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V 36
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T 32700—2016
空间生物学实验装置通用设计规范
General design specification for biological experiment facility in space
2016-09-01实施
2016-06-14发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
发布 GB/T 32700—2016
目 次
前言 1 范围
m
规范性引用文件 3 术语和定义 4 设计原则 5 设计流程 6 实验装置设计
2
6.1 基本构成 6.2 生物单元 6.3 生物环境保障单元 6.4 样品固定单元 6.5 数据采集与控制单元 6.6 监测单元 6.7 软件设计 6.8 可靠性、安全性和维修性设计 6.9 人机工效学设计设计验证 7.1 任务功能和性能指标符合性验证 7.2 匹配试验验证 7.3 临射前安装和回收分解验证
7
....... GB/T 32700—2016
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准由全国空间科学及其应用标准化技术委员会（SAC/TC312)归口。 本标准起草单位：中国科学院上海技术物理研究所。 本标准主要起草人：张涛、章美敏、童广辉、郑伟波、王晨飞。
目 GB/T32700—2016
空间生物学实验装置通用设计规范
1范围
本标准规定了空间生物学实验装置（以下简称实验装置）的设计原则、设计流程、设计方法和设计验证。
本标准适用于在空间飞行器上使用的生物学实验装置的设计，其他空间生物学实验使用的实验装置设计可参照使用。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单)适用于本文件。
GJB450装备可靠性通用要求 GJB900系统安全性通用大纲 GJB 4009 航天员系统对飞船应用系统的技术要求 GJB 6765 航天员系统对飞船工程设计的工效学要求与评价方法 QJ2172 卫星可靠性设计指南 QJ3213 航天产品维修性设计与验证指南 QJ3273 航天产品安全性分析指南
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
空间生物学实验装置biologicalexperimentfacilityinspace 为完成任务规定的空间生物学实验而研制的成套空间实验设备。
3.2
生物单元 experiment units for biological 装载生物样品和生物材料、提供生物实验所必需的结构空间以及具备与外界进行物质、能量交换通
道的实验部件。
4 设计原则
实验装置设计应遵循以下原则：
根据科学家拟定的空间生物学实验方案和流程，对生物单元、生物环境保障单元、数据采集与
a)
控制单元进行优化设计； b) 应方便实施生物样品的临射前安装和回收分解； c) 满足人机工效学的要求； d) 满足对航天员、地面操作人员的安全性保障；
1 GB/T32700—2016
在进行生物单元设计时，宜采用模块化、标准化的组件和部件； f) 生物单元的材料应满足生物相容性的要求；
e)
应考虑发射时生物单元中装载的生物样品和生物材料的力学环境适应性；
g) h)
应考虑生物单元中装载的生物样品和生物材料在微重力环境下的物质运动或形变、气液流动、 界面运动、材质运动、流体输运和传热对空间实验结果的影响。
5设计流程
设计流程如图1所示。
生物学实验需求；平台资源分配；如：质量、功耗。 环境约束条件；接口要求；寿命要求；可靠性、安全性和维修
设计输入
确定总体技术方案组成和布局
-
性要求。
详细设计
·生物单元设计： ·生物环境保障单元设计； ·样品固定单元设计； ·数据采集与控制单元设计； ·监测单元设计； ·软件设计： ·人机工效学设计；
可靠性、安全性和维修性设计。
否
设计验证
是设计输出
图1 设计流程图
6实验装置设计
6.1 基本构成
6.1.1 实验装置应满足规定的空间生物学实验需求，提供适合生物样品的生物环境保障条件。 6.1.2 实验装置应满足飞行器平台功耗、尺寸、质量的约束条件。 6.1.3 实验装置研制应经过多种可行性方案论证和权衡，确定总体技术方案。 6.1.4根据空间生物学实验需求与流程、空间在轨运控模式和实验（任务）剖面确定实验装置组成和布局。实验装置通常应具备图2的组成部分。
2 GB/T32700—2016
生物环境保障单元
样品固定单元
温湿度保障：
?：
光照度保障； ·液体和营养物供给及输运； ·代谢产物或排泄物的分离和收集； ·气体成分及气压保障； ·消毒灭菌保障。
生物单元
监测单元
数据采集与控制单元
图2 2实验装置组成
6.1.5确定生物单元、生物环境保障单元、监测单元、样品固定单元和数据采集与控制单元的种类、数量和组合模式，必要时可采用余配置。 6.1.6根据实验任务部面和实验流程安排，确定实验装置的运控模式，合理设计实验控制系统。
一般应包括以下几种模式： a）发射前自测； b）在轨实验； c）返回与回收或留轨。
6.2 生物单元
6.2.1 设计原则
实验装置内，可有一个或多个不同功能种类的生物单元，应根据不同的生物学对象，开展生物单元设计。 6.2.2配置及功能设计要素
生物单元配置及功能设计要素如下： a) 具有一定空间的密闭或非密闭容器、内置式各类传感器以及不可分离的各种附件和配件； b）直接与生物样品接触的部件，所选用的材料应具有良好的生物相容性； c) 液体培养或气体培养单元中部件及附件连接应采用密封工艺措施防止气液体介质泄漏；有换
液需求的生物单元应考虑空间微重力条件下液体输运问题并采取技术措施予以保障；同一实验装置内，有多个生物单元时，根据生物单元对生物环境保障单元的要求，生物单元与生物环境保障单元在结构上可以是相互独立的模块，也可以一体化设计。
6.3 生物环境保障单元 6.3.1组成
实验装置的设计应围绕为生物样品提供全程生物环境保障开展。生物环境保障单元组成如下： a）温湿度保障； b）光照度保障； c）液体和营养物供给及其输运； d）代谢产物或排泄物的分离和收集；
o GB/T32700—2016
e）气体成分及气压保障； f）消毒灭菌保障。
6.3.2温湿度保障
温湿度保障满足以下要求： a） 当生物样品的生长环境温度、湿度要求与航关器平台所能提供的环境条件不一致时，应从生物
样品装入实验装置开始对生物样品提供全程温湿度保障； b）应考虑整体结构布局、采取温湿度控制系统设计和安装工艺，能够保证在微重力环境下，生物
单元内温湿度的均匀性满足所有生物样品的要求； c）可选用电加热器和半导体制冷器作为温控执行元件； d）在实验装置内部设置温湿度采集点，进行在轨监测，为空间实验的结果分析提供依据。
6.3.3光照度保障
光照度保障应提供满足生物生长发育或培养所需的光照条件，包括光谱、光照强度和光照周期，照明光源的选择应综合考虑光源的光谱波段范围、照度、显色性、对生物样品的安全性和对空间环境的适应性。光照度保障满足以下要求：
a）优先选用在轨验证过的照明光源和光学系统设计； b）充分考虑安全性，所选照明光源应不对生物实验活体产生伤害； c) 应选用高发光效率的照明源，在较小的输人电功率条件下，为生物培养提供充足的光照强度； d) 照明光源合理布局，应满足所有实验样品和各实验阶段对光照的需求； e） 在实验装置内部设置光照度采集点，进行在轨监测，为空间实验的结果分析提供依据； f) 应避免影像信息采集需要的照明光源对生物样品的刺激和对空间实验结果产生的影响。
6.3.4液体和营养物供给及输运
液体和营养物供给及输运满足以下要求： a) 应采用专用的泵、管路、滤膜和阀实现液体、气体、营养液的供给、收集及输运； b) 使用的部件或材料应满足生物相容性要求，性能稳定，不发生变性； c) 当对生物单元的密封性有要求时，容器、管路和管路接头的密封性应满足密封要求，不产生液
体或气体)泄漏； d) 在装置设计时应充分考虑微重力环境对物质输运的影响； e) 微重力条件下，传质的交换可通过渗透和扩散实现，气液交换需借助透气膜形成的界面实现，
可通过毛细现象、疏水或亲水处理等方法对表面张力进行充分利用； f）对于固态营养物（饲料、饵料等），应有专门的投放、喂食和清理设计。
6.3.5代谢产物或排泄物的分离和收集
代谢产物或排泄物的分离和收集满足以下要求： a）应结合营养物供给及输运模式，进行代谢产物的分离和收集设计； b）根据生物实验种类和实验周期的不同，可采用不同的代谢产物的收集和储存模式： c）可采用专用的泵、管路、滤膜和阀实现代谢产物的分离、交换、输运和流动。
6.3.6气体成分及气压保障
气体成分及气压保障满足以下要求： a）应提供满足生物样品培养所需的气压和气体组分； 4 GB/T32700—2016
b）根据科学实验的需求，可采取直接或间接的气体组分供给系统，同时可设置相应的气体组分检
测传感器； c）可采用密封设计或采取强迫对流措施，保证生物培养所需的气体成分及气压。
6.3.7消毒灭菌保障
生物单元中与生物样品盒和生物材料直接接触的所有材料应采用生物相容性材料，为了满足生物样品对实验环境的无菌要求，生物单元宜设计为密闭结构，并能经受灭菌操作。
应制定生物单元灭菌操作和检测方法，以确保生物实验满足规定的无菌环境要求。 6.4样品固定单元 6.4.1样品固定单元可分为低温固定和化学固定两种。 6.4.2应根据不同类别的固定方式和生物学需求开展样品固定单元的设计。 6.4.3应进行液体管理和执行机构设计。 6.5数据采集与控制单元 6.5.1 工程参数类别和工程参数采集、数据处理及信息传输设计 6.5.1.1工程参数类别
空间生物学实验中工程参数主要有： a）供配电参数； b）活动部件运动状态参数； c）执行部件开关状态参数； d）工位、工作模式、工况、热、光照等状态参数； e）关键部件或组件的温度状态； f) 实验装置的密封性参数。
6.5.1.2 工程参数采集、数据处理及信息传输设计
工程参数采集、数据处理及信息传输设计满足以下要求： a) 应根据每项生物学实验的要求和工程实施可行性，确定工程参数类型和检测方法 b）实验装置设计时应进行特性分析，充分识别关键特性，应对与关键特性相关的工程参数优先进
行采集，并确保数据采集、储存、处理及传输的准确性和可靠性，必要时可采取完余设计措施；根据需要和关键程度，工程参数的获取、传输可选择不同的途径，或进行不同途径的穴余。工
c)
程参数传输途径如下： 1）通过航天器平台的直接遥测通道下传地面； 2）由实验装置完成采集处理后，通过传输通道下传地面； 3）在实验过程中进行实时采集，并标注时间码，在储存介质中保存，返回地面后读取。
6.5.2科学参数类别和科学参数采集、数据处理及信息传输设计 6.5.2.1科学参数类别
空间生物学实验中的科学参数主要有： a）温度； b）湿度；
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