本系统为科学实验仪器领域的创新成果,专注于生物培养的地外弱磁场环境模拟。系统由弱磁环境模拟筒体、温度控制模块、冷凝水回收模块、承重生物培养台四大核心组成。集成地外弱磁场模拟与环境控制功能,实现温度、湿度、光照的精准调控,以及冷凝水的个性化回收利用。在材料选择和设计上充分考虑生物学和生态学实验需求,确保装置的承重能力和高稳定性,包括结构稳定性和化学稳定性。适用于植物、动物、微生物等在弱磁场条件下的生物学和生态学研究。
背景技术
随着人类航天事业的发展,如中国的嫦娥系列、天问系列任务和国际月球科研站大科学装置、美国的阿尔忒弥斯计划(Artemis Program)以及火星探测系列任务等的不断推进,为空间生命科学、空间生态学领域的技术和理论发展提出了新的要求和快速发展的契机。其中包括能够为人类地外生存提供最先进生命保障的生物再生生命保障系统相关理论和技术。在地外典型的极端环境因素中,磁场环境作为生物生命活动过程中的恒定不变环境因素之一,在生物体的生命活动中发挥着重要的作用。而月球和火星上的磁场环境显著不同于地面,均无全球性偶磁极,月球上绝大部分是零磁场,极少部分区域由于其表面的磁性矿物的存在而具有100nT-300nT的磁场;火星上,目前基于美国火星全球探测者(MarsGlobal Surveyor,MGS)卫星在高度400千米左右的磁场观测数据,火星表面分布着由磁性岩石矿物形成的局部磁场,强度通常达到上千nT。相比之下,地球具有全球性的磁场,即地磁场,地磁场可视为地心轴向的偶极磁场,磁感应强度在25μT-65μT之间,平均大小在50μT左右,其范围覆盖整个地球及近地空间,目前的地磁南极靠近地理北极,地磁北极靠近地理南极。由此可见,虽然针对月球和火星的磁场测定结果可能还存在较大的不确定性,但是基本可以清晰的确定,月球和火星的磁场是显著不同于地球磁场环境的。
那么人类在探测月球和火星的过程中,离开地球在地外的生存保障必然需要有植物、动物、微生物组成的生物再生生命保障系统,而植物、动物、微生物,在长期进化过程中已经适应了地球上的磁场环境,当磁场环境发生变化,其生命活动势必发生显著的变化,进而导致系统构建和运行调控参数显著不同于地面。因此,若想在地外环境中建立并稳定运行生物再生生命保障系统,就必须研究清楚植物、动物、微生物对地外弱磁场环境的响应和适应规律及其深层机制,为月面或火星等地外。开展植物、动物、微生物在弱磁环境下的培养研究,而搭载相关深空探测科学载荷,到月面或火星火星表面开展实验研究,则一方面受限于资源限制,较难开展较长生命周期、较大规模、较多测试指标研究,另一方面样品较难返回,较难开展分子或基因等深层的研究。因此,必须研发能够屏蔽地面磁场,模拟月面或火星表面的磁场环境,且能够控制温度、湿度、光照等生物生命活性必须调控的环境因素的实验装置。
以往研制的磁屏蔽装置均是针对检测设备、机电设备等,通过磁屏蔽来保障或提高设备的运行性能,还未有能够调控温度、湿度、光照等环境因素来培养植物、动物、微生物等弱磁环境模拟设备,其中的技术难点是在保障了弱磁场环境的同时实现对培养室内温度、湿度、光照环境的调控,同时回收冷凝水。因此,本发明开发了一种适用于生物培养的地外弱磁场环境模拟装置,在屏蔽地面磁场模拟地外空间弱磁场的同时,可以实现对弱磁场有效空间内的温度、湿度和光照环境的调控,以及冷凝水的回收等,能够更好的支撑面向地外弱磁环境的生物学和生态学研究。
实现思路