問天實驗艙的成功發射，并與天和核心艙成功對接，為天宮空間站送來了許多科學實驗柜，以開展太空實驗，進而解決有較大規模的、長期有人照料的空間應用問題。在這些實驗柜中，搭載了一個可視、可測、可控、高精度、可更換的科學手套箱。

(資料圖片)

科學手套箱示意圖

這個手套箱是用來做什么的？對太空科學研究有什么幫助？請任務組的相關專家來為大家講解吧。

不是所有手套都有資格上天

手套箱這個名字初聽起來有些奇怪，大衣柜是用來裝衣服的，而手套箱是用來裝手套的？航天員在空間站中用那么多手套做什么呢？

在問天實驗艙的各個實驗柜里，都搭載了經過精妙設計制造出來的各類實驗模塊。如果在做實驗的過程中用手直接觸碰，不但可能污染實驗儀器，還可能造成實驗參數的變動，破壞實驗的科學性。

因此，實驗模塊必須與空間站里的空氣隔離開來，用來隔離實驗模塊的裝置，就是我們所說的手套箱。手套箱上有四個特殊的手套，供航天員進行手套箱里的操作。箱上的可視窗口和檢測設備，則可以讓航天員實施看到箱中的狀態變化，為實驗開展提供數據支持。

手套箱里確實有手套不假，但不是我們平時所接觸的普通手套。這些天上的手套有什么特殊之處？

首先，航天中所有材料對于阻燃性有很高的要求，因此制造手套的也必須是非常不易燃燒的材質。我們日常所見到的手套，無論是棉麻還是化纖，都很容易燃燒，這一條就“海選”掉了絕大部分候選手套。此外，在常規的默認的科學實驗的情況下，航天員是不能夠用手直接進行操作的，這對手套的觸感要求很高，操作的靈活性也是要考慮的因素，因此不易燃燒的金屬材質也就基本沒戲了。最后，無論金屬和非金屬材料，要有很強的抑制霉菌生長的能力，否則將會污染手套箱導致實驗失敗。因此，想要開發出一種完全符合上述三個條件的手套材料，需要投入大量的心血和時間。

科學手套箱示意圖

除此之外，手套箱還設計了特殊的快速更換手套功能，使得航天員在更換手套的同時，還能夠維持手套箱內部與外部的隔離，從而防止了雙向污染。

手套箱里的機械臂：手抖星人的福音

手套箱中還配備了靈巧的機械臂，可以進行在軌高精度科學操作。它面向于我們的空間生物、生命科學和航天醫學等方面的空間交叉式的科學實驗平臺，可以為科學實驗提供一個密閉、潔凈的操作空間。這一機械臂可以實現0.5毫米的操作精度，真不愧是手抖星人的福音啊！有了這樣的機械臂，航天員就能更加精確地完成實驗操作了。

手套箱中的機械臂示意圖

上面這個圖還不是機械臂的完全體。在手套箱中還配備有顯微操作系統，可以完成細胞核的提取和注射這樣非常精細的操作。該系統可以實現5微米的操作精度，也就是一根頭發絲直徑的十分之一的長度。

機械臂就是航天員手臂的延伸，在確保航天員不接觸實驗裝置的前提下，代替航天員的雙手，進行實驗操作。它可以在箱體內進行批量式搬運，例如取放培養皿；進行在軌細胞相關研究，例如進行顯微注射等；還可以發出紫外線，對手套箱內進行滅菌，進行徹底完全自動清潔。

“手”通天，“眼”也要通天

手套箱上還有大量的傳感器，實時記錄著手套箱里各處的電壓信號、電流信號，以及溫度、濕度、光照、風力等信息，反映著手套箱或實驗裝置的工作狀態。

傳感器示意圖

解讀這些信息可能超出了航天員的專業知識范圍，也會占用他們的工作時間。因此，手套箱上的所有傳感器信息都可以實時地傳輸到地面實驗室，由地面科學家負責解讀和調整，并且可以從地面發出指令，直接控制手套箱的參數。

也就是說，除了航天員，地面上的科學家也能夠實時地“看”到手套箱，通過各種傳感器信號來了解其工作狀態，足不出戶，就可以在空間站里開展科學實驗。而手套箱上的多種調節功能也可以充分滿足科學實驗所需要的不同參數，溫度、濕度、光照等都可以精細調整，讓手套箱真正成為開放、自由的科學實驗平臺。

您辛苦了！

科學手套箱是航天員和科學家的“手”和“眼”，幫助他們完成科學實驗，維護實驗模塊不受污染，更能夠進行精度非常高的細微操作。為了完成手套箱的設計與制作，中科院沈陽自動化所的負責團隊從2015年起就開始了漫長而艱苦的攻關，節假日的加班已經是團隊常態，最多一次甚至連續工作50多個小時。但是沒有人因為困難而退縮，因為大家心里都想著：“已經有這么多人為此付出了這么多艱辛，不能讓它出問題，砸在自己手里！”

航天科研人員工作圖片

也許，這就是航天精神最樸實的縮影吧！在這個系列的結尾，讓我們在感嘆我國科學技術日新月異發展的同時，也向那些默默戰斗在空天報國第一線的科學工作人員致以最高的敬意吧。

本文作者牟福朋，根據對中國科學院沈陽自動化研究所劉曉源老師的采訪撰寫而成

文章首發于科學大院

標簽： 科學實驗 工作狀態