开启“无尽之门”,如何把自己的基因送进太空

“通过运送大脑的形式完成远距离太空旅行”,这是科幻小说 《三体》中的描述,作者刘慈欣从2018年10月29日开始,体验了一把与自己的畅想异曲同工的太空之旅。

10月29日,由长征二号丙运载火箭向太阳同步轨道发射了8颗卫星。包含容器在内,总重近150克的基因太空保存实验载荷搭载于“天仪研究院”研制的“潇湘一号02星”上,其中保存有大约0.1g基因样本。这是由陈实发起的太空基因保存计划“无尽之门”第一次踏上征途。

图:保存基因的特制容器

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为什么要把基因存入太空

把基因送入宇宙空间,即使地球生物圈毁灭,基因信息依然将长期流浪在太空中,实现物种延续意义上的“永生”。也许将来其它文明捕获基因样本,即可完整复原生物意义上的人类。

在将来的星际航行中,宇宙环境对遗传物质的破坏作用是必须事先了解的内容,将基因送入太空,经过一段时间再进行回收和测定,有助于了解宇宙环境特别是高能粒子对基因的影响,为星际航行储备经验。

目前首次发射的基因样本工作于600km轨道,可以环绕地球运行数千年而不陨落,且不受地球表面一切变故的影响,已经可以实现第一项目标。将来如果将基因样本加速到第三宇宙速度,则可以飞离太阳系,远离太阳的影响。

从社会意义来说,基因太空保存开启了新的“永生”之门,具有很强的话题性和可操作性,有利于唤起人们对空间技术的切身关注。同时,太空基因保存在商业上也具有可持续性,可以为航天发射活动募集资金,推动星际航行的发展。

除了人类基因,地球上所有物种的基因都可以纳入太空保存计划。

怎样把基因送往太空

从理论上讲,所有入轨的航天发射活动都具有携带基因样本的可能。不过,为了尽可能久、尽可能完整的保存基因,对基因样本、保存容器、发射任务都有一些要求。

图:潇湘一号02效果图

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首先,当然是要从活蹦乱跳的人身上提取基因。目前常用的技术是采集血液样本,然后用某种方法(例如磁珠法)将蛋白质、RNA等成分祛除,得到纯净的DNA,经过冷冻和真空干燥处理,得到DNA冻干粉。不过,对于太空保存来说,直接使用冻干生物组织、特制的DNA凝胶也未尝不可。在提取DNA以后,可以进行一次深度测序,以便日后比较。

接下来需要把DNA样本存储于基因容器中。太空中存在很强的宇宙射线,这些射线照射在DNA上,有一定概率引起性质的变化,破坏其完整性。航天器在宇宙空间中不断运动,会承受太阳或其它恒星的辐射功率,温度会发生较大的波动。因此,基因容器需要有辐射防护能力,并具有一定的保温的能力。

“无尽之门”基因容器采用钨铜合金作为外壳。钨具有较高的密度和很高的强度,常被用于制作穿甲弹弹芯,同时是重要的防辐照材料,用于制作放射源的收纳容器。1mm厚度的钨约相当于6.8mm的铝的辐射屏蔽能力。就目前已知的数据,在距离地球3万6千公里的同步轨道上,由于没有地球磁场和大气的保护,宇宙辐射的能量之高、剂量之大远超常人想象。经过14mm厚度的铝屏蔽,依然能在1年的时间里,在生物组织中积累10戈瑞(Gy)的吸收剂量。10Gy相当于照几千次CT,是人的致死剂量。人体只需要部分重要的细胞因辐射而无法繁殖,就会导致整个人的死亡。而细菌这种自己吃饱全家不饿的物种就要好得多,对于辐照灭菌而言,通常需要100~1000Gy的剂量,在该条件下,每个细菌的DNA受到的损伤都足以使其不能繁殖。

可见,即使经过14mm的厚铝板防护,在同步轨道上破坏DNA也只需很短时间。但是,0.1g基因样本里面并不只有一个细胞的DNA,它往往有上亿个细胞的DNA。换句话说,具有充分的“冗余”。学过信息论的同学不难理解,只要平均每一份能剩下一点点,比如万分之一,并且损伤是随机发生的(而不是每一份都损伤同样的位置),通过数据处理,依然能够基本完整的、正确的恢复遗传信息,最终失真的概率可控制到不影响生物复原的程度。加入这个条件以后,可以认为,采用14mm的铝板防护,基因信息理论上可以在同步轨道安全保存1万年。“无尽之门”的基因容器具有大约5mm的钨厚度,相当于34mm厚度的铝防护,其防护效果满足同步轨道及星际航行的需要。不过假如飞到比水星轨道还近的太阳表面,那就自求多福了。

图:“无尽之门”基因容器

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但是钨较脆且难以加工。采用钨铜合金通过粉末冶金的方法,可以解决纯钨的各种缺点,同时保持钨的优异性能。“无尽之门”容器由含铜10.4%的钨铜合金制成,内部采用多层结构,外壳具有深孔,DNA样本装载于胶囊中,由隔热层小杯保护,装于深孔内。一个小的钨铜螺栓顶住深孔外缘的弧形接触面实现高强度密封,整个保存仓不含有机材料。这样的基因容器,还可以做成柱、板、梁等结构件,成为火箭末级或者卫星上的零件,不与发射任务冲突,具有良好的可操作性。

图:“无尽之门”基因容器的安装支架

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 为了增加温度惯性,避免短期高温带来的热损伤,基因容器需要有隔热层。“无尽之门”容器采用了氧化铝隔热层,能够抵御高频温度波动。如果有更严苛的要求,可以增厚隔热层并采取辐射散热措施。基因容器搭载的航天器通常有环境温度和姿态控制能力,比如这次搭载的“潇湘一号02星”,在寿命周期内完全可以好好呵护基因样本。但是航天器的寿命是有限的,甚小卫星通常为几个月到几年,即使像“旅行者”这样的长寿命探测器,也不超过100年。航天器寿命终止后,温度和姿态控制将失效,一会儿面向太阳受热,一会儿背向太阳受冷。这种条件下,就需要基因容器具备低频保温能力。

图:基因容器在卫星上的安装位置。

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 解决了容器的问题,下一步就是把容器装在航天器上,随着火箭发射开启太空之旅了。一般来说,轨道高于600km的航天器具有长期在轨的能力,上千年不会落入地球。而轨道较低的航天器,例如500km和更低轨道,往往在几个月到十几年时间内坠落地球。搭载基因保存任务的航天器,应该具有较高的轨道。太阳同步轨道的发射机会很多,高度能满足在轨千年以上的要求,是现阶段的良好选择。不过,随着对控制太空垃圾的重视,太阳同步轨道的卫星越来越多的采用寿命终止以后主动“刹车”坠地的措施,将来可能不是一个合理的选择。显然,与太阳同寿的地球同步轨道更好,只是发射机会较少。发射地球同步卫星时,火箭末级会被推入比同步轨道更高一些的“坟”轨道永久保存,将基因容器搭载在火箭末级上即能实现夙愿。

基因冻干粉末(或其它处理结果)在太空中的损伤还缺少充分的研究。将来,可以考虑在返回式的卫星、飞船上搭载基因并增加其暴露在宇宙射线中的可能,以便回收以后进行测序研究。在地面上,也可以用加速器进行模拟实验。

如何把自己的基因送上太空

现阶段最便捷的办法,当然是与无尽之门项目组联系。无尽之门创始人陈实是科创的早期支持者,近水楼台先得月,将来会优先满足爱好航天的小伙伴们。相关公益活动和商业考虑,由 无尽之门航天科技(深圳)有限公司 在适当的时间发布。

[修改于 3 年前 - 2018-11-19 02:07:47]

来自:航天航空 / 航天技术
 
3DA502
3年0个月前
1楼

流浪地球  拍成了电影,现在已经开始炒作大刘了

 

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