1    項目背景介紹

中國科學院沈陽自動化研究所研制的科學手套箱是我國空間站13個科學實驗設(shè)施之一，安裝于問天實驗艙。2022年7月24日，科學手套箱隨我國“問天”實驗艙發(fā)射升空，目前科學手套箱已經(jīng)完成在軌全部的加電測試工作，產(chǎn)品一切正常，完全滿足任務(wù)書各項要求。

2    項目目標與原則

科學手套箱作為多用途服務(wù)設(shè)施，可以支持廣泛的研究主題，能夠有效拓展空間開展科學實驗的能力，成為空間站航天員（包括載荷專家）直接參與空間科學實驗的重要裝備。

3    項目實施與應(yīng)用

中國科學院沈陽自動化研究所所科學手套箱研制團隊從2014年開始，歷時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(tǒng)、溫濕光風氣高度集成的環(huán)境控制系統(tǒng)等一系列高難度關(guān)鍵技術(shù)，完成了原理樣機、結(jié)構(gòu)工藝件、電性件、鑒定件和正樣件5套產(chǎn)品的研制。據(jù)公開信息，我國空間站科學手套箱與國際空間站上手套箱相比，除了具有實驗過程可觀、可測、可控、可換等相同能力外，我國科學手套箱還具有獨一無二的精密機械臂操作系統(tǒng)，填補了世界空白，處于世界領(lǐng)先地位。

科學手套箱的設(shè)計統(tǒng)籌了生命科學、生物技術(shù)、航天醫(yī)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(shè)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(cè)窗，可以支持兩名航天員同時操作實驗或使用該設(shè)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(nèi)環(huán)境和空間站艙內(nèi)環(huán)境直接互通帶來的環(huán)境污染。手套箱前窗上還設(shè)有兩個密封的雙層門，可實現(xiàn)實驗裝置和樣品在潔凈環(huán)境下的快速更換。此外，手套箱內(nèi)的溫度、濕度、光照、風場等可實現(xiàn)“個性化”精確控制。

在科學手套箱內(nèi)部，設(shè)計了一套精密機械臂系統(tǒng)，可供科學家們開展空間生命科學和生物技術(shù)前沿科學研究。這套系統(tǒng)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(gòu)、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(shè)備的協(xié)同控制，可以滿足細胞級精度的微操作，特別適用于細胞微操作實驗，如細胞DNA或藥物注入（微注射）、細胞組織切除（微切割）、細胞液提取（微提取）等。

科學手套箱精密機械臂系統(tǒng)具有三種工作模式：在軌自主運行模式由精密機械臂系統(tǒng)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。

4    效益分析

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