天宮二號發射成功

2016年9月15日(農曆2016年8月15日)，天宮二號空間實驗室發射成功。2016年9月15日22時04分，搭載著天宮二號空間實驗室的長征二號FT2運載火箭在酒泉衛星發射中心點火發射。約575秒後，天宮二號與火箭成功分離，進入預定軌道，發射取得圓滿成功。資料圖：9月9日，執行天宮二號飛行任務的運載火箭垂直轉運至酒泉衛星發射中心載人航天發射場發射區，計劃9月15日至20日擇機發射。“天宮二號”安排了地球科學觀測及應用、空間科學實驗及探測、應用新技術等領域的十餘項高精尖的任務，這些實驗有的是在探索宇宙最深處的奧秘，有的是幫助人們更好的認識海洋和大氣，有的甚至是在解決將來星際旅行時食物的問題。中國科學家將在其中開展十餘項高精尖的實驗任務，是載人航天曆次任務中應用專案最多的一次。天宮二號發射完成後，會由神舟十一號飛船將航天員送入太空，然後它將跟天宮二號交會對接，之後航天員進入天宮二號，開始一系列的科學實驗工作。中國航天科技集團五院天宮二號空間實驗室總設計師朱樅鵬在接受媒體採訪時介紹說，天宮二號主要有三大任務：“天宮二號是我國第一個空間實驗室，它完成的任務主要是中期駐留，航天員乘神舟十一號飛船交會對接，在天宮二號工作和生活30天，這是一箇中期駐留的任務。第二個明年要跟貨運飛船對接，進行推進劑在軌補加，第三個是為今後空間站進行一些技術試驗，包括維修性一些相關的試驗。”大家也許還記得電影《火星救援》中，主人公孤身一人克服重重困難，透過在火星基地種植土豆來生存，最終重回地球。當前，人類太空探索的疆域不斷拓展，從近地軌道到深空探測，從建立月球基地到火星生存。所謂“兵馬未動，糧草先行”。人類要飛出地球、星際旅行、移民外星球，首要任務是解決食物自給、氧氣和迴圈水等問題。地球上的綠色植物是否可以在太空環境中正常生長，從而為人類提供食物和氧氣的來源?儘管目前在空間已經進行了多次植物生長試驗，但要在太空條件下成功地實現糧食與蔬菜的生產，還需要解決包括微重力在內的極端環境因子對植物生長發育影響等諸多問題。這次天宮二號空間實驗室中將要進行的高等植物培養實驗，就是要研究這個問題。天宮二號空間實驗室植物培養實驗地球之外的重力環境包括微重力、低重力和超重“植物航天員”—水稻和擬南芥中國人習慣吃大米，所以大家熟悉的水稻和另一種不同生長特性的高等植物擬南芥就幸運當選為“植物航天員”，將搭載天宮二號進行一次不平凡的太空之旅。資料圖：左圖為擬南芥，右圖為水稻天宮二號搭載的高等植物培養箱，是一個微縮版太空溫室，它身負重任，將開展我國首次為期6個月的植物“從種子到種子”全生命週期培養。科學家將能夠直接觀察不同植物的種子在太空中的萌發、生長、開花和結籽，從而更好地瞭解和掌握未來太空農業發展的可能。資料圖：高等植物培養箱，分為在軌單元和返回單元，在軌單元可提供兩個擬南芥培養單元和兩個水稻培養單元，分別為一個長日照和一個短日照培養條件(如右側植物培養示意圖)，返回單元用於培養擬南芥。高等植物培養箱(左圖)，分為在軌單元和返回單元，在軌單元可提供兩個擬南芥培養單元和兩個水稻培養單元，分別為一個長日照和一個短日照培養條件(如右側植物培養示意圖)，返回單元用於培養擬南芥。實驗怎麼進行?植物學家在地面精心挑選的水稻和擬南芥種子將在休眠狀態下乘坐在舒適溫暖的“保暖箱”中隨著天宮二號進入軌道。科學家們將在地面遙控指揮，啟動實驗過程，種子開始萌發。在其後的一段時間內，培養箱透過溫度、溼度、光照、營養供給調節等功能為種子的生長發育提供環境保障。預計1—2個月以後，如果生長順利，植物便可進入抽苔(穗)開花階段。高等植物培養箱可實現植物生長發育全過程實時監測。相機等測量部件將進行“全程直播”，記錄影象、溫度變化等資料，下傳到地面供植物學家開展比對分析。長日照植物擬南芥生長週期示意圖(左圖)以及不同生長發育時期擬南芥植物圖片(右圖)。長日照植物擬南芥生長週期示意圖(左圖)以及不同生長發育時期擬南芥植物圖片(右圖)。短日照植物水稻生長週期示意圖(左圖)以及開花期的水稻(中圖)。天宮二號空間實驗室中培養的水稻品種為矮化水稻突變體(d18h)，成熟期水稻株高在15-20厘米(該矮化水稻由中國水稻研究所錢前研究員提供)。右圖為矮化水稻與正常株高水稻(zh11)在幼苗期的比較。短日照植物水稻生長週期示意圖(左圖)以及開花期的水稻(中圖)。天宮二號空間實驗室中培養的水稻品種為矮化水稻突變體(d18h)，成熟期水稻株高在15-20厘米(該矮化水稻由中國水稻研究所錢前研究員提供)。右圖為矮化水稻與正常株高水稻(zh11)在幼苗期的比較。太空溫室有什麼神奇?太空溫室中，生長盒是植物生長的空間，由透明材料製成，光源從頂部照射，相機從側面拍攝成像。在生長盒上貼有透氣膜，用來保障植物與溫室內有一定的氣體交換，而液態水不會從透氣膜中逸出，以此來保障植物生長過程中所需的水分。在空間微重力環境下，植物生長過程中因蒸騰作用產生的水汽無法凝結迴歸到土壤，而是附著於生長盒的側面，還影響成像。為了解決這個問題，科學家們透過增加冷凝區的設計，使水汽重新冷凝並匯入土壤盒內，實現了太空密閉環境下水的有效迴圈，提高了水的利用率，也避免了水汽可能產生的不良影響，真是高效又安全。矮化水稻(d18h)在高等植物培養箱中生長過程實時影象。影象記錄了從種子萌發到生長26天的水稻。矮化水稻(d18h)在高等植物培養箱中生長過程實時影象。影象記錄了從種子萌發到生長26天的水稻。為基因資訊安裝“追蹤器”植物學家預先用轉基因技術給擬南芥的開花基因用綠色熒光蛋白基因標記。培養箱安裝了一臺微型熒光相機，並整合一個LED熒光激發光源。擬南芥開花基因一旦表達，就會被LED光源激發出綠色熒光。熒光相機便可以捕捉到熒光訊號，並下傳資訊。a和b分別為可見光和熒光相機對同一培養盒中擬南芥植物的成像。c示意了培養盒中不同的擬南芥植株，WT為沒有綠色熒光蛋白基因標記的普通擬南芥，FTPro::GFP為含有綠色熒光蛋白的轉基因擬南芥。a和b分別為可見光和熒光相機對同一培養盒中擬南芥植物的成像。c示意了培養盒中不同的擬南芥植株，WT為沒有綠色熒光蛋白基因標記的普通擬南芥，FTPro::GFP為含有綠色熒光蛋白的轉基因擬南芥。航天員也將參與實驗哦我們的航天員將在天宮二號空間實驗室中首次進行部分擬南芥實驗樣品回收。空間培養的擬南芥實驗樣品將隨返回單元返回地面供後續研究分析，為了解空間微重力條件下高等植物種子發育與營養貯藏提供第一手材料。未來展望人類登上月球已過去40多年，現在重返月球和登陸火星的夢想席捲全球。一些科學家不但繪製了月球基地和火星基地的藍圖，而且已經完成選址。如何建立以綠色高等植物為基礎的空間密閉生態迴圈系統，為航天員長期的空間生活提供補給?這是一個浩大的綜合工程。我國在航天和空間領域的發展，為空間生命科學研究提供了前所未有的機會。加強太空環境中植物生長發育研究，突破空間生命生態保障系統的技術瓶頸，構建人類地外長期生存的新天地，人類跨越天疆的夢想一定會在不遠的將來成為現實。