作者:都芃 来源:科技日报 发布时间:2023/4/20 8:56:54
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吃太空蔬菜、穿航天员“同款”……
航天科技“下凡”,走入寻常百姓家

 

4月24日,我们将迎来第8个中国航天日。

近年来,我国航天事业取得飞速发展和进步,从“嫦娥”奔月到“天问”探火、从“北斗”造福人类到“天宫”开门纳客,中国航天用一项项科学技术创新突破着人类探索宇宙的边界。

不过,当我们暂时离开浩瀚星空、看向身边,可能会发现其实诸多“高大上”的航天科技早已经“下凡”来到你我中间,它们正在多个领域大展身手,悄悄改变着我们的日常生活。

美味安全的太空果蔬走上百姓餐桌

味美多汁的“航西瓜”“航甜瓜”,有着可爱名字的水果黄瓜“航瓜玉妮”……这些名字前带有“航”字的果蔬品种通常有一个共同的育种来源——太空。

每到夏季,瓜果蔬菜成熟时,位于北京市通州区的航天育种核心示范基地都会人流涌动,来自各地的种植大户、种子经销商穿梭于田间地头,在科研人员带领下挑选着各自心仪的果蔬品种。

航天育种产业创新联盟秘书长赵辉表示,在太空特殊环境作用下,种子变异周期缩短、突变频率增加。相比地球表面环境,太空环境能够促使种子产生更加丰富的基因突变,为育种科学家提供更多有益的变异材料,便于培育新品种。

自1987年我国首次将水稻、辣椒等农作物种子送上太空以来,我国已经先后30多次通过返回式卫星或载人航天器把上千种植物种子送入太空,其中既包括小麦、高粱等粮食种子,也包括黄瓜、番茄等蔬菜种子,以及甜瓜、樱桃等水果种子。自中国空间站任务开展以来,神舟十二号、神舟十三号载人飞船先后从太空带回了千余件(份)作物种子、微生物菌种等航天育种材料,其中“出差”时间最长的种子在轨飞行时间达11个月。

辐射育种是国内外农业领域经常采用的育种方式,而太空正是一个为种子提供辐射环境的绝佳场所。而且太空能够提供比地球更加复杂的辐射环境,其中的宇宙射线、微重力环境等能够提升植物基因的变异概率,进而使其产生更加深刻的变化。

安全是航天育种发展始终绕不开的话题,这些经过太空培育的“美味”足够安全吗?

赵辉表示,物理辐射育种在世界上已经有近百年的历史,联合国粮食及农业组织和国际原子能机构也早已将航天育种列为物理辐射育种的一类。有据可查的、经过辐射育种的商品化品种多达3300余种。实践证明,它们均没有食品安全问题。

赵辉进一步解释道,借助太空环境诱导植物产生性状变异,是植物自身基因突变的结果,并不涉及外源基因的导入,“航天育种的安全性是确定的”。

据了解,科学家已经对神舟十二号载人飞船带回的种子进行了初步实验。国家植物航天育种工程技术研究中心的工作人员经过实验发现,神舟十二号空间飞行任务对搭载返回的两份水稻种子已经造成了较显著的生物学效应,预计将产生可观的可遗传变异。

目前,我国已经培育出700余个航天育种新品系、新品种,其中通过国家或者省级审定的超过200个,其年种植面积3000多万亩,取得了良好的社会和经济效益。

与航天员穿“同款”服装不再遥不可及

当我们在电视上看到我国航天员在“天宫”空间站自如生活、工作时,想必会被他们身上那一套利落有型的舱内工作服所吸引。事实上,在我国航天服研发过程中,诞生了诸多创新技术,它们已经被用于大众产品中,如今与航天员穿“同款”服装不再遥不可及。

在神舟十二号载人航天飞行任务中,航天员的舱内工作服等用品由国内公司进行研发。航天员工作服等产品对设计、材料、制造的要求十分严苛,这对于中国服装产业来说既是一次挑战,也是一次实现跨越升级的良机。

相关技术研发负责人告诉记者,要达到国产航天舱内工作服的抗菌性、阻燃性、耐磨性、抗静电性等指标要求,他们必须克服诸多技术难题。航天舱内工作服对于细菌在产品上的存在数量有严格的要求,部分抗菌要求甚至超过了医疗用品的相关标准。除此之外,因为舱内环境相对狭窄,仪器设备较多,航天员在这种环境中穿梭,需要其服装具备较高的耐磨性。

在此基础上,研发人员把航天舱内工作服等产品运用到的科技,应用于日常的户外装备开发中,对面向普通消费者的产品进行优化与全面升级。

例如,在研发航天服装的过程中,研发人员采用了一种抗菌技术,该技术能够有效刺穿细菌壁,从而抑制细菌滋生,多次洗涤后抗菌率依然大于90%。目前,该技术已经被运用于部分户外服装的制作中。另外,相关抗静电技术也被运用在了秋冬季服装上,其可以有效解决恼人的静电问题。

不仅是航天员“同款”服装能够被大众穿在身上,航天器应用的材料也可以被用于服装制造。

例如,为了对抗火星“冰火两重天”的温度考验,“天问一号”火星探测器和“祝融号”火星车表面都采用了气凝胶材料。南京大学化学化工学院教授金钟介绍道,气凝胶材料分为耐高温和耐低温两种,既能够阻隔探测器着陆发动机产生的高达1200摄氏度的高温热流,保护着陆平台的正常功能;又能够确保火星车在零下130摄氏度的环境下仍能正常工作。除此之外,气凝胶极轻的质量也不会增加“天问一号”火星探测器的载荷。以该探测器上的气凝胶材料为例,如将其做成薄片状,那么只需要10克这种材料,就可以将薄片铺满一个标准足球场。

“气凝胶最有前景的大规模应用领域是隔热、保温和节能。”金钟表示,在建筑、服饰和工业生产等领域,用气凝胶取代传统的隔热材料具有非常大的潜力。目前,某国产服装品牌研发团队通过技术改良,克服了气凝胶材质脆弱、容易掉粉、不宜剪裁等缺陷,已将气凝胶材料成功应用于民用服装行业,并实现了大规模量产,如今普通消费者也能够享受到与航天器同等的保温待遇。

智能护目镜里藏着“天问一号”的专利

在新冠疫情肆虐期间,体外膜肺氧合治疗(ECMO)在临床救治中发挥着重要作用。但长期以来,受制于技术门槛高、研发费用高等因素,国产ECMO研发一直面临困境。而就在今年初,中国国家药监局经审查,采用附条件批准方式,应急批准航天新长征医疗器械(北京)有限公司研发的辉昇—I型体外肺支持辅助设备注册上市,使其成为第二款获批的国产ECMO产品。

ECMO主要为重症心肺功能衰竭患者提供持续的体外呼吸与血液循环支持,核心部件一般包括人工心(离心泵主机及离心泵泵头)和人工肺(膜肺),可以较长时间代替人的心、肺功能,维持住患者的血压和血氧,为危重症患者的抢救赢得宝贵时间,因此被视作重症监护病房(ICU)里拯救生命的“守门员”。

据辉昇—I型体外肺支持辅助设备技术攻关总指挥、中国航天科技集团公司第一研究院第十八研究所所长曾思介绍,该产品技术自主可控,具有完全自主知识产权,总体性能和指标达到国际同类产品水平,其核心技术来源于火箭伺服系统。伺服系统是火箭飞行控制的执行机构,通过精准动作推动发动机喷管摆动,使火箭在飞行全过程中姿态稳定受控。

曾思说:“伺服系统由众多元件组成,涉及机械、电子、流体等多个专业,又因其在发动机舱这样的狭小空间工作,所以必须高度集成化,而且轻质化。”

正是高集成、轻质化的“航天基因”让这款ECMO拥有了有别于国外同类产品的优点,它的整机重量不到7.5千克,约为国外同类产品重量的三分之一,能够更好地满足危重症患者急救、转运需求。

除了可以在危急时刻拯救患者生命,航天科技还能够呵护人民日常健康。

中国航天科技集团有限公司第八研究院第八一一研究所研发的“天问一号”同源光电芯片全光谱智能护目镜,具有极速智能变色、智能滤光、视觉增强、太阳能充电等功能。该款护目镜采用“天问一号”航天器中的高效砷化镓太阳能电池、感光发电一体化智能芯片、柔性扭曲相列液晶贴片等多项航天专利技术。借助先进的空间电源技术,其所采用的感光发电一体化砷化镓光电芯片能够实现350—1800全光谱响应,并驱动柔性液晶智能调节明暗,可调透光率达到5%—35%,瞬时变色速度仅为0.05秒,实现与光照环境变化的完美同步,让佩戴者处于舒适的视觉效果中,有效阻止有害光线对人眼的伤害。

除了具备灵敏的感光能力外,这款智能护目镜还配有自发电系统,无需额外充电。其所用的智能控制芯片与进入火星轨道的“天问一号”航天器采用的是同一个晶元。

 

 
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