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問天實驗艙里的沈自所智慧——科學手套箱


      據新華社報道，7月24日14時22分，搭載問天實驗艙的長征五號B遙三運載火箭在我國文昌航天發射場準時點火發射，約495秒后，問天實驗艙與火箭成功分離并進入預定軌道，發射取得圓滿成功。
      問天實驗艙入軌后，順利完成狀態設置，于北京時間7月25日3時13分，成功對接于天和核心艙前向端口，整個交會對接過程歷時約13小時。
      作為一項重要的科學實驗設施，由中國科學院沈陽自動化研究所研制的科學手套箱隨問天實驗艙發射升空。
      沈陽自動化所科學手套箱研制團隊從2014年開始，歷時8年攻關，攻克了用于細胞操作的微米級精度機械臂、溫濕光風氣高度集成的環境控制等一系列核心關鍵技術，走過了從原理樣機、結構工藝件、電性件、鑒定件到正樣件產品的艱難研制歷程。
      科學手套箱的設計統籌了生命科學、生物技術、航天醫學、材料科學等學科的需求，為科學家在太空開展科學實驗提供一個270公升工作空間、四周為亞克力透明窗的封閉設施。手套箱有四個手套口，兩個位于前窗上，兩個分別位于左右側窗，可以支持兩名航天員同時操作實驗或使用該設施，既保護航天員免受與實驗材料和樣品直接接觸帶來的潛在交叉污染，又避免手套箱內環境和空間站艙內環境直接互通帶來的環境污染。手套箱前窗上還設有兩個密封的雙層門，可實現實驗裝置和樣品在潔凈環境下的快速更換。此外，手套箱內的溫度、濕度、光照、風場等可實現“個性化”精確控制。
      中國空間站科學手套箱除了具有實驗過程可觀、可測、可控，部件可換等能力外，還具有獨特的精密機械臂操作系統。據公開信息，未見國際上有同類裝備的報道。在科學手套箱內部的精密機械臂系統，可供科學家們開展空間生命科學和生物技術前沿科學研究，包括一個操作精度高達0.2毫米的6自由度靈巧機械臂、一個操作精度高達5微米的3自由度微操作器、一個操作精度高達2微米的3自由度細胞夾持機構、一個操作精度高達2微米的3自由度載物臺和一個高倍顯微相機等。通過對上述設備的協同控制，可以滿足細胞級精度的微操作，如微注射（將DNA或藥物注入細胞）、微切割（細胞組織切除）、微提取（細胞液提取）等。
      科學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；天地遙科學模式由科學家團隊在地面通過電腦配置的人機操作界面完成對目標的操作。