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空间应用任务
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神舟2号
 
 

  2001110日,我国成功发射了神舟二号飞船,有效载荷和有效载荷公用设备64件。自主飞行期间空间应用系统利用飞船进行了材料科学、生命科学实验,同时穿插进行部分空间天文、环境监测仪器的试验任务。留轨期间主要进行空间天文观测和以高层大气为主的空间环境监测。

  1、空间材料科学实验

  在空间微重力条件下开展材料科学研究,有助于加深对材料物理过程本质的认识,指导改进地面材料的制备工艺,制备各种优质材料。

  1)利用多工位空间晶体生长炉,进行半导体光电子材料、氧化物晶体、金属合金和非晶合金等材料的晶体生长。研究发现在微重力环境条件下,对流、沉淀和流体静压力等现象大大减弱,而可以生长出晶格缺陷少、组分均匀、结构完整和性能优良的晶体材料,摸清机理和工艺条件,以指导地面规模生产和实际应用。参加实验的材料样品有:

  · 二元半导体光电子材料锑化镓(GaSb)。锑化镓晶体是制造微波器件、微波集成电路和超高速集成电路的关键电子材料;

  · 三元半导体光电子材料碲锌镉(CdZnTe)。碲锌镉晶体是制造红外探测器的基底材料;

  · 氧化物激光晶体硅酸铋(BSO)。氧化物激光晶体硅酸铋是一种重要的光信息存储功能材料;

  · 新型非晶态合金钯镍铜磷(Pd40Ni10Cu30P20);二元合金铝镍(AlNiAl3Ni);三元合金铝镁硅(AlMg2Si)。这三种合金都是重要的新型合金材料,在航空、航天领域有重要的应用前景。

  2)利用空间晶体生长观察装置,实时观察微重力条件下透明氧化物晶体四硼酸锂(Li2B4O7)和铌酸钾(KNbO3)的生长过程,研究晶体生长动力学和重力对流消失后各种次级效应对晶体生长的影响。对晶体材料生长机理和生长工艺深入研究,指导地面晶体材料生产过程,改进工艺,提高晶体质量,推进材料科学及工程的发展。

  

  神舟二号实验中收集到空间实验图像

  2、空间生命科学

  空间环境独特的微重力、高能辐射、节律变化是生命科学研究与应用的新领域。空间生命科学研究有助于揭示,因重力掩盖在地面环境下不可能获知的一些本质特征,有助于获取或生产高纯、高效和高值的生物制品,发展新的空间生物工程方法。

  1)利用空间蛋白质结晶装置,进行15种蛋白质和其他生物大分子的空间晶体生长,获取能用X射线衍射等方法进行大分子三维结构测定的单晶体。为新型高效药物和生物制品的设计、生产探索出新的方式。参加实验的生物材料列于下表:

  蛋白质

  研究意义

  实验目的

  斑头雁血红蛋白

  生物体内氧载体蛋白

  改进晶体镶嵌度及质量

  蛇毒出血毒素1

  可使凝血因子失活,具有潜在的应用价值

  提高衍射分辨率

  天花粉蛋白

  单链核糖体失活蛋白

  检验液/液扩散结晶规律

  细胞色素b5

  研究电子转移机理

  改进晶体质量

  天花粉蛋白突变体

  深化结构与功能研究

  4结晶,改善晶体质量

  麦芽四糖淀粉酶

  产生麦芽四糖

  改进晶体质量

  固氮酶锰铁蛋白

  固氮酶系统中的关键蛋白质

  厌氧结晶,生长较大晶体

  过氧化氢酶

  低温结晶模型蛋白

  4结晶

  猪心线粒体F1ATP

  膜蛋白,具有水解ATP的功能

  减少晶核,生长较大晶体

  碱性磷脂酶A2

  具有溶血毒性

  改善晶体质量

  溶菌酶

  用于方法研究的模型蛋白

  /液扩散结晶规律研究

  蛇毒类凝血酶C

  具有凝血活性,多亚基

  提高晶体分辨率

  天麻抗真菌蛋白

  可抗某些植物真菌,具有潜在的应用价值

  克服孪晶现象,改善晶体质量

  人表皮生长因子

  促进生物繁殖蛋白质因子,可做药物设计

  提高晶体分辨率

  酸性磷脂酶A2

  蛇毒毒素

  检验方法和装置

  2)利用通用生物培养箱,以集约化支持的方式同时开展植物、动物、水生生物、微生物及离体细胞和细胞组织共19种生物,25种生命形态的空间环境效应实验。从细胞、组织、个体、种群和简单生态系统不同层次上研究生物体和生物封闭系统的空间生物学效应,争取发展出空间生物加工的共培养技术、反应器技术和发现高效、高质生命物质的特殊代谢途径;争取利用空间环境诱发变异获得具有优良性状和经济价值的生物品系;提供空间生命过程调控的新技术、新思路。参加实验的生物材料有:

  石刁柏(Asparagus officinalis L.)

  圆红萝卜种子(Raphanus sativus L.

  蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)

  澳洲水泡螺(Bulinus australianus)

  鱼腥藻(Anabaena siamensis)

  葛仙米(Nostoc sphaeroides)

  螺旋藻Spirulina maxima, platensis

  鞭枝藻Mastigocladus laminosus

  固定化微藻含微鞘藻Microcoleus sp.

  固定化微藻含微囊藻Microcystis aeruginosa

  果蝇(Drosophila melanogaster) 成虫、幼虫、卵、蛹

  (Chinemys reevsii)小型动物龟的心肌组织

  灵芝(Ganoderma lucidum)

  NIKKO霉素产生菌Streptomyces ansochromogenus),带有与产量和形态分化表征有关菌丝形态分化基因SAW1

  假单胞菌Pseudomonas sp.肌酐酶产生菌

  大肠杆菌(Escherichia coli )带有质粒稳定基因的基因重组大肠杆菌 E.Coli

  大肠杆菌S17.1(RF 1010)[E. coli S17.1 (RSF1010)]可接合转移的质粒RSF1010上带有链霉素抗性(Smr)抗性水平20mg/ml

  变青链霉菌(Streptomyces lividans TK54)对萘啶酮有抗性(Nalr)抗性水平为20mg/ml

  酵母(Saccharomyces cerevisiae)

  大鼠心肌细胞新生大鼠心肌细胞; SD大鼠胚胎怀孕14天的SD大鼠胚胎(取脊髓); 同一只SD大鼠的腿部肌肉。

  3、空间天文

  空间天文和空间物理是国际空间科学界研究规模最大,最活跃的领域。SZ-2上的空间天文探测任务是:利用由超软X射线探测器、X射线探测器和γ射线探测器组成的宽能区、高时间分辨率谱仪,进行宇宙γ射线暴的探测研究并兼顾太阳耀斑高能辐射监测。这是我国首次对g暴和太阳耀斑进行空间探测。

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