CN111423979A - 空间搭载试验箱及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空间微生物研究领域，提供一种空间搭载试验箱及其制备方法，包括：箱体，外表面的每个边和角均进行倒角处理，内部设置分格结构，每个格子均用于放置装载微生物材料的一级容器；底座，设置在箱体内部的底部，为通孔阵列结构，每个通孔的形状与一级容器的底部形状相同，底座用于固定所述一级容器；外盖，密封在箱体上，外表面的每个边和角均进行倒角处理。本发明可以使多种微生物材料或小型生物材料同时进行空间飞行试验，具有良好的兼容性，同时倒角处理防止试验箱与航天器舱内其他物品或航天员碰撞时造成损伤，实现了微生物空间搭载试验的规模化，搭载容器的规范化，通用性好、可靠性高。

Description

空间搭载试验箱及其制备方法

技术领域

本发明涉及空间微生物研究领域，尤其涉及一种空间搭载试验箱及其制备方法。

背景技术

20世纪航天技术的发展是人类最伟大的科技成就之一，1961年苏联宇航员加加林首次进入太空之后，人们对航天生物学试验的兴趣猛增，并诞生了空间生命科学这一新兴学科，由此开始，科学家们致力于研究太空特殊的环境条件对各种生物的影响。

微生物是地球上含量最丰富的生命形式，也是人类赖以生存的丰富生物资源，与人类有着密不可分的共生关系。而微生物材料因其体积小、质量轻，易于操作等特点，在航天器上下行资源极其珍贵的飞行机会面前就具有了独特的优势，成为了研究人员进行空间搭载试验的首选。

美国和前苏联等国的科学家很早就发现空间环境能够影响微生物生长发育及代谢产物的变化，并且能够引起微生物遗传物质变异，且对空间诱变产生的机制进行了较深入研究。从1987年至今，我国也已经有过多次微生物空间搭载试验的经历，我国研究人员在开展微生物空间生物学效应研究的同时，还利用空间环境对微生物造成的变异，开发新的菌种资源，开创了微生物航天诱变育种这一新的应用领域。随着我国航天技术的快速发展和空间站工程的稳步实施，未来我们将有更多机会利用返回式航天器对微生物、植物、小型动物等生物材料实施短期和中期在轨飞行，开展空间搭载诱变试验。

但现有的微生物空间搭载试验属于零散搭载行为，搭载容器的材质、形状、容量等随机性较强，存在搭载容器不规范、通用性差的问题。

发明内容

基于此，本发明实施例提供了一种空间搭载试验箱及其制备方法，以解决现有技术中的微生物空间搭载试验为零散搭载行为，且搭载容器不规范、通用性差的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种空间搭载试验箱，包括：

箱体，外表面的每个边和角均进行倒角处理，内部设置分格结构，所述分格结构中每个格子均用于放置装载微生物材料的一级容器；

底座，固定在所述箱体内部的底部，为通孔阵列结构，每个通孔的形状与所述一级容器的底部形状相同，所述底座用于固定所述一级容器；

外盖，密封在所述箱体上，外表面的每个边和角均进行倒角处理。

进一步地，所述箱体的外表面还设置安装接口；

所述安装接口用于将所述箱体安装在航天器上。

进一步地，所述箱体的外表面和所述外盖的外表面均设有多个减重槽。

进一步地，所述箱体的边框设有凹槽，所述凹槽用于放置密封圈；

所述外盖通过所述密封圈密封在所述箱体上。

进一步地，所述密封圈的材质为硅橡胶、丁基橡胶、丁氰橡胶和氟硅橡胶中的任意一种。

进一步地，所述分格结构的形状和尺寸均根据所述一级容器进行调节。

进一步地，所述箱体、所述分格结构、所述底座以及所述外盖的材质均为铝合金、钛合金、ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)塑料和碳纤维中的任意一种。

进一步地，所述外盖的材质为石英玻璃或特种玻璃的透明材质。

进一步地，所述空间搭载试验箱还包括保温层和温度控制模块；

所述温度控制模块固定在所述箱体的外表面上，所述保温层包裹在所述箱体的外表面上，所述温度控制模块在所述保温层内部；所述温度控制模块用于对所述箱体进行温度控制。

本发明实施例的第二方面提供了一种空间搭载试验箱的制备方法，包括：

制备内部有分格结构的箱体，所述箱体的外表面的每个边和角均进行倒角处理，每个格子均用于放置装载微生物材料的一级容器；

制备为通孔阵列结构的底座，所述底座用于固定所述一级容器，其中每个通孔的形状与所述一级容器的底部形状相同；

将所述底座固定在所述箱体内部的底部；

制备设有减重槽的外盖，所述外盖的外表面的每个边和角均进行倒角处理；

将所述外盖密封在包括所述底座的所述箱体上。

进一步地，所述空间搭载试验箱的制备方法还包括：

掏铣制备内部有分格结构且底部有通孔阵列结构的箱体；

制备设有减重槽的外盖，所述外盖的外表面的每个边和角均进行倒角处理；

将所述外盖密封在包括所述底座的所述箱体上。

本发明实施例的空间搭载试验箱及其制备方法与现有技术相比存在的有益效果是：主要包括箱体、内部设置分格结构、底座和外盖；箱体内部设置分格结构，每个格子均用于放置装载微生物材料的一级容器，底座的通孔阵列结构固定一级容器，实现了多种微生物材料或小型生物材料同时进行空间飞行试验，具有良好的兼容性，实现了微生物空间搭载试验的规模化，搭载容器的规范化，通用性好、可靠性高；且箱体和外盖的外表面的每个边和角均进行倒角处理，可以防止试验箱与航天器舱内其他物品或航天员碰撞时造成损伤。

附图说明

图1是本发明实施例提供的空间搭载试验箱的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的底座的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的空间搭载试验箱的内部结构示意图；

图4是本发明实施例提供的带有接口的空间搭载试验箱的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的空间搭载试验箱中设置的温控模块的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的空间搭载试验箱的制备方法的实现流程示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

参见图1和图3，为本实施例中空间搭载试验箱的结构示意图。为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。

本实施例的空间搭载试验箱主要包括：箱体1、箱体内部的分格结构2、底座3和外盖4。本实施例的试验箱可以集中装载微生物材料并进行空间搭载试验，对置于其中的微生物材料起到支撑、固定、保护的作用，应用于返回式卫星或返回式飞船等航天器的返回舱中，实现微生物材料的批量航天搭载与空间诱变，并且保证微生物的存活状态。

随着我国航天技术的快速发展和空间站工程的稳步实施，未来我们将有更多机会利用返回式航天器对微生物、植物、小型动物等生物材料实施短期和中期在轨飞行，开展空间搭载诱变试验。由于之前的微生物空间搭载试验属于零散搭载行为，搭载容器材质、形状、容量、接口设计等随机性较强，因此本发明提供了一种微生物空间搭载试验的专用容器，以实现可推广、模块设计、规范加工、通用性强、规模化搭载的目的。

具体的，箱体1内部设置分格结构2，分格结构2中每个格子均用于放置装载微生物材料的一级容器。底座3固定在箱体1内部的底部，底座3为通孔阵列结构，如图2和图3所示，每个通孔的形状与一级容器的底部形状相同，底座3用于固定一级容器。外盖4密封在箱体1上，通过密闭设计避免与外部进行空气交流，也防止试验箱内部的空气外泄。

箱体1和外盖4的外表面的每个边和角均进行倒角处理。边和角的倒角处理是将箱体1的外表面的三个边形成的交角处理成圆弧形，以防止交角与航天器舱内其他物品或航天员碰撞时造成损伤。

其中，一级容器与微生物直接接触，可以实施微生物材料的空间搭载试验，也可以实施植物种子、幼苗、小型动物的空间搭载试验，一级容器需满足外形规则，能独立密封，能耐受-20℃至40℃的环境温度，无生物毒性等需求，可以于生物试验耗材市场采购等。本实施例的试验箱是进行微生物空间搭载试验的二级容器，不与微生物材料发生直接接触，诸多进行空间试验的微生物材料须事先装入一级容器，然后再统一装入二级容器，即本发明所述的空间搭载试验箱。

上述空间搭载试验箱，实现了多种微生物材料或小型生物材料同时进行空间飞行试验，具有良好的兼容性，实现了微生物空间搭载试验的规模化，搭载容器的规范化，通用性好、可靠性高；且箱体1和外盖4的外表面的每个边和角均进行倒角处理，可以防止试验箱与航天器舱内其他物品或航天员碰撞时造成损伤。

在一个实施例中，箱体1的外表面和外盖4的外表面均设有多个减重槽。参见图1和图4，其减重设计是通过计算箱体承重位置与非承重位置，保留承重位置材料的厚度，而将非承重位置材料的厚度减半，从而实现箱体减重，可以承受航天器上行和下行过程中的振动和冲击，节省上下行载荷资源。

进一步地，箱体1是试验箱的支撑结构，也是微生物材料的二级容器。可选的，箱体1的材质可以选自铝合金、钛合金、ABS塑料、碳纤维中的任意一种，即需要具有易于加工、轻质、坚固、抗冲击和抗振动等性能。在加工过程中，箱体1可以由整体材料掏铣制成，厚度可以为10-20mm，通过减重设计减轻试验箱自重，边和角作倒角处理防止碰撞时损伤。箱体1的边框设有凹槽，用于放置密封圈，防止气体外泄。可选的，密封圈的材质可以选择硅橡胶、丁基橡胶、丁氰橡胶、氟硅橡胶中的任意一种。

本实施例对箱体1的形状不进行限定，可以为四方体，如图1，也可以为圆柱体，如图5，且箱体的尺寸不进行限定，可以根据一级容器的数量、高度、尺寸等进行确定。

示例性的，参见图3，箱体1的材质可以为铝合金、钛合金、ABS塑料、碳纤维中的任意一种，厚度可以为10mm，其尺寸可以为308*204*61(长*宽*高)，单位mm，精度±1mm。箱体1内部的分格结构2为2列，每列6行设计，形成12个区域，每个区域可容纳20支一级容器，一级容器安装完毕后盖上外盖4，加密封圈和螺钉加固，统一装入航天器返回舱，其中一级容器可以为2毫升容积的冻存管，按本实施例设计、加工的试验箱共可容纳240支一级容器，这些一级容器利用箱体1内部底座4进行安装和固定。

在一个实施例中，参见图4，箱体1的外表面还设置安装接口5，安装接口5用于将箱体1安装、固定在航天器或其他设备上，即本发明的箱体1在航天器舱内可以通过捆扎安装或者通过安装接口进行安装，其中的安装接口的尺寸可以根据舱内安装点的输入信息确定。

示例性的，参见图4，箱体1的材质可以为铝合金、钛合金、ABS塑料、碳纤维中的任意一种，厚度可以为10mm，其尺寸为460*304*58(长*宽*高)，单位mm。箱体1内部可以不做区域划分，一级容器紧密排列于试验箱内，通过底座3进行固定，在一级容器安装完成后，安放密封垫圈，盖上外盖4，并用螺钉加固，其中一级容器可以是2毫升容积的冻存管，按本实施例设计、加工的试验箱共可容纳600支一级容器。

进一步地，分格结构2的形状和尺寸均根据一级容器进行调节，即箱体1内部空间的形状或规格可根据微生物材料的需要进行调整，便于装有微生物材料的一级容器的安放，且满足不同规格一级容器的分区。分格结构2使用的材料可以与箱体材质相同，也可以根据需要进行调整，分格结构2可以在加工箱体1时与箱体1同时成型，也可以单独加工成型后再装入箱体1中，内部分格的形状、尺寸与一级容器的规格相匹配。本实施例对分格结构2的格子的数量不进行限定，可以为1个，也可以为3个，6个，或多个等等，具体可以根据微生物种类和一级容器的尺寸形状进行设定。

进一步地，本实施例的底座3用于辅助固定排列分布于试验箱中的一级容器。底座3的材质可以与箱体1和/或分格结构2的材质相同，也可以根据使用需求进行更换，底座3的通孔的形状、尺寸与一级容器底部的规格相匹配。底座3是结构可以单独设计、加工后再粘合固定在箱体1内部的底部，也可以在箱体1加工过程中与箱体1同时成型。本实施例对底座3的通孔的数量不进行限定，可以为1个，也可以为3个，6个，或多个等等，具体可以根据微生物的尺寸和数量进行设定。

可选的，箱体1、分格结构2、底座3以及外盖4的材质均为铝合金、钛合金、ABS塑料和碳纤维中的任意一种。

在一个实施例中，外盖4的材质可以为石英玻璃或特种玻璃的透明材质。为方便航天员照料，当本实施例的箱体1作为试验模块使用时，可以选择透明材质的上盖4，以便于试验过程中的观察。

在一个实施例中，空间搭载试验箱还可以包括保温层和温度控制模块6，温度控制模块6固定在箱体1的外表面上，保温层设置在箱体1的外表面，将温度控制模块6包裹，温度控制模块6对箱体1进行温度控制，即本实施例的试验箱可以作为无源空间搭载装置单独使用，也可以作为转运模块，与其他设备组合使用。可以通过增加保温层和温度控制模块6，实现微生物材料在轨培养和试验功能。

可选的，温度控制模块6包括导轨61和热敏电阻62。示例性的，参见图5，箱体1的材质为铝合金，箱体1为直径30mm，深度20mm的圆柱腔体，在箱体1的外表面设置加热丝缠绕的导轨61并在合适位置放置热敏电阻62，之后整体用隔热保温层包裹，作为一个试验模块装入其他试验装置中。其中微生物材料预先装入试验箱中，待进入轨道后由航天员启动在轨培养实验。

可选的，本实施例的试验箱还可以包括照明设备，例如LED灯，照明设备设置在箱体1上，便于实验员观察。

上述实施例，可以使多种微生物材料或小型生物材料同时进行空间飞行试验，具有良好的兼容性，实现了微生物空间搭载试验的规模化，搭载容器的规范化；试验箱可以同时容纳多种规格的一级容器，具有良好的通用性；且试验箱可以作为单独装置在无源状态下使用，亦可在有需要时加入温度控制模块6，实施环境可控的空间微生物培养试验使用，具有良好的拓展性；另外试验箱可以按照所搭乘航天器相应的舱内组件验收级环境试验条件进行验收，具有良好的可靠性，并在箱体1的边缘设置与航天器舱内的接口连接的安装接口5，安装接口5固定试验箱，且箱体1和外盖4的外表面的每个边和角均进行倒角处理，可以防止试验箱与航天器舱内其他物品或航天员碰撞时造成损伤。

参见图6，本实施例还提供了一种空间搭载试验箱的制备方法，具体如下：

步骤S601，制备内部有分格结构的箱体，所述箱体的外表面的每个边和角均进行倒角处理，每个格子均用于放置装载微生物材料的一级容器；

步骤S602，制备为通孔阵列结构的底座，所述底座用于固定所述一级容器，其中每个通孔的形状与所述一级容器的底部形状相同；

步骤S603，将所述底座固定在所述箱体内部的底部；

步骤S604，制备设有减重槽的外盖，所述外盖的外表面的每个边和角均进行倒角处理；

步骤S605，将所述外盖密封在包括所述底座的所述箱体上。

进一步地，所述空间搭载试验箱的制备方法还包括：

掏铣制备内部有分格结构且底部有通孔阵列结构的箱体；制备设有减重槽的外盖，所述外盖的外表面的每个边和角均进行倒角处理；将所述外盖密封在包括所述底座的所述箱体上。

上述实施例的空间搭载试验箱的制备方法，实现了多种微生物材料或小型生物材料同时进行空间飞行试验，具有良好的兼容性，实现了微生物空间搭载试验的规模化，搭载容器的规范化，通用性好、可靠性高；且箱体和外盖的外表面的每个边和角均进行倒角处理，可以防止试验箱与航天器舱内其他物品或航天员碰撞时造成损伤。

本领域技术人员可以理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种空间搭载试验箱，其特征在于，包括：

箱体，外表面的每个边和角均进行倒角处理，内部设置分格结构，所述分格结构中每个格子均用于放置装载微生物材料的一级容器；

底座，固定在所述箱体内部的底部，为通孔阵列结构，每个通孔的形状与所述一级容器的底部形状相同，所述底座用于固定所述一级容器；

外盖，密封在所述箱体上，外表面的每个边和角均进行倒角处理。

2.如权利要求1所述的空间搭载试验箱，其特征在于，所述箱体的外表面还设置安装接口；

所述安装接口用于将所述箱体安装在航天器上。

3.如权利要求1所述的空间搭载试验箱，其特征在于，所述箱体的外表面和所述外盖的外表面均设有多个减重槽。

4.如权利要求1所述的空间搭载试验箱，其特征在于，所述箱体的边框设有凹槽，所述凹槽用于放置密封圈；

所述外盖通过所述密封圈密封在所述箱体上。

5.如权利要求4所述的空间搭载试验箱，其特征在于，所述密封圈的材质为硅橡胶、丁基橡胶、丁氰橡胶和氟硅橡胶中的任意一种。

6.如权利要求1所述的空间搭载试验箱，其特征在于，所述分格结构的形状和尺寸均根据所述一级容器进行调节。

7.如权利要求1所述的空间搭载试验箱，其特征在于，所述箱体、所述分格结构、所述底座以及所述外盖的材质均为铝合金、钛合金、ABS塑料和碳纤维中的任意一种。

8.如权利要求1所述的空间搭载试验箱，其特征在于，在需要通过外盖进行观察时，所述外盖的材质为石英玻璃或特种玻璃的透明材质。

9.如权利要求1至8任一种所述的空间搭载试验箱，其特征在于，所述空间搭载试验箱还包括保温层和温度控制模块；

所述温度控制模块固定在所述箱体的外表面上，所述保温层包裹在所述箱体的外表面上，所述温度控制模块在所述保温层内部；所述温度控制模块用于对所述箱体进行温度控制。

10.如权利要求9所述的空间搭载试验箱，其特征在于，所述保温层的材质为聚氨酯泡沫、聚氯乙烯泡沫和酚醛泡沫中的任意一种。

11.一种空间搭载试验箱的制备方法，其特征在于，包括：

制备内部有分格结构的箱体，所述箱体的外表面的每个边和角均进行倒角处理，每个格子均用于放置装载微生物材料的一级容器；

制备为通孔阵列结构的底座，所述底座用于固定所述一级容器，其中每个通孔的形状与所述一级容器的底部形状相同；

将所述底座固定在所述箱体内部的底部；

制备设有减重槽的外盖，所述外盖的外表面的每个边和角均进行倒角处理；

将所述外盖密封在包括所述底座的所述箱体上。

12.如权利要求11所述的空间搭载试验箱的制备方法，其特征在于，所述空间搭载试验箱的制备方法还包括：

掏铣制备内部有分格结构且底部有通孔阵列结构的箱体；

制备设有减重槽的外盖，所述外盖的外表面的每个边和角均进行倒角处理；

将所述外盖密封在包括所述底座的所述箱体上。

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