太空拉曼上央视，拉曼在太空用于哪些研发，一篇文章为你分析的明明白白！

发布时间： 2021-06-22 01:03 来源：南京简智仪器设备有限公司

简智仪器

航天产品供应商

国家标准起草单位

拉曼光谱技术变革推动者

拉曼快检领军企业

近日，神舟十二号成功发射，中国航天员顺利进驻空间站等事件备受全国举目。随着航天员在核心舱内工作的影像资料流出，引发了在地球的网友们热烈讨论，例如：

航天员的一日三餐都吃啥？

听说这次准备了 120 多种航天食品（工作生活3个月）。像鱼香肉丝、宫保鸡丁等这些家常菜都带上了，还有饭后甜点冰淇淋。

展示农业大国本色，太空种菜不再难

天宫空间站种菜

中国空间站该怎么收费？

以美国为例，根据美国航天局网站发布的报告中显示，截止今年7月，为了将宇航员送到国际空间站，美国多次借用俄罗斯的“联盟号”飞船，目前已经累计向俄罗斯支付了39亿美元(相当于270亿人民币)的“座位费”!

不会中文吃不开

网友温馨提示：想来中国空间站，要先学好中文哦！

央视曝光漂亮大气的中国空间站，航天员操作界面全都是中文。

当看到此处新闻时，简小智眼前一亮，太空拉曼光谱仪上央视新闻了！拉曼光谱技术首次被应用在载人航天领域，成为空间站实验室的“标配常驻仪器”，代表我国精密光学仪器研制技术在载人航天领域的一次突破。

本次三名航天员在空间站不仅充当一次“快递小哥”，还要验证再生循环保障系统和自身健康管理，以及开展空间科学实验和技术试验等工作。

那么，太空拉曼光谱仪在空间站中主要负责哪些研究项目呢？

太空拉曼光谱仪主要负责“基于拉曼光谱分析的在轨营养代谢组学研究”，根据《空间站实验手册》中公开信息描述，拉曼光谱技术将用于“检测人体尿液中的代谢产物水平”，其核心指标为“太空拉曼光谱仪增敏倍数（与比色皿相比）≥40 倍” （见《空间站实验手册》p.15 表5.1）

➤ 为什么是在轨营养代谢组学研究？

拉曼光谱近几年获得了非常迅速的发展，其无损、准确、快速、不受水影响等诸多优势使得其应用领域涵盖材料，生物，矿物，理化分析等诸多行业。相对而言，拉曼技术在尿液中代谢物分析研究上，显得比较冷门。拉曼技术首次应用到空间站研究中，为什么会选择这样一个研究方向一定是很多人感到疑惑的。

首先，太空实验环境与地面实验环境截然不同，其关注重点，适用技术手段也有很大的差别。

我国此前并未有过航天员长期在空间站生活的经验，而此次中国空间站中，航天员将生活超过90天，微重力环境对航天员生理系统影响的研究就显得非常重要了。因此在《空间站实验手册》中，“人系统研究机柜”被编为01号研究柜，也是首批随天和核心舱发射升空的研究机柜。并且根据功能描述，其兼具研究和监测功能，使用周期将贯穿整个空间站的运行周期。

其次，从研究手段来讲，地面环境中对尿液中代谢组分的测量有非常成熟的方法，如采用GC、GC/MS等方法进行分析研究已经非常成熟。但空间站环境截然不同。由于空间站的微重力，全密封环境，使得很多仪器无法正常工作，并且实验环境也无法保证，例如微重力环境下的液液混合操作，不仅很难进行而且有很大的风险，更不要说实验处理过程中用到的挥发性液体在空间站密闭环境中产生的危害。这样一来，更适合进行原位无损测量的拉曼光谱技术反而成为了非常适合的选择。

➤ 增敏倍数（与比色皿相比）≥40 倍

《空间站实验手册》中关于太空拉曼光谱仪的核心性能指标只有这样一条，为什么增敏倍数如此重要？而近几年飞速发展的SERS表面增强拉曼技术，已经可以做到比较稳定的10^6以上倍数的增敏，这里的40倍又是怎样的指标？

简智研究院专家表示，前面已经提到了在空间站实验环境的特殊性，因此基于溶胶液液混合，或芯片式的SERS增敏方式就不太适用了。另外，太空中也缺乏做复杂前处理的条件，因此无法采用在地面环境中常见的尿液代谢物检测的技术手段。

如果不使用SERS增敏，那么要对拉曼信号进行增强，综合近年来多种文献，方法包括相干拉曼，差分拉曼，夜芯波导拉曼，共振拉曼等几种。这些增敏方式的增敏效果都不可能和SERS方法相比，因此不能以SERS增敏效果指标来看待。其中，相干拉曼和共振拉曼更适于进行单组分测定，不太适用于多组分测定。而根据“在轨营养代谢组学研究”的要求，不可避免的会涉及到定量测量，因此其增敏效果不仅需好，还需要稳定。这样看来，差分拉曼技术和夜芯波导拉曼技术就是最可能使用的技术了。

另外，由于保密要求，《空间站实验手册》中也只会公布个别核心指标，在实际要求中，对于交付产品的各项性能指标应该都有非常详尽的设定。

➤ 拉曼光谱技术在空间站将来是否会拓展更多的研究方向

根据本次公布的《空间站实验手册》中公开的内容，目前太空拉曼光谱仪仅用于“在轨营养代谢组学研究”，对于拉曼技术而言，似乎可以有更多的研究方向。

简智研究院专家组分析，载人航天办公室发布《空间站实验资源手册》的目的，就是向科学界征集有价值的研究方向和实验项目，相当于告诉全国的科学家，我们建立了一个独一无二的实验室，里面有这么多实验仪器资源，你们有好的研究课题都可以来申请进行研究。

同时我们通过已发布的信息可以看到，本次太空拉曼光谱仪设计采用“标准抽屉单元SDU”设计。SDU标准模块对实验单元的结构尺寸，安装方式，电源特性，通讯接口等方面都做了标准化约定，这使得采用SDU设计的实验单元，可以被很容易的拆装到其他实验机柜上，自然是为了拓展其他领域的实验项目做的准备。

（上图摘自《中国空间站空间科学实验资源手册》 p.8）

同时，由于空间站将运行超过十年的时间，为了保证在轨仪器设备可以保持最佳的工作状态并应用最新的技术成果，空间站仪器大多会采用ORU设计（Orbital Replacement Unit），使得其核心组件做到可在轨更换。这样，在未来如果相应技术获得一些突破或者指标的显著提升时，可以通过货运飞船发送ORU组件，并在空间站内实现仪器的升级更新。当然，采用SDU设计的实验单元本身也可以进行整体更换或新增。