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神九首次启用医监系统 检测组件多如拇指大小

2018-07-08 来源:网络整理 责任编辑:采集侠 点击:

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 神九首次启用医监系统 检测组件多如拇指大小

  6月13日,中国酒泉卫星发射中心载人航天发射场,神舟九号飞船及其运载火箭“长征二号F”组合体直指苍穹,静待发射。按照预定计划,神舟九号飞船6月中旬择机发射,与天宫一号实施中国首次载人空间交会对接任务。中新社发 孙自法 摄


  中新网襄阳6月13日电 (上官纯青 席玲 刘国伟)“神九”飞船即将载着三名航天员发射升空,与“天宫一号”交会对接,将翻开了中国载人航天工程空间站建设新的篇章。

  作为中国载人航天工程重要参与研制单位,位于湖北襄阳的航天科技集团四院四十二所除承担了“神九”逃逸火箭发动机、飞船舱体密封系统研制任务外,还为航天员提供了全套医监生化检测组件,为“天宫一号”装备了一个小小的的“太空医院”,每次检测要使用的一整套工具,整整齐齐地用固定在一个小操作板上,把操作板往航天员工作台板上轻轻一粘,就是一个“医监平台”,而这个医监系统也是在神舟飞船上首次启用。

  “袖珍”不简单

  “神九”飞船与“天宫一号”交会对接后,三名航天员将在空间站工作、生活多天。太空生活对他们的身体会有什么影响?如何保证他们的身体健康?为了解决好这些问题,“天宫一号”特地为航天员们配备了一套医监生化检测系统,就好象是一个小小“太空医院”,对航天员各项生理指标实施全程“医学监护”。

  在众多的监测任务中,一项重要任务就是对航天员尿液进行检测,对相关生理指标进行实时监控。航天员在轨飞行中进行生化指标检测时,会用到一套样本采集、预处理和进样检测工具,这套工具就被称为“医监生化检测组件”。虽说只是一些操作工具,但由于是在微重力、空间有限的环境中使用,这些看似简单的工具一个个都不简单。

  首先,所有组件都十分小。由于受总体空间限制,整个医监生化监测系统不大,用于样本采集、处理的工具就更小。大多类似于拇指大小,最大的也大不过一个巴掌。三人多天要用到的全部检测组件装在一个盒子里,宽不过15公分,高不过20公分。“麻雀虽小,五脏俱全”,虽然是“袖珍”工具,其功能性结构设计却一样都不能少,而且必须尺寸精确、设计精细;其次,这些工具用起来要方便、简单,在微重力环境下通过“傻瓜式”操作就能实现以“ l”(1ml=1000 l)为容量单位的精准定量,确保微量取液准确、可靠;第三,所有组件材料要求十分严格,必须在太空环境下无毒、耐酸碱、耐高温,并且不对样本的生化指标不产生任何干扰,以确保数据的准确。

  材料是关键

  “最难的是材料的非特异性吸附性能,要求所使用的材料对某化学元素的响应值要达到10-6”!四十二所医监生化项目负责人、分析测试技术专家马新刚研究员介绍说。正是“非特异性吸附性能”这个一般人无法弄懂的生化名词让课题组绞尽了脑汁。2010年,课题组对研制的材料进行检测,结果超出指标要求十万八千里。材料配方调试了N次,依然达不到10-6的指标要求。

  “最终,我们还是依靠‘科学的眼睛’找到了问题的所在!”马新刚所指的“科学的眼睛”就是先进的分析测试技术。项目组通过近200次分析检测实验,发现研制的橡胶材料吸收了生化检测液中的一些化学物质,同时又释放出一些干扰物质。而且,生化检测液量越小,这种吸收、释放的干扰就越大。

  如何把高惰性的“非特异性吸附”材料与橡胶基体相结合,同时满足其他各种要求呢?项目组制定了专门的攻关方案,一方面从工艺入手解决两种材料结合问题,一方面利用先进的分析测试技术,再次深入分析各种材料间的性能特性,重新调整材料配方。

  多管齐下,项目组终于成功找到了一条“通关”路径:通过对橡胶表面进行特殊处理,提高其惰性。同时,改进组件的外壳工艺以满足硬度、透明度等要求,研制出了完全国产、无毒无害、满足生化检测要求的材料和适应微小复杂结构要求的成型工艺。在太空高低温交变、高真空、强紫外辐射、原子氧侵蚀等复杂环境下,这些检测组件性能稳定,完全满足不小于1年的储存、使用要求。

  设计费思量

  尽管预想周全,在预处理环节的设计时,如何通过简单操作就能实现样本有效气液分离还是让设计人员陷入了困顿。由于是微重力环境下进行微量取样,任何一丁点的气泡都会影响检测结果,气液分离处理必须彻底。可一般地面上气液分离都采取离心原理,到了天上,在尺寸有限的情况下样品如何实现高速旋转?用什么提供充足的动力?气泡和尿液分离后,又怎样才能不再混在一起?课题组采取了各种方法试验,不是气液分离不彻底,就是分离后气液又再次混合。

  一次,负责离心器设计的研究员程福银在出差的火车上见到了一种“握力器”式的手动自发电手电筒,回到所里他马上动手开始类似设计。“那段时间,我们满脑子都是‘奇思怪想’,见到一个能转的东西都想试试!”。最后,解决问题的灵感却是来自音乐盒。程福银精心为只有手掌大小的离心器设计了一个手动提供动力的可变速离心系统,变速后离心端转速为初级转速的360倍,不仅达到了气液完全分离的目的,同时实现了“无源设计”。气液分离后的分离瓶,拿在手上虽只有拇指大小,但内部设计却是“暗藏玄机”,稳稳地将气泡和液体“固定”在了两端。

  2012年4月底,在经过了气密性、耐高温性能等多方面的检验,抗拉、抗压破坏性实验、非特异性吸附实验评审和多次系统联试后,四十二所研制的医监生化检测组件顺利通过了有关方面的评审,正式交付,真正肩负起了航天员生命健康的监护职责。(完)

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