盘点！神舟飞船上的科学实验
据中国载人航天工程办公室消息，北京时间2023年10月26日11时14分，搭载神舟十七号载人飞船的长征二号F遥十七运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，约10分钟后，神舟十七号载人飞船与火箭成功分离，进入预定轨道，航天员乘组状态良好，发射取得圆满成功。
伴随着神舟飞船的发射，空间站实验室也会进行更多重要的科学实验，让我们看看空间站各类科学实验有哪些？
神舟十七号
据悉，“空间蛋白质分子组装与应用研究”项目实验单元随神舟十七号飞船上行。“空间蛋白质分子组装与应用研究”包括“高通量蛋白质结晶及分子结构与功能研究”“纳米晶药物制备及药理学研究”“纳米晶骨骼空间制备研究”“蛋白质晶体空间辐射损伤研究”“空间显微观测蛋白结晶的动力学研究”等5项研究内容。
我们知道，生命体是由蛋白质、核酸等生物大分子组装成的一架精密高效的机器，它们协同工作完成着各种各样的生理功能。只有获知蛋白质的结构与功能，才能更多的破解生命的奥秘和进行理性的药物设计。但是，很多蛋白质因为得不到高质量的单晶而难以深入研究其功能。在科学家看来，空间微重力环境为蛋白质结晶提供了绝佳条件。
空间微重力环境可消除减弱常重力场下溶液中存在的对流与沉降，为蛋白质结晶生长提供一个相对均一和稳定的环境，有利于生长高质量蛋白质晶体。同时，通过X-射线衍射获得蛋白质分子的精细结构，更准确地揭示其生物学功能，如正常生理作用、致病机制、药效、副作用等与分子结构的关系。因而对分子药物设计具有直接的作用，对仿生生物技术也具有重要意义。
本次实验安排了蛋白质、多肽、核酸、生物材料、药物材料等5类29种实验样品，如胰岛素、癌症治疗蛋白复合物、核酸聚合酶、植物光合作用关键蛋白、纳米羟基磷灰石/胶原多肽、溶菌酶等。这些实验样品都是在发射场完成现场制备和加载，在发射前8个小时左右，放置于生物样品货包送往发射塔架，并安放至神舟飞船，随飞船发射升空。
神舟十七号乘组还将开展多项空间科学实验和航天技术试验，涉及基础物理、生命科学、地球观测、材料科学等多个领域。其中有些试验是首次在中国空间站进行的，有些试验是在神舟十二号任务基础上继续深化的。以下是一些具有代表性的试验：
• 空间冷原子钟：这是一种利用超冷原子作为时间基准的高精度时钟，在地面已经实现了秒级的稳定度。此次任务中，乘组将在空间站上安装并启动这种时钟，并与地面同步校准。这种时钟在空间中的表现如何？能否为导航定位、基础物理等领域提供更高精度的时间参考？这些都是值得期待的问题。
• 空间生物打印：这是一种利用3D打印技术制造生物组织或器官的方法，在地面已经取得了一些进展。此次任务中，乘组将在空间站上进行多种细胞的打印实验，观察它们在失重环境下的生长和分化。这种方法能否为未来的空间医疗和生物制造提供新的可能？
• 空间植物培养：这是一种利用人工环境培养植物的方法，在地面已经广泛应用于农业和园艺。此次任务中，乘组将在空间站上进行多种植物的培养实验，研究它们在失重和辐射等条件下的生理和遗传变化。这种方法能否为未来的空间生态和食物供给提供新的途径？
神舟十五号
在轨四个半月的时间里，神舟十五号乘组开展了一系列科学实验，其中，多个项目都属首次。
在轨期间，神舟十五号航天员乘组使用由我国自主研制的空间站双光子显微镜，开展在轨验证实验任务并取得成功。这是目前已知的世界首次在航天飞行过程中，使用双光子显微镜获取航天员皮肤表皮及真皮浅层的三维图像，为未来开展航天员在轨健康监测研究提供了全新工具。
空间高效自由活塞斯特林热电转换试验装置顺利完成在轨试验，这也是我国首次实现该技术在轨验证。斯特林热电转换是空间新能源的关键技术之一，它可以将热能高效转化为电能。
在地面科研人员和航天员协同配合下，梦天舱燃烧科学柜中的实验系统成功执行首次在轨点火实验。点火实验采用的是甲烷作为燃料，高速相机清晰地拍下了整个点火和燃烧过程。这次实验验证了空间站燃烧科学实验系统功能的完备性，以及整体实验流程的准确性与科学性，为后续空间科学燃烧实验项目打下了良好的基础。
据介绍，神舟十五号载人飞船返回舱下行的实验样品总重量20余公斤，共下行15项科学项目的实验样品，包括细胞、线虫、拟南芥、再生稻等生命实验样品，以及多种合金材料、新型红外探测器材料、非晶薄膜材料等材料实验样品。
科研人员将对返回的生命实验样品进行分子生物学、细胞生物学、在轨生长发育和代谢等相关分析，通过与地面比对分析研究，解析空间微重力、辐射对于实验样品作用的规律和分子机理，为进一步创制适应空间环境的作物和开发利用空间微重力、辐射等资源提供理论依据。
材料实验样品将在实验室进行测试分析研究，以期揭示在地面重力环境下难以获知的材料物理特性和化学变化过程的规律，获得高性能制备工艺关键条件，指导地面新材料制备。
神舟十六号
2023年5月30日9时31分，神舟十六号载人飞船在酒泉卫星发射中心成功发射。由中国科学院牵头负责的空间应用系统通过神舟十六号载人飞船上行5项生命科学实验项目的实验物资，重量约23.6公斤，体积约95升。
生命是最复杂的物质存在形式。地球生物包括人类的进化一直是在地球上实现的，在空间特有的微重力、宇宙辐射、节律和磁场变化条件下，研究人和各种生物的存在和响应，成为探究生命现象本质的重要途径，也是人类长期太空探索活动的基础。
“微重力环境对细胞间相互作用和细胞生长影响的生物力学研究”旨在认识肝组织细胞在微重力下的生物力学特征和力学-生物学耦合过程，以及重力变化对细胞生命活动的作用规律；发展基于生物力学的空间细胞-组织动态培养新实验技术。上行物资包括6个生物力学样品单元，其中2个装载肝细胞，4个装载肝细胞/内皮细胞。
“蛋白与核酸共起源及密码子起源的分子进化研究”在国际上首次将氨基酸、核苷酸与磷结合，探索密码子起源；考察重力效应对密码子起源的影响；考察重力效应与生命进化的关系；为生命的化学起源理论体系及寻找地外生命宜居星球提供重要的科学依据。上行物资包含8个核酸实验单元，将分2批次开展在轨实验。
“空间微重力环境调控植物细胞结构和功能的分子网络研究” 采用拟南芥模式植物作为实验材料，重点研究拟南芥中和重力反应有关的LAZY基因在微重力环境中的表现，揭示植物感受微重力环境的信号转导机制及其调控网络；显示植物激素运输和参与植物响应微重力适应机理。上行物资包括4个实验单元，其中2个静止培养、2个1g离心对比培养；实验样品包括5种类型拟南芥（含野生型、3种突变体、转基因）。
“空间辐射暴露引起线虫发育过程DNA损伤修复及细胞凋亡影响研究” 利用全自动微流控系统对线虫个体的在轨发育和损伤效应进行观测，深入分析长期辐射暴露对DNA损伤修复及生殖细胞凋亡的影响；分析与人类同源的DNA损伤修复功能调控基因的变化规律，为揭示长期在轨人体对抗空间辐射损伤机制、挖掘靶分子在航天辐射医学防护研究做出贡献。上行物资包括装载4种线虫的芯片实验盒。
“空间辐射损伤评估科学与应用关键技术” 挖掘空间辐射损伤评估和风险预警的生物标志物，分析空间辐射损伤的品质因子，构建空间辐射损伤评估模型，为开发具有自主知识产权的空间辐射健康风险评估体系提供重要技术支撑；该分子标志物可为重要靶点药物研究、遗传筛查、辐射防护等提供指导。上行物资包括4个线虫样品盒，每个样品盒内8个标准生物容器，装载10种线虫。
