Wissenschaftliche Handschuhbox: Die Geheimnisse von Weltraumexperimenten lüften

Wenn wir in den Sternenhimmel blicken, kommt uns neben der Neugier auf unbekannte Himmelskörper oft die Vorstellung, der Weltraum sei sehr „sauber“. Schließlich ist der Weltraum mit starker Strahlung erfüllt und die nahezu luftleere Umgebung scheint für Mikroorganismen wie Bakterien und Viren eine „lebensverbotene Zone“ zu sein.

Aber ist das wirklich der Fall?

Die Antwort ist natürlich nein.

In der Raumstation, Hunderte Kilometer von der Erde entfernt, leben Astronauten ständig mit Millionen von Bakterien und Mikroorganismen im selben Raum. Woher kommen diese Bakterien? Welche Auswirkungen werden sie auf die Raumstation und das Leben, die Arbeit und sogar die Gesundheit der Astronauten haben?

Mikroben auf der Raumstation

Zunächst müssen wir wissen, dass der menschliche Körper selbst eine riesige „Kolonie“ von Mikroorganismen ist. Wenn Astronauten die Erde verlassen und ihre Reise zur Raumstation antreten, beginnen auch die Mikroorganismen, die auf ihren Körpern parasitieren, ihre Reise ins All. Während des Baus und der Materialversorgung der Raumstation werden kontinuierlich große Mengen an Ausrüstung und Gegenständen des täglichen Bedarfs in den Weltraum transportiert. Obwohl sie vor dem Start einer strengen Reinigung und Desinfektion unterzogen werden, lässt sich dennoch nicht verhindern, dass sich Bakterien und Mikroorganismen in ihnen verstecken und dann zusammen mit den Astronauten und der Fracht in die Raumstation gelangen. (Dieser Artikel bezieht sich auf die wissenschaftliche Handschuhbox der Raumstation und erstreckt sich nicht unbedingt auf andere Planeten.)

Es wurde festgestellt, dass einige Mikroorganismen in der extremen Umgebung des Weltraums nicht nur hartnäckig überlebten, sondern auch ein gewisses Maß an Reproduktionsfähigkeit behielten. In der Weltraumumgebung wird die biochemische Aktivität der meisten Mikroorganismen noch intensiver und ihre Arzneimittelresistenz deutlich erhöht, als ob sie sich auf eine besondere „Evolutionsreise“ begeben hätten.

Da der Weltraum keine sterile Umgebung ist, stellt sich die Frage, wie die Experimente, die im sauberen und geschlossenen Raum der Raumstation durchgeführt werden müssen, streng und geordnet durchgeführt werden können. Dies bringt uns zu einem wichtigen wissenschaftlichen Forschungsgerät in der Raumstation – der wissenschaftlichen Handschuhbox.

Wissenschaftliche Handschuhbox

Der Name „wissenschaftliche Handschuhbox“ kann für viele Menschen verwirrend sein. So wie ein Kleiderschrank zur Aufbewahrung von Kleidung und eine Schmuckschatulle zur Aufbewahrung von Schmuck dient, dient diese Schachtel nur zur Aufbewahrung der Handschuhe, die Astronauten für Experimente benötigen?

Natürlich nicht. Die interne Struktur der wissenschaftlichen Handschuhbox ist exquisit und komplex und ihre Funktionen sind sehr leistungsstark. Es werden zwar Handschuhe mitgeliefert, es handelt sich dabei jedoch nicht um die gewöhnlichen Handschuhe, die man im Alltag überall sieht. Die wissenschaftliche Handschuhbox der Raumstation Tiangong ist sorgfältig mit vier Handschuhen ausgestattet, damit Astronauten in der geschlossenen und sauberen Handschuhbox experimentelle Vorgänge durchführen können. Zwei der Handschuhe sind auf der Frontscheibe platziert, die anderen beiden sind symmetrisch auf der linken und rechten Seitenscheibe verteilt. Diese Anordnung ermöglicht die Zusammenarbeit zweier Astronauten bei experimentellen Vorgängen, was die Effizienz der Experimente erheblich verbessern kann.

Darüber hinaus gibt es zwei versiegelte doppelschichtige Türen an der Frontscheibe des Handschuhfachs. Diese Konstruktion ermöglicht den schnellen Austausch von Versuchsgeräten und Proben. Um eine „personalisierte“ und präzise Steuerung unterschiedlicher Experimente zu erreichen, ist die Handschuhbox zudem mit einer Vielzahl von Sensoren ausgestattet. Diese Sensoren können die Spannungs- und Stromsignale wichtiger Teile im Handschuhfach in Echtzeit und präzise aufzeichnen und gleichzeitig eine „personalisierte“ und präzise Steuerung von Umgebungsparametern wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Lichtintensität und Windgeschwindigkeit durchführen, wodurch der Betriebszustand des Handschuhfachs und der eingebauten Versuchsausrüstung in Echtzeit vollständig widergespiegelt wird.

Roboterarm in einer wissenschaftlichen Handschuhbox

Wenn das Experiment hochpräzise Operationen erfordert, ist das Präzisionsroboterarmsystem in der Handschuhbox praktisch. Das Präzisionsroboterarmsystem umfasst einen geschickten 6-DOF-Roboterarm mit einer Betriebsgenauigkeit von bis zu 0,2 mm, einen 3-DOF-Mikromanipulator mit einer Betriebsgenauigkeit von bis zu 5 Mikrometern, einen 3-DOF-Zellklemmmechanismus mit einer Betriebsgenauigkeit von bis zu 2 Mikrometern, einen 3-DOF-Tisch mit einer Betriebsgenauigkeit von bis zu 2 Mikrometern und eine Mikroskopkamera mit hoher Vergrößerung. Durch den koordinierten Betrieb dieser Präzisionsgeräte kann die wissenschaftliche Handschuhbox Astronauten dabei unterstützen, experimentelle Vorgänge im Orbit mit einer Genauigkeit von bis zu 5 Mikrometern durchzuführen und so eine starke technische Unterstützung für viele wichtige Themen im Bereich der Biowissenschaften bieten.

Der Anwendungsbereich der wissenschaftlichen Handschuhbox ist äußerst breit. Dabei werden die Forschungsanforderungen mehrerer Disziplinen berücksichtigt, etwa der Biowissenschaften, der Biotechnologie, der Luft- und Raumfahrtmedizin und der Materialwissenschaften. Es baut für wissenschaftliche Forscher auf der Raumstation eine „wissenschaftliche Brücke“ zur mikroskopischen Welt und ermöglicht ihnen, die Geheimnisse des Universums zu erforschen. Doch können Astronauten angesichts hochprofessioneller Disziplinen wie den Biowissenschaften und den Materialwissenschaften die vom Handschuhkasten zurückgesendeten Fachinformationen richtig interpretieren und verschiedene schwierige Versuchsabläufe erfolgreich abschließen?

Tatsächlich hat das wissenschaftliche Forschungsteam dies bei der Entwicklung der wissenschaftlichen Handschuhbox vollständig berücksichtigt. Das wissenschaftliche Handschuhkasten-Präzisionsroboterarmsystem verfügt über drei Arbeitsmodi: Der erste ist der autonome Betriebsmodus im Orbit. In diesem Modus verlässt sich das Präzisionsroboterarmsystem auf die integrierte intelligente Steuerungssoftware, um die Versuchsziele selbstständig zu identifizieren und zu analysieren und eine Reihe komplexer Vorgänge gemäß voreingestellter Programmschritte präzise auszuführen. Der zweite ist der Fernbetriebsmodus im Orbit. Wenn die experimentelle Aufgabe eine präzise Bedienung des Zielobjekts erfordert, können Astronauten einen externen Laptop-Computer zur Steuerung des Präzisionsroboterarmsystems verwenden. der letzte ist der Remote Science-Modus vom Boden in den Weltraum. Bei experimentellen Projekten, die ein extrem hohes Maß an Fachwissen erfordern, kann ein Team von Wissenschaftlern weit entfernt auf der Erde das Präzisionsroboterarmsystem in der Raumstation über die auf dem Bodencomputer konfigurierte Mensch-Maschine-Bedienschnittstelle fernsteuern, um präzise Operationen an den experimentellen Zielen durchzuführen.

Als leistungsstarker Assistent für wissenschaftliche Forschungsarbeiten in der Raumstation bietet die wissenschaftliche Handschuhbox mit ihrem exquisiten Design, den leistungsstarken Funktionen und den flexiblen und veränderbaren Arbeitsmodi einen geschlossenen und sauberen Arbeitsraum für weltraumwissenschaftliche Experimente und stellt außerdem eine praktische Plattform für die Durchführung von Präzisionsexperimenten dar. Ich bin davon überzeugt, dass wissenschaftliche Handschuhkästen mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung und Innovation in Wissenschaft und Technologie eine immer wichtigere Rolle spielen werden.

Einige Informationen stammen von: Chinesische Akademie der Wissenschaften, China News Network, NASA usw.

(Wissenschaftliche Überprüfung: Zhu Linqi, Direktor und Forscher des Asien-Pazifik-Büros des Satellite Commercial Applications Committee der International Astronautical Federation (IAF))

Dieser Artikel stammt von: China Digital Science and Technology Museum