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        吃太空蔬菜、穿航天員“同款” 航天科技走入尋常百姓家

        2023-04-20 09:09:00
        來源:科技日報
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          吃太空蔬菜、穿航天員“同款”……航天科技“下凡”,走入尋常百姓家

          ◎實習記者 都 芃

          4月24日,我們將迎來第8個中國航天日。

          近年來,我國航天事業取得飛速發展和進步,從“嫦娥”奔月到“天問”探火、從“北斗”造福人類到“天宮”開門納客,中國航天用一項項科學技術創新突破著人類探索宇宙的邊界。

          不過,當我們暫時離開浩瀚星空、看向身邊,可能會發現其實諸多“高大上”的航天科技早已經“下凡”來到你我中間,它們正在多個領域大展身手,悄悄改變著我們的日常生活。

          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”,有著可愛名字的水果黃瓜“航瓜玉妮”……這些名字前帶有“航”字的果蔬品種通常有一個共同的育種來源——太空。

          每到夏季,瓜果蔬菜成熟時,位于北京市通州區的航天育種核心示范基地都會人流涌動,來自各地的種植大戶、種子經銷商穿梭于田間地頭,在科研人員帶領下挑選著各自心儀的果蔬品種。

          航天育種產業創新聯盟秘書長趙輝表示,在太空特殊環境作用下,種子變異周期縮短、突變頻率增加。相比地球表面環境,太空環境能夠促使種子產生更加豐富的基因突變,為育種科學家提供更多有益的變異材料,便于培育新品種。

          自1987年我國首次將水稻、辣椒等農作物種子送上太空以來,我國已經先后30多次通過返回式衛星或載人航天器把上千種植物種子送入太空,其中既包括小麥、高粱等糧食種子,也包括黃瓜、番茄等蔬菜種子,以及甜瓜、櫻桃等水果種子。自中國空間站任務開展以來,神舟十二號、神舟十三號載人飛船先后從太空帶回了千余件(份)作物種子、微生物菌種等航天育種材料,其中“出差”時間最長的種子在軌飛行時間達11個月。

          輻射育種是國內外農業領域經常采用的育種方式,而太空正是一個為種子提供輻射環境的絕佳場所。而且太空能夠提供比地球更加復雜的輻射環境,其中的宇宙射線、微重力環境等能夠提升植物基因的變異概率,進而使其產生更加深刻的變化。

          安全是航天育種發展始終繞不開的話題,這些經過太空培育的“美味”足夠安全嗎?

          趙輝表示,物理輻射育種在世界上已經有近百年的歷史,聯合國糧食及農業組織和國際原子能機構也早已將航天育種列為物理輻射育種的一類。有據可查的、經過輻射育種的商品化品種多達3300余種。實踐證明,它們均沒有食品安全問題。

          趙輝進一步解釋道,借助太空環境誘導植物產生性狀變異,是植物自身基因突變的結果,并不涉及外源基因的導入,“航天育種的安全性是確定的”。

          據了解,科學家已經對神舟十二號載人飛船帶回的種子進行了初步實驗。國家植物航天育種工程技術研究中心的工作人員經過實驗發現,神舟十二號空間飛行任務對搭載返回的兩份水稻種子已經造成了較顯著的生物學效應,預計將產生可觀的可遺傳變異。

          目前,我國已經培育出700余個航天育種新品系、新品種,其中通過國家或者省級審定的超過200個,其年種植面積3000多萬畝,取得了良好的社會和經濟效益。

          與航天員穿“同款”服裝不再遙不可及

          當我們在電視上看到我國航天員在“天宮”空間站自如生活、工作時,想必會被他們身上那一套利落有型的艙內工作服所吸引。事實上,在我國航天服研發過程中,誕生了諸多創新技術,它們已經被用于大眾產品中,如今與航天員穿“同款”服裝不再遙不可及。

          在神舟十二號載人航天飛行任務中,航天員的艙內工作服等用品由國內公司進行研發。航天員工作服等產品對設計、材料、制造的要求十分嚴苛,這對于中國服裝產業來說既是一次挑戰,也是一次實現跨越升級的良機。

          相關技術研發負責人告訴記者,要達到國產航天艙內工作服的抗菌性、阻燃性、耐磨性、抗靜電性等指標要求,他們必須克服諸多技術難題。航天艙內工作服對于細菌在產品上的存在數量有嚴格的要求,部分抗菌要求甚至超過了醫療用品的相關標準。除此之外,因為艙內環境相對狹窄,儀器設備較多,航天員在這種環境中穿梭,需要其服裝具備較高的耐磨性。

          在此基礎上,研發人員把航天艙內工作服等產品運用到的科技,應用于日常的戶外裝備開發中,對面向普通消費者的產品進行優化與全面升級。

          例如,在研發航天服裝的過程中,研發人員采用了一種抗菌技術,該技術能夠有效刺穿細菌壁,從而抑制細菌滋生,多次洗滌后抗菌率依然大于90%。目前,該技術已經被運用于部分戶外服裝的制作中。另外,相關抗靜電技術也被運用在了秋冬季服裝上,其可以有效解決惱人的靜電問題。

          不僅是航天員“同款”服裝能夠被大眾穿在身上,航天器應用的材料也可以被用于服裝制造。

          例如,為了對抗火星“冰火兩重天”的溫度考驗,“天問一號”火星探測器和“祝融號”火星車表面都采用了氣凝膠材料。南京大學化學化工學院教授金鐘介紹道,氣凝膠材料分為耐高溫和耐低溫兩種,既能夠阻隔探測器著陸發動機產生的高達1200攝氏度的高溫熱流,保護著陸平臺的正常功能;又能夠確;鹦擒囋诹阆130攝氏度的環境下仍能正常工作。除此之外,氣凝膠極輕的質量也不會增加“天問一號”火星探測器的載荷。以該探測器上的氣凝膠材料為例,如將其做成薄片狀,那么只需要10克這種材料,就可以將薄片鋪滿一個標準足球場。

          “氣凝膠最有前景的大規模應用領域是隔熱、保溫和節能!苯痃姳硎,在建筑、服飾和工業生產等領域,用氣凝膠取代傳統的隔熱材料具有非常大的潛力。目前,某國產服裝品牌研發團隊通過技術改良,克服了氣凝膠材質脆弱、容易掉粉、不宜剪裁等缺陷,已將氣凝膠材料成功應用于民用服裝行業,并實現了大規模量產,如今普通消費者也能夠享受到與航天器同等的保溫待遇。

          智能護目鏡里藏著“天問一號”的專利

          在新冠疫情肆虐期間,體外膜肺氧合治療(ECMO)在臨床救治中發揮著重要作用。但長期以來,受制于技術門檻高、研發費用高等因素,國產ECMO研發一直面臨困境。而就在今年初,中國國家藥監局經審查,采用附條件批準方式,應急批準航天新長征醫療器械(北京)有限公司研發的輝昇—I型體外肺支持輔助設備注冊上市,使其成為第二款獲批的國產ECMO產品。

          ECMO主要為重癥心肺功能衰竭患者提供持續的體外呼吸與血液循環支持,核心部件一般包括人工心(離心泵主機及離心泵泵頭)和人工肺(膜肺),可以較長時間代替人的心、肺功能,維持住患者的血壓和血氧,為危重癥患者的搶救贏得寶貴時間,因此被視作重癥監護病房(ICU)里拯救生命的“守門員”。

          據輝昇—I型體外肺支持輔助設備技術攻關總指揮、中國航天科技集團公司第一研究院第十八研究所所長曾思介紹,該產品技術自主可控,具有完全自主知識產權,總體性能和指標達到國際同類產品水平,其核心技術來源于火箭伺服系統。伺服系統是火箭飛行控制的執行機構,通過精準動作推動發動機噴管擺動,使火箭在飛行全過程中姿態穩定受控。

          曾思說:“伺服系統由眾多元件組成,涉及機械、電子、流體等多個專業,又因其在發動機艙這樣的狹小空間工作,所以必須高度集成化,而且輕質化!

          正是高集成、輕質化的“航天基因”讓這款ECMO擁有了有別于國外同類產品的優點,它的整機重量不到7.5千克,約為國外同類產品重量的三分之一,能夠更好地滿足危重癥患者急救、轉運需求。

          除了可以在危急時刻拯救患者生命,航天科技還能夠呵護人民日常健康。

          中國航天科技集團有限公司第八研究院第八一一研究所研發的“天問一號”同源光電芯片全光譜智能護目鏡,具有極速智能變色、智能濾光、視覺增強、太陽能充電等功能。該款護目鏡采用“天問一號”航天器中的高效砷化鎵太陽能電池、感光發電一體化智能芯片、柔性扭曲相列液晶貼片等多項航天專利技術。借助先進的空間電源技術,其所采用的感光發電一體化砷化鎵光電芯片能夠實現350—1800全光譜響應,并驅動柔性液晶智能調節明暗,可調透光率達到5%—35%,瞬時變色速度僅為0.05秒,實現與光照環境變化的完美同步,讓佩戴者處于舒適的視覺效果中,有效阻止有害光線對人眼的傷害。

          除了具備靈敏的感光能力外,這款智能護目鏡還配有自發電系統,無需額外充電。其所用的智能控制芯片與進入火星軌道的“天問一號”航天器采用的是同一個晶元。

        [責任編輯:楊永青]
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