果蝇太空搭载实验装置的制作方法

本发明涉及航天仪器领域，特别涉及一种果蝇太空搭载实验装备，可在太空满足果蝇生长发育所需要的基本生命保障功能，并且可以用于开展果蝇空间行为学及遗传学研究的装置。

背景技术：

随着人类航天技术的突飞猛进，进驻和开发地球轨道外层空间，已成为人类探索宇宙奥秘、获取更多自然资源、开拓生存空间的必然发展方向。空间生命科学研究与人类的生产、生活密切相关，它是人类载人航天发展的重要组成部分，也是载人航天发展的基础，其潜在的社会和经济效益已成为许多国家的重点研究领域。

我国航天生命科学的研究偏向于太空育种，特别是植物和微生物的太空育种，这与其体积小、生存能力强、突变率高易于搭载等特性相关，而活体搭载方面与国外相比则较少，这可能与活体动物搭载所需要的空间大，对生存环境要求较为苛刻相关。如何为生物样品提供适宜生存、生长的良好环境（相对稳定的温度、湿度，足够的光照等等）；如何最大限度地排除非空间环境对实验的影响，减小自身的或安装位置引起的噪声和振动，避免破坏空间的微重力环境；如何保证生物样品及其安装结构能适应发射和回收时恶劣的力学环境等，这都是当前急需解决的技术难题。

本发明将设计一台果蝇航天搭载实装置，该实验装置将根据航天仪器的要求和生物学、空间微重力、空间辐射的特点进行设计，提供满足果蝇生长发育所需要的基本生命保障功能，可以开展果蝇空间行为学及遗传学研究。

技术实现要素：

1.发明目的：

本发明主要是根据航天仪器的要求和生物学、空间微重力、空间辐射的特点，设计出满足果蝇太空生长发育所需，可以开展果蝇空间行为学及遗传学研究的实验平台。本发明的成功研制将为深入研究空间生命科学提供技术支撑条件，对于推进人类开展空间科学实验研究具有十分重要的科学意义和实际应用价值。

2.技术方案：

本发明主要设计为四部分，分别为：绝热和耐压等特性的通用型箱体，果蝇的航天搭载生命保障系统，果蝇的空间行为学研究监测系统，环境监测控制模块。

（1）绝热和耐压等特性的通用型箱体，采用夹层结构，内层是气密耐压箱体，包裹航天多层隔热薄膜进行隔热，外层由安装基板和五块盖板组成，并且箱体外设有统一和标准化的接口，箱内安装辐射探测器，分布式温度、湿度、光照、供氧、微重力智能感知单元以及摄像元件。（2）果蝇的航天搭载生命保障系统包括温控系统、光照系统以及湿度及供氧系统。（3）果蝇的空间行为学研究监测系统包括果蝇行为监测器以及相应的存储装置。（4）环境监测控制模块主要包括集散控制系统，温度、湿度、光照、供氧调控软件，视频监控系统。

3.有益效果：

（1）绝热和耐压等特性的通用型箱体，可以满足隔振、隔热、耐压等要求，可抵御航天器发射和回收时恶劣的力学环境。（2）果蝇的航天搭载生命保障系统，可以为果蝇生长和繁育提供合适的温度、湿度、供氧和光照等条件，满足果蝇生长的基本需求。（3）果蝇的空间行为学研究监测系统，可以开展航天搭载果蝇的运动能力、学习记忆能力、求偶行为和昼夜活动节律周期等空间行为学研究。（4）环境监测控制模块，采用模块化的设计和数字化的操作系统，使各项功能共同协作，可完成监测、控制以及数据传输等任务。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1中，3.果蝇的空间行为学研究监测系统，4.环境监测控制模块，5.气密耐压箱体，6.基板，7.绝热支撑结构，8.半导体致冷器，9.接口，10.辐射探测器，11.分布式智能感知单元，12.摄像元件，14.光照系统，15.湿度及供氧系统。

图2中，18.培养单元，19.红外发射管，20.微型红外摄像元件，21.培养管。

具体实施方式

本发明主要设计为四部分，分别为：绝热和耐压等特性的通用型箱体1，果蝇的航天搭载生命保障系统2，果蝇的空间行为学研究监测系统3，环境监测控制模块4。

绝热和耐压等特性的通用型箱体1，采用夹层结构，内层选择经过力学环境测试过的气密耐压箱体5，包裹航天多层隔热薄膜进行隔热；外层由安装基板6和五块盖板组成，气密耐压箱体由绝热支撑结构7固定在安装基板6上，同时将半导体致冷器8置于两者之间，通过半导体致冷器的双向工作即可实现内层的双向主动温控；并且箱体设有统一和标准化的接口9，箱内安置辐射探测器10，可以记录存储辐射粒子和辐射剂量等数据，箱内安置各种分布式温度、湿度、光照、供氧、微重力智能感知单元11，可以分别探知箱内温度、湿度、光照、供氧、微重力变化等参数，并且在箱内安装摄像元件12，监控箱内情况。此外，预留部分接口以便未来实现功能升级和改造，拓展功能应用领域。箱体的形状、尺寸、重量可以需根据航天器要求进行调整。

果蝇的航天搭载生命保障系统2，由温控系统13、光照系统14以及湿度及供氧系统15组成。

温控系统13由温度传感器、温控电路、温控执行元件三部分组成。在箱体里安置温度传感器，温度传感器采集并放大温度信号后，传递给控制系统，由控制系统输出相关的控制量，采用半导体致冷器8作为温控执行元件；控制量控制继电器的通断和开关管通断的时间，从而控制执行器，去加热或者制冷培养箱，达到控制温度的目的；控制系统控制着两个继电器，一个控制着温控电路的通断，另一路控制着通过执行器的电流的方向，即控制加热还是制冷。本实验舱温度范围设定为15ºc~35ºc，精度为±1ºc。

光照系统14采用发光效率高的、不同颜色发光的光源网格点阵分布；通过软件设置可以控制光的颜色、光源分布、光的波长、强度和闪烁频率；光源在内壁均匀布局，为装备内部营造一个均匀分布的光照条件，照度在0～10000lux范围内可调，波长在380nm～780nm范围内可调；光照控制驱动电路实现模拟光照变化，它由计时器控制信号，实现控制功能。

湿度及供氧系统15由电机驱动机械设备，定时提供培养箱内的水和氧气，电机驱动器的供电电源端加入恒流电路，控制电机的驱动电流，电机的控制脉冲或控制信号由控制系统提供。保证培养箱内不低于地球空气20.95%的含氧量，湿度40％~80％rh，湿度精度±5.0％。

果蝇的空间行为学研究监测系统3包括多组果蝇行为监测器16以及相应的存储装置17。果蝇行为监测器，主要是在一个可以更换培养基的培养单元18周围均匀装有四对红外发射管19及相应的存储装置17，用于记录果蝇的活动次数，顶部装有二个微型红外摄像元件20用于记录果蝇的行为，同时配备有相应的存储装置。

环境监测控制模块4：采用集散控制系统，实时、准确地采集装备内部有关数据。系统通过前端各种分布式智能感知单元11采集环境参数，将异构数据传输到控制中心预处理系统，预处理系统完成异构数据的统一交换后，输入到搭载装置，对各个环境参数进行精确的监测和调控。研究人员还可以通过采集系统中的视频监控单元12实时掌握现场环境情况，为信息采集提供辅助决策手段。

技术特征：

技术总结
本发明涉及航天仪器领域，特别涉及一种果蝇太空搭载实验装备，该装备包括四个部分，分别为：绝热和耐压等特性的通用型箱体，果蝇的航天搭载生命保障系统，果蝇的空间行为学研究监测系统以及环境监测控制模块。该装备可以满足隔振、隔热、耐压等要求，可抵御航天器发射和回收时恶劣的力学环境；可以为果蝇生长和繁育提供合适的温度、湿度、供氧和光照等条件，满足果蝇生长的基本需求；可以开展航天搭载果蝇的运动能力、学习记忆能力、求偶行为和昼夜活动节律周期等空间行为学研究；采用模块化的设计和数字化的操作系统，使各项功能共同协作，可完成监测、控制以及数据传输等任务。本发明的成功研制将为深入研究空间生命科学提供技术支撑条件，对于推进人类开展空间科学实验研究具有十分重要的科学意义和实际应用价值。

技术研发人员：唐超;蔡澎;张紫燕
受保护的技术使用者：中国科学院城市环境研究所;中国科学院大学
技术研发日：2017.10.30
技术公布日：2019.05.07