中國空間站建成后，從天舟系列貨運飛船到神舟系列載人飛船，幾乎每艘飛船都會搭載中國科學院上海技術物理研究所（以下簡稱上海技物所）空間生命科學儀器團隊的實驗組件或實驗單元。
從國際上首次完成水稻全生命周期空間培養實驗，到創造最長水生生態系統空間運行紀錄；從首次在空間站開展囊胚、原腸運動階段胚胎發育實驗，到首次實現激光共聚焦空間應用，該團隊和科學家一起一次次圓滿完成空間飛行實驗任務，有力推進了我國空間生命科學研究。
“返回式衛星、飛船和空間站中，都有我們研制的儀器。”空間生命科學儀器團隊負責人、上海技物所工程一室主任鄭偉波告訴《中國科學報》，“載人航天精神和上海技物所‘實干見物’精神的融合，支撐團隊完成了‘不可能的任務’。”
“我們不做生命科學研究，但提供空間生命實驗裝置和實驗技術。”上海技物所工程一室前主任張濤說，“這要求我們了解科學家的需求，運用工程技術方面的知識研制出適合空間環境的科學實驗儀器，實現科學家的想法。”
部分團隊成員合影。受訪團隊供圖
協作：“后墻不倒”鍛造過硬團隊
空間生命科學實驗樣品都是活物，為確保樣品處于最佳狀態，臨近發射才能進行樣品裝載。實驗樣品裝載過程要求高、環節多、時間緊、程序復雜且不允許出現任何失誤，這讓裝載人員壓力很大。
2002年12月，神舟四號發射在即，團隊按照慣例提前來到酒泉，進駐發射場進行樣品裝載。全部裝載工作完成并封蓋后，可能因為操作時太緊張，一位工作人員忽然說：“糟糕！管子上有個夾子，我記不清有沒有取下來！”
大家都愣住了，發射在即，如果重新打開蓋子檢查，時間肯定來不及。
“放心吧，每個夾子都取下來了。”正當大家不知所措時，旁邊二崗的同事篤定地說，“你的每一步操作，我都記錄著。”
看到確認記錄表，大家懸著的心放了下來。
空間科學實驗機會難得，對于每次發射任務，硬件團隊和科學家團隊都投入了大量的時間和精力，如果因操作失誤導致實驗失敗，這個責任誰都“擔不起”。
“航天任務的特點是‘后墻不倒’，即發射任務一旦確定，龐大系統中的所有環節必須像齒輪一樣緊密咬合，每一步、每一環都不能出錯。這就要求團隊成員密切配合，嚴格按照規范操作。”團隊成員之一、空間小型哺乳動物裝置負責人劉方武說。
中國航天事業從艱難起步、不斷積累，到跨越式發展，每上一個臺階，背后都有一群人在爭分奪秒地工作。航天任務中，所有工作圍繞“后墻”倒排時間，這意味著團隊沒有退路，要破釜沉舟、勇往直前，也意味著團隊要一次次突破極限。
面對挑戰，團隊統籌規劃、凝練各項目共同點，創造性地提出模塊化、標準化的設計思路。團隊采用模塊級、組件級和單元級的標準化設計，機電熱接口統一標準，以適應多用戶實驗需求和未來升級擴展的需求。
“團隊作戰、追求極致是我們的特點。”鄭偉波說，“不管是否負責某個模塊，遇到難題大家一起想辦法。正是這種密切配合、相互支持的合作方式，讓我們不斷實現突破，形成多層次、標準化的產品設計，高效支持了相關項目的研制和交付。”
每次發射任務前，團隊都會擬定各種預案，除準備備份實驗單元外，還要提前20多天進入發射場演練，分析各種可能出現的問題，并針對問題進行預案驗證。
“通過多次演練，團隊成員對所有操作都已爛熟于心。”劉方武說，“但我們依然制定故障預案、標準作業流程，一崗分步工作、二崗確認檢查記錄等操作規范，每一步、每一項都對著表格確認，確保萬無一失。”
攻關：“白盒子”倒逼技術創新
工欲善其事，必先利其器。空間生命科學儀器需要滿足空間環境條件，并在資源嚴格約束條件下盡最大可能滿足科學實驗需求。
進入太空的儀器首先要耐受力學環境，“扛得住”發射和返回時的震動和沖擊。而且空間站、衛星或飛船對載荷的體積、重量都有嚴格約束，這對儀器研制提出了極高要求。此外，空間生命科學實驗對象是活物，要保障實驗樣品從上行過程至在軌實驗全流程活性，甚至“活得好”，意味著生命保障系統比地球上復雜得多。
空間站生命生態科學實驗系統。
空間站生物技術科學實驗系統。
“空間微重力環境在地面很難模擬，目前只有落塔、拋物線飛機和探空火箭等能短時間模擬，如何適應微重力環境，需要細致設計和多方面驗證。”團隊成員之一、空間站生物技術科學實驗系統項目負責人王林君說，“空間微重力環境下的氣液沒有固定界面，比如為排除空間細胞培養實驗過程中氣泡的影響，我們就想了各種方法。”
“更重要的是，科學家希望對在軌實驗過程有清晰的了解，希望空間科學實驗是個‘白盒子’，這要求在軌實驗變化可檢測、過程可操控。”鄭偉波說，“這也是巨大挑戰。”
2024年4月，4條斑馬魚隨神舟十八號飛船進入空間站，完成了43天空間環境下密閉水生受控生態科學實驗。這是一個密閉的二元生態系統，斑馬魚呼吸所需氧氣由金魚藻光合作用產生，斑馬魚呼吸產生的二氧化碳為金魚藻光合作用提供碳源。為了讓該二元生態系統穩定運行，團隊進行了精心設計，對密閉單元中的溶氧值進行了閉環控制，使水中溶氧值一直在斑馬魚的需求范圍內，并通過地面長期實驗驗證，確保空間實驗圓滿成功。
2024年11月15日，一批果蠅隨天舟八號貨運飛船進入空間站。在軌繁育實驗中，科學家研究了果蠅在空間站求偶、交配、繁育后代的過程，也記錄了果蠅剛孵化出來時，因不適應空間微重力環境，在太空飄浮、翻跟頭的珍貴畫面，獲得了大量科學數據。培養實驗中，團隊為果蠅建立了地磁和亞磁兩個對照環境，在空間站和地面分別進行對比試驗。除了提供氧氣、喂食等基本生命保障外，團隊甚至還對果蠅實驗區進行了氣味凈化。
為了讓動物在空間研究平臺活得“舒適”，團隊成員付出了大量心血。
團隊成員之一、空間站生命生態科學實驗系統項目負責人田清介紹：“空間站斑馬魚實驗不僅為空間密閉生態系統物質循環研究提供了重要支撐，還為空間環境對脊椎動物生長發育與行為影響研究提供了豐富數據。空間站也是一個密閉空間，如何構建基于生物的生命支持系統，對于未來載人深空探測意義重大。”
圍繞空間生命科學研究需求，團隊以“原位觀測+生命支持+精細操控”為核心技術鏈，突破空間原位（顯微）成像與檢測、微生態空間環境調控和實驗過程多模式操控等系列關鍵技術，促進空間生命科學研究的發展。
航天載荷研制的特殊需求倒逼團隊逐漸形成“特別能吃苦、特別能戰斗”的作風。通過理念創新和一次次技術突破，科學家正將“拓耕星海”的夢想變為現實。
求實：傳承發揚“實干見物”
上世紀80年代，上海技物所就開始介入空間生命科學儀器研制，成為國內空間生命科學儀器研制的主力團隊，相關裝置在實踐八號、實踐十號、天宮二號、天舟一號和空間站等平臺成功應用，滿足了相關實驗需求。
2022年7月，開展空間站水稻培養實驗時，種子可控萌發問題曾讓團隊傷透了腦筋。
在失重條件下，土壤中的空氣不容易排出，因此澆水量不容易控制。水澆少了，不利于種子萌發；水澆多了，又會淹死種子。
“地面簡單的操作，在太空中會變得很復雜，而空間生命科學實驗裝置就是一個微縮的太空實驗室，要求在資源極其有限的條件下，高可靠性地實現地面生物學實驗室的功能。”劉方武說。
實驗中，科學家通過在軌控制，在國際上首次獲得空間發育的水稻和再生稻的新種質資源。
“這也體現了我們倡導的‘實干見物’精神。”鄭偉波強調。
“實干見物”是上海技物所的傳統，在培養學生、鍛煉青年科研人員時，老一輩科研人員都會強調，無論是研制科學儀器還是進行技術攻關，一定要通過實物驗證來確認方案是否可行、功能指標能否滿足預期目標，將科學家的設想、想要的參數和功能，用實物驗證體現出來。
“所里的傳統是腳踏實地研究，最后要見到實物、見到驗證效果。”鄭偉波解釋說，“技術攻關不能僅停留在紙面上，只提交一份技術報告，或只通過仿真、計算就算完成了，一定要拿出實實在在的儀器設備，以及功能、性能的測試結果。”
航天載荷研制過程中，“實干”意味著必須自力更生、艱苦奮斗，“見物”則要大力協同、嚴謹務實、勇于攀登。從這個意義上說，“實干見物”既是老一輩“技物人”的傳承，也是新時代科學家精神的體現。
2012年，團隊成員之一、上海技物所工程一室電子學組組長袁永春加入團隊，開始參與天宮二號高等植物實驗裝置研制。一開始，他認為在研究所工作比企業輕松，但很快發現從事空間科學實驗儀器研制不僅要“仰望星空，有情懷”，還要有足夠的體力和耐力，秉持“實干見物”精神攻克一道道技術難關。
“科學探索寬容失敗，但航天產品要求萬無一失。”袁永春說，“我們的工作帶著航天特有的烙印，要求仔細再仔細，確保每一次任務圓滿成功。”
憑借將載人航天精神融入“實干見物”精神，團隊已完成多項“全球首次”，并建立了我國空間站生命科學實驗技術體系。目前，團隊正為進一步拓展空間生命科學實驗平臺開展關鍵技術攻關，努力打造空間實驗利器，解鎖空間生命密碼，為未來相關研究提供更有力的支持。
在越來越多科學家的努力下，生命的疆界正在向深空拓展。
《中國科學報》(2025-04-08 第1版 要聞)
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