預測材料在太空的壽命
空間科技快訊
2018年第8期
中科院空間應用中心戰略規劃室主辦
科學家用模擬重力研究芥菜幼苗植物重力感應
俄亥俄衛斯理大學的植物學家利用國際空間站微重力環境進行植物重力感知系統實驗，研究植物根系生長行為和感知系統。研究人員通過兩種芥菜幼苗（一個是擬南芥野生型，一個是非澱粉型基因變化品種）對微重力的適應性，測量整體靈敏度來模擬重力。研究的核心問題是，能夠引起植物細胞重量（澱粉）降低的最小重力是多少？
種子在暗盒內沿著薄膜排列，隨後通過EMCS暴露在模擬重力中
研究利用歐洲模塊化培養系統（EMCS）的加速度來模擬重力。研究人員將幼苗放在種子盒中，沿著離心轉子的徑向葉片排列，以便控制旋轉臂上任一點的重力強度，通過有控制的自旋，一次測試數百個不同程度的重力。當離心機加速關閉時，科學家還可以測量幼苗對微重力的反應並建立基線。實驗採用的變重力環境為從千分之四個地球重力到一個地球重力（0.004g-1g）。
研究表明，擬南芥野生型幼苗中，澱粉就像一個吊在根尖上的砝碼，引導根系伸往地球方向。而非澱粉型植物即使沒有了澱粉，但其突變的基因仍保留了相同的感知系統，仍然可以感知重力，只是感知閾值更高，而且無法引導移動，確定植物生長方向的誘因完全不同。
擬南芥在EMCS種子盒中生長
這項研究不僅能優化綠色植物在太空的生長，在地球上，根部的重力感應還影響植物對乾旱、洪水和肥料的響應能力，了解植物的重力感應，可培育特製品種，選擇適合植物根部生長的不同施肥水平、土壤組成和環境。
預測材料在太空的壽命
幾乎任何產品都有保質期，那航天器使用的材料呢？在地球上，我們呼吸的氧氣是由兩個氧原子組成的，但是在太空中，太陽射線把氧分解成單一的氧原子，產生原子氧。當航天器（如空間站和補給車）在低地球軌道飛行時，原子氧與其表面反應，發生材料侵蝕，如聚合物。此外，輻射會導致航天器材料出現脆化和裂紋。研究材料在太空的確切壽命至關重要。NASA格倫研究中心的高級材料研究工程師Kim de Groh正在為此收集國際空間站材料實驗（MISSE）採集的數據。
Kim de Groh展示MISSE-9樣品
四月，De Groh將通過SpaceX龍飛船把138種不同材料的樣品送往國際空間站，作為MISSE第一批實驗樣品，利用空間站外部新的材料檢測平台——MISSE-Flight Facility（MISSE-FF），分析原子氧和輻射對暴露聚合物、複合材料和塗料的影響，從而預測航天器性能和耐久性。
MISSE-9將材料暴露在空間站的各個飛行方向上，前向、後向、面向太空以及面向地球，每個方向的飛行樣品將顯示不同位置原子氧和太陽輻射對材料的影響。研究人員預計，前向樣品中原子氧暴露量最高和後向樣品的氧原子暴露量最低，面向太空的樣品受到的太陽輻射最高，面向地球的樣品受到的太陽輻射最低。實驗每月對樣品進行拍照，記錄顏色變化和開裂情況。MISSE-9樣品將在太空停留一年後被送返回地球進行分析。
MISSE-2原子氧侵蝕圖
De Groh從2001年開始參與MISSE實驗，並與同事Bruce Banks一起開發了可在太空預測材料侵蝕的模型。MISSE數據已經為無數地球觀測衛星的設計選擇提供支持。
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