我助航天筑梦太空 航天圆我民生梦想——写在第9个“中国日”之际
时间: 2024-04-27 14:47:47 | 作者: 细粉加工设备
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刘皓教授团队科研人员在人工气候室里模拟不同天气状况，利用出汗暖体假人测试服装舒适性。 本报记者 姜宝成 通讯员 李焕峰 高泽宇 摄
从去太空“转一圈”到能在“太空之家”长期生活，这一变化离不开我国航天支撑能力的提升。载人航天工程是一项“既高大上，又要接地气”的伟大事业，在自身发展的同时，又可以带动相关产业升级，推动经济社会持续健康发展。据中国载人航天工程办公室发布的消息，中国载人航天工程发展30多年来，初步统计有4000余项技术成果被大范围的使用在国民经济的各行各业，成果转移转化成效显著。
在逐梦蓝天的征程上，活跃着高校师生、科研人员的身影，他们以舍我其谁的勇气、格物致知的精神，叩问浩瀚苍穹。连日来，记者走访我市相关单位的科研人员，明白他们在助力载人航天工程、中国空间站建造，以及航天技术转化等方面发挥的重要作用。
“南开大学一直热情参加我国航天事业，与相关单位开展前沿技术合作。”南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所副教授孙陆说，其课题组研发的“在轨航天器有害化学气体检测装置”，成为“天宫一号”和“天宫二号”确保航天员安全的关键设备。
“该项目是2009年启动研发的。当研制天宫一号考虑到航天员的身体健康，提出了需要灵敏、准确的轻量化气体环境监视测定设备。我们团队负责人刘伟伟教授创造性地提出了基于微纳结构新型材料的光谱检测技术在载人航天工程上应用的方案。”据孙陆介绍，在轨运行过程中，空间实验室的太阳能电池翼、电源分系统的所有设备、飞行器的燃料都可能会导致舱内有害化学气体增加，会对密闭空间内的航天员造成致命危险。刘伟伟带领团队争分夺秒工作，只用了两年就完成了研发应用任务，成功解决了在轨有害化学气体检测多组分、高灵敏度的在线测量性能需求与体积小、重量轻、功耗低的苛刻空间环境适应性要求之间的矛盾，使我国在光谱分析领域的技术水平达到国际领先。
“针对高效准确的大气污染监测这一实施大气污染治理的重要前提和基础，我们团队从2018年开始承担了一项国家重点研发计划项目，去年顺利结题。”南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所副研究员齐鹏飞介绍，这项与北京空间机电研究所合作、名为“基于光丝激光雷达的大气污染多组分监测技术探讨研究”的项目，是考虑到现有对地观测技术没办法监测气溶胶、金属等复杂大气污染物化学成分和浓度，面向在轨应用时所面临的探测距离远、大气环境复杂及载荷环境适应性要求高等艰巨挑战，利用飞秒激光来远程激发、探测和识别各种污染物成分和浓度，“目前，我们已实现对21种常见大气污染物的探测，检验测试灵敏度可做到在1公里距离下从100万分子里探测到35个气溶胶污染物，达到了我们的预期目标。”
同时，该团队十分注重让科技成果从“实验室”走向“生产线”。“在轨航天器有害化学气体检测装置项目交付后，我们一方面努力将相关的气体探测技术民用化，例如目前将光纤气体传感技术运用于华阳集团的煤矿中，对矿井下甲烷、一氧化碳等有害化学气体进行实时监控，为采煤安全保驾护航，并将光学气体检测技术开拓到更多应用场景；另一方面，我们团队也积极开展了其他航空航天项目，例如参与研制我国首个专门用于大气环境综合监测的卫星大气一号，提供多维跨尺度光学参数融合的计算模型，近期还和相关单位针对环境遥感监测技术，开展新型光丝激光雷达的研发技术。”孙陆说。
齐鹏飞表示，该团队下一步将加强光丝激光雷达系统小型化、轻量化、低功耗方面研究，持续赋能车载、机载及星载等应用场景，“另外，针对月尘、月岩和月壤等物质组成问题，我们大家都希望将来从不一样特征光谱激发和获取的角度，研发相关载荷产品，助力月表元素和矿物组成及分布机制的探测与分析。”
记者从南开大学获悉，除了刘伟伟团队，该校人工智能学院赵新教授研究团队的孙明竹、秦岩丁两位老师参与了中国空间站问天实验舱中部署的“科学手套箱”中微操作手臂、微操作末端工具的研制及细胞操作软件的开发。据了解，“科学手套箱”支持各类科学实验样品的隔离密闭和精细操作，其中，微操作手臂的操作精度优于5微米，可完成多种微米级细胞操作，进一步确立了南开大学在微操作机器人领域的领先地位。
2023年10月26日，神舟十七号载人飞船发射取得圆满成功。其中，陪伴航天员“出差”太空的，包括天津中医药大学副校长郭义教授研究团队研发的便携式穴位刺激装置，为在轨航天员提供了具有中国特色的健康防护。该项科研成果开创了传统针灸走向太空的先河。
据了解，2019年，天津中医药大学与中国航天员科研训练中心共建中医药航天联合实验室，运用中药制剂、穴位刺激等方式，为航天员的身体健康护航。2022年，便携式穴位刺激装置在中国空间站应用于神舟十三号航天员并取得了良好效果。此后，郭义团队针对航天员使用后的反馈，在穿戴方式、耐用性、电极导电性等方面做了优化，为神舟十七号和神舟十八号航天员的健康贡献一份力量。在轨航天员可在空闲时间针对不一样部位开展太空针灸理疗。
郭义小组成员、天津中医药大学中西医结合学院副院长、航天员健康防护中医装置研发项目执行人章明星说，研发便携式穴位刺激装置，除了要解决穴位合适和刺激参数的核心问题，还应该要考虑设备的体积小、重量轻、功耗低、使用起来更便捷等，所以，该团队和天津大学、天津工业大学联合攻关，天津大学负责刺激器部分，天津工业大学负责穿戴部分，通过一次次优化升级，将设备优化到智能手表大小，并研发了新的刺激电极，防水、防潮、防腐蚀的性能更强，穴位刺激效果也更好。团队已申请多项相关专利，目前已获批其中3项，将来其研发成果也能走进寻常百姓家，在家就能用航天科技成果进行自我健康防护。
根据计划，在2030年前实现中国人首次登陆月球，开展月球科学考察及有关技术试验。目前，长征十号运载火箭、梦舟载人飞船、揽月月面着陆器、登月服等已全方面进入初样研制阶段。
“我们围绕设计的基本要求及研制指南，开发了神经肌肉刺激仪，可帮助航天员在轨工作时调节身体状态。此课题已于去年结题，样机目前已交付。”天津工业大学纺织科学与工程学院智能可穿戴电子纺织品研究所副所长、纺织材料测试中心主任刘皓教授和记者说，其团队现在主要攻关柔性可穿戴技术，开发小型、轻薄、柔性的电子元件，并将其集成到纺织品上，提高智能可穿戴产品的稳定性和舒适性。
刘皓介绍，此次为我国载人月球探测任务研发的神经肌肉刺激仪，大多数都用在对航天员的肌肉组织穴位或神经点位进行电脉冲刺激，协助航天员进行肌肉疲劳恢复和肌肉力量训练，防止长期飞行试验造成的肌肉萎缩。
“神经肌肉刺激仪具有兴奋神经肌肉、促进血液循环、缓解疲劳和疼痛、调节睡眠和提高警觉功能，除了能为航天员保驾护航，也可用于人们日常生活中的疲劳缓解等。”刘皓说，其团队项目应用涉及海陆空各领域，并致力于相关民用产品的研发，以国家战略需求为导向，通过学科交叉融合，打通“传感器件智能可穿戴电子纺织品主动健康与医疗”产业链，助力航天科技走入百姓家。
“除了刘皓团队，我校纺织未来技术研究中心陈利教授领衔的复合材料研究院团队，长期从事多维编织材料及其复合材料在航空航天领域应用的基础研究和技术开发，研发的多向编织增强材料成功应用于从神舟七号到神舟十七号的返回舱，用新一代天工编织技术守护航天员的回家路。”天津工业大学纺织科学与工程学院常务副院长刘雍介绍，在返回舱返回地球的过程中，首先就要面临高温的考验。在进入大气层的过程中，返回舱会与大气层发生剧烈摩擦，产生几千度高温，确保返回舱烧不坏的就是安装在返回舱最外层的防热材料。陈利带领团队突破了多项关键技术，为神舟系列返回舱量身定做了耐2000多摄氏度高温的多维编织结构增强材料，精准满足了返回舱关键器件的防护结构复合材料“耐高温烧蚀、坚固抗冲击”的要求，保障航天员安全顺利返回地球。
2022年，“天津号”纯太阳能驱动汽车首次公开亮相。在“天津号”的研发过程中，天津工业大学共有复合材料结构件、熔喷复合吸音材料、氧负离子释放纺织面料、温度管理针织坐垫、柔性光刻电路等5项技术被应用。“其中就有陈利团队的产品。”刘雍说，该团队研发的多维编织复合材料在轻量化汽车、风力发电机叶片以及农业、植物保护、快递运输、灾难救援无人机等民用领域具有广泛的应用前景。
“航天育种是航天技术、生物技术与农业育种技术相结合的育种新途径，国内外农业领域常常采取。相比地球表面环境，太空环境能促使种子产生更丰富的基因突变，为育种科学家提供更多有益的变异材料，便于培育出遗传稳定、品质优良的新品系、新品种。”河北工业大学理学院副院长、该校辐照生物团队带头人耿金鹏说，联合国粮食及农业组织和国际原子能机构早已将航天育种列为物理辐射育种的一类，实践证明，航天育种的安全性是确定的。
耿金鹏带领辐照生物团队建设了综合利用航天搭载、高能辐射以及低能注入等多重辐射交叉的研发基地，为植物种质资源创新提供了良好的科研平台。从2008年开始，团队陆续进行了6次太空搭载实验，搭载植物品系176个，主要对玉米、金莲花和黄瓜等进行了多年的辐射诱变育种基础研究和应用研究，选育了210份玉米自交系，成功培育出永研1101玉米新品种并获推广；筛选出金莲花、仙客来和黄瓜等优质稳定遗传性状的种质，培育出具有亩产量高、观赏性强、药用成分含量高的金莲花新品种，提高了金莲花的亩产量和种植户的经济效益。
“我们团队目前正开展藜麦、菊苣种质资源创新与新品种选育。”耿金鹏说，眼下其团队一方面为下一次搭载的新品种做答辩准备，另一方面将前期的研究成果市场化，“我们努力解决育种核心技术的卡脖子问题，坚持基础与应用并重研究，把航天育种的科研创新成果带进百姓家。”
在神舟十三号载人飞行任务中，天津科技大学机械工程学院教师董颖怀和王岩带领的精密与特种加工研究团队研制了“空间机械臂维修专用工具”等配套产品，为我国在轨运行机械臂舱体表面巡检、航天员出舱等任务顺利完成提供有力保障。
该团队在航天项目的研究过程中，不断探索将一流的航天技术应用于民用领域中的可能性：团队联手大连沅泓机械有限公司将团队自主研发的多自由度调节机构系统融合到企业中的非标设备研发中，开发出具有六自由度的特种加工机床，提升了企业的装备研发实力，大大拓宽了市场应用技术产品品种类型；基于在航天材料领域先进制造技术的研发成果，团队与奥创特新（苏州）科技有限公司针对复合材料精密制造、加工损伤智能检测、多自由度检验测试平台等领域展开合作，为公司制作制备高性能复合材料提供了有力的技术上的支持，提升了企业核心竞争力，目前企业已成功生产出新能源动力电池防火贴片、改性云母片、气凝胶隔热片等产品；与三代光学科技（天津）有限公司合作，应用自由曲面超精密加工技术，为其生产的光学自由曲面产品提供了技术上的支持，解决了光学镜面加工的公司制作技术难题，企业成功应用该技术生产了儿童视力矫正用的多点离焦镜、汽车抬头显示系统、PM2.5环境监视测定用的光学模组等产品。（津云新闻编辑刘颖）
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