1    項目背景介紹

中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所研制的科學(xué)手套箱是我國空間站13個(gè)科學(xué)實(shí)驗設施之一，安裝于問(wèn)天實(shí)驗艙。2022年7月24日，科學(xué)手套箱隨我國“問(wèn)天”實(shí)驗艙發(fā)射升空，目前科學(xué)手套箱已經(jīng)完成在軌全部的加電測試工作，產(chǎn)品一切正常，完全滿(mǎn)足任務(wù)書(shū)各項要求。

2    項目目標與原則

科學(xué)手套箱作為多用途服務(wù)設施，可以支持廣泛的研究主題，能夠有效拓展空間開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗的能力，成為空間站航天員（包括載荷專(zhuān)家）直接參與空間科學(xué)實(shí)驗的重要裝備。

3    項目實(shí)施與應用

中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所所科學(xué)手套箱研制團隊從2014年開(kāi)始，歷時(shí)8年攻關(guān)，攻克了面向細胞操作的微米級精度機械臂系統、溫濕光風(fēng)氣高度集成的環(huán)境控制系統等一系列高難度關(guān)鍵技術(shù)，完成了原理樣機、結構工藝件、電性件、鑒定件和正樣件5套產(chǎn)品的研制。據公開(kāi)信息，我國空間站科學(xué)手套箱與國際空間站上手套箱相比，除了具有實(shí)驗過(guò)程可觀(guān)、可測、可控、可換等相同能力外，我國科學(xué)手套箱還具有獨一無(wú)二的精密機械臂操作系統，填補了世界空白，處于世界領(lǐng)先地位。

科學(xué)手套箱的設計統籌了生命科學(xué)、生物技術(shù)、航天醫學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科的需求，為科學(xué)家在太空開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗提供一個(gè)270公升工作空間、四周為亞克力透明窗的封閉設施。手套箱有四個(gè)手套口，兩個(gè)位于前窗上，兩個(gè)分別位于左右側窗，可以支持兩名航天員同時(shí)操作實(shí)驗或使用該設施，既保護航天員免受與實(shí)驗材料和樣品直接接觸帶來(lái)的潛在交叉污染，又避免手套箱內環(huán)境和空間站艙內環(huán)境直接互通帶來(lái)的環(huán)境污染。手套箱前窗上還設有兩個(gè)密封的雙層門(mén)，可實(shí)現實(shí)驗裝置和樣品在潔凈環(huán)境下的快速更換。此外，手套箱內的溫度、濕度、光照、風(fēng)場(chǎng)等可實(shí)現“個(gè)性化”精確控制。

在科學(xué)手套箱內部，設計了一套精密機械臂系統，可供科學(xué)家們開(kāi)展空間生命科學(xué)和生物技術(shù)前沿科學(xué)研究。這套系統包括一個(gè)操作精度高達0.2毫米的6自由度靈巧機械臂、一個(gè)操作精度高達5微米的3自由度微操作器、一個(gè)操作精度高達2微米的3自由度細胞夾持機構、一個(gè)操作精度高達2微米的3自由度載物臺和一個(gè)高倍顯微相機等。通過(guò)對上述設備的協(xié)同控制，可以滿(mǎn)足細胞級精度的微操作，特別適用于細胞微操作實(shí)驗，如細胞DNA或藥物注入（微注射）、細胞組織切除（微切割）、細胞液提?。ㄎ⑻崛。┑?。

科學(xué)手套箱精密機械臂系統具有三種工作模式：在軌自主運行模式由精密機械臂系統智能控制軟件自主完成對目標的操作；在軌遙操作模式由航天員通過(guò)外接筆記本電腦配置的人機操作界面完成對目標的操作；天地遙科學(xué)模式由科學(xué)家團隊在地面通過(guò)電腦配置的人機操作界面完成對目標的操作。

4    效益分析

科學(xué)手套箱的成功研制，有望推動(dòng)我國在空間生命科學(xué)、空間生物技術(shù)、航天醫學(xué)等領(lǐng)域產(chǎn)出一批世界一流的科學(xué)成果。中國空間站建造完成后，國內外科學(xué)家將可以利用科學(xué)手套箱等設施在軌開(kāi)展廣泛的科學(xué)實(shí)驗和基礎研究，包括空間生命科學(xué)和生物技術(shù)、空間材料科學(xué)、微重力流體和燃燒科學(xué)、微重力基礎物理等，檢驗理論并突破知識界限。利用空間科學(xué)研究獲得的結果，將可以改進(jìn)地面產(chǎn)品的設計和制造工藝，提升產(chǎn)品質(zhì)量，甚至發(fā)明新的產(chǎn)品，從而改善人類(lèi)在地球上的生活質(zhì)量。此外，航天員在太空中的科學(xué)活動(dòng)還將產(chǎn)生顯著(zhù)的社會(huì )效益。