的14项,它也即将成为我国“最忙碌”的空间实验室。能够拿到登上天宫二号的“入场券”,这些实验无疑都属于当今世界最前沿的探索领域。比如,中科院力学所此次承担的“热毛细对流”研究项目。该项目将同时搭建太空和地面两个实验平台进行实验研究,天宫二号热毛细对流空间实验项目主任设计师、中国科学院力学研究所康琦研究员对该项目进行了解释。图3 天宫二号热毛细对流空间实验项目主任设计师、中国科学院力学研究所康琦研究员首先,什么是热毛细对流现象呢?康琦研究员解释说,热毛细对流,是一种与流体表面或者界面相关的热对流现象。众所周知,在流体的交界面上存在着分子与分子之间的相互作用力,也就是表面张力,而随着温度的变化,表面张力的大小也会发生相应的变化。所以,当流体交界面上的温度分布不均匀时,就会造成在不同的位置表面张力的大小不同,从而形成驱动流体流动的现象,就是热毛细对流。地面晶体生长受浮力对流的影响而产生缺陷,空间晶体生长受热毛细对流影响,缺陷也时有发生。研究热毛细对流问题在实际工业生产中对于提高结晶晶体的质量具有重要意义,比如我们想生产出高质量的半导体材料,就要科学控制单晶硅在晶体生长过程中浮力对流和热毛细对流的影响。图4 热毛细对流现象原理示意图既然热毛细对流现象广泛存在与实际生产和生活当中,那又为什么一定要不远万里到太空中研究热毛细对流现象?答案是由于太空特有的微重力环境。我们都知道,在太空中物体是几乎不受重力作用的,微重力环境也就是指重力接近于零的环境条件。在这种条件下,浮力对流将会大大减小,那些影响我们研究热毛细对流现象的阻碍因素都会被无限缩小,也就是说可以将热毛细对流的真实过程进行真实地展现,从而有利于科学家进行更加深入的剖析和探索。所以说,不远万里把实验项目送入太空完成,绝不是在浪费纳税人的钱,而是为了看清热毛细对流现象的“真面目”,科学家们也真的是蛮拼的。图5 天宫二号液桥热毛细对流空间实验项目部分实验装置同样的实验为什么天上地下各做一遍?前面提到,除了随天宫二号“上天”的实验装置,在地面还预先设置了相同的实验装置,同样的实验做两遍又是什么原因呢?天宫二号热毛细对流空间实验项目副主任设计师、中国科学院力学研究所段俐研究员对此作出了解答。段俐研究员解释道,由于空间实验机会少、成本较高,而且热毛细对流现象与其影响因素之间的关系并不是用简单公式就可以准确描述的,所以需要进行地面实验,为空间实验的顺利进行提供科学合理的参考范围。此次实验中,空间实验室与地面实验室所采用的实验装置是相同的,即一种叫做“液桥”的实验仪器。图6 液桥实验装置示意图上图是液桥模型的简要示意,液体位于上下两个桥柱之间,控制上下两个桥柱之间的温度差,在液体内部形成热毛细对流。但是,由于重力的存在,地面实验无法建立大尺寸的液桥模型,通常采用小尺寸(4-5mm直径)液桥,但依然受到浮力对流的影响,这也是科学家要将其送入太空研究的原因所在。地面实验为太空实验提供数据参考,太空实验完成地面实验无法实现的范围,二者相辅相成,缺一不可。图7 天宫二号热毛细对流空间实验项目副主任设计师、中国科学院力学研究所段俐研究员2011年,天宫一号()的成功发射让亿万华夏儿女热血沸腾,如今天宫一号“功成身退”,天宫二号即将“接力上岗”,并将开创中国空间应用技术的新纪元。2016年作为我国“十三五”的开局之年,除了天宫二号,长征七号/五号火箭、天舟一号货运飞船也将于今年陆续发射,在此基础上,中国将在2020年前后建成永久性空间站,并在2022年全面运行。随着科技实力的不断增强,中国正在实现由航天“大”国到航天“强”国的华丽转身。让我们一起期待。转载请注明来自“科普中国”。
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天宫二号什么时候发射 [聚焦]
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天宫二号运抵酒泉天宫二号什么时候发射.7月10日电天宫二号空间实验室7月9日安全运抵酒泉卫星发射中心,标志着天宫二号与神舟十一号载人飞行任务进入实施阶段。天宫二号空间实验室是7月7日从北京启运的。据中国载人航天工程办公室介绍,天宫二号按流程完成了出厂前所有研制工作,经铁路运输,于9日安全运抵酒泉卫星发射中心载人航天发射场,开展发射场区总装和测试工作。天宫二号空间实验室的主要任务是:接受载人飞船和货运飞船访问,考核验证航天员中期驻留、推进剂补加等空间站工程相关关键技术,并开展航天医学、空间科学实验和空间应用技术试验,以及在轨维修试验和空间站技术验证试验。天宫二号空间实验室是在天宫一号备份目标飞行器基础上改进研制而成,采用实验舱和资源舱两舱构型,为满足推进剂补加验证试验需要,对推进分系统进行了适应性改造;为满足中期驻留需要,对载人宜居环境做了重大改善,具备支持2名航天员在轨工作、生活30天的能力,设计在轨寿命2年。据了解,天宫二号空间实验室装载了空间冷原子钟、空地量子密钥分配试验等14项空间应用载荷,同时搭载了香港中学生太空科技设计大赛获奖的3个实验项目,计划在太空开展科普实验活动。目前,发射场设施设备状态良好,各项准备工作正按计划有序进行。发射天宫二号空间实验室的长征二号FT2火箭,以及发射神舟十一号载人飞船的长征二号F遥十一火箭,将于8月上旬运往酒泉卫星发射中心。神舟十一号载人飞船已完成出厂测试,执行任务的航天员乘组已完成定选,正在进行任务强化训练。按计划,天宫二号空间实验室将于2016年9月中旬发射,之后开展在轨测试并建立自主运行模式,做好迎接神舟十一号载人飞船访问的准备。
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载人航天天宫二号向香港学生征集搭载实验方案
  9月3日电 据香港《文汇报》报道,中国载人航天工程天宫二号空间站,将向全港中学生征集物理和生物的太空搭载实验设计方案。获奖的实验装置将有望搭载天宫二号空间站升空,并由航天员在轨进行操作演示。
  今年10月,中国载人航天工程办公室与香港民政事务局将联合举办香港中学生太空搭载实验方案设计比赛。双方日前在北京举行了第一次工作会。香港民政事务局副局长许晓晖表示,特区政府希望能够通过此次比赛,激发香港青少年对科技的兴趣,提升香港青少年对 祖国航天科技进一步认识,在香港推广创新科技文化,为祖国和香港培育更多人才。
  中国载人航天工程办公室副主任杨利伟指出,此次设计比赛是载人航天事业空间实验室阶段一项重要的社会科普教育活动。此次活动的成功开展,将有效提升全港社会对祖国科技事业的参与感、认同感,获得更大的支持,推动形成注重科技、崇尚创新的文化氛围。
【编辑:杜静】
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直隶巴人的原贴:我国实施高温补贴政策已有年头了,但是多地标准已数年未涨,高温津贴落实遭遇尴尬。
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