在科学探索的漫漫长路上，从地球的化学实验室到浩瀚宇宙的空间站，手套箱作为一种看似简单却功能强大的设备，发挥着不可替代的关键作用。

它的诞生源于对危险物质安全操作的需求，从曼哈顿计划的雏形到如今在空间站承担复杂实验，其发展历程见证了人类科学技术的不断进步。

无论是在地球上处理对空气敏感的化合物，还是在太空微重力环境下开展前沿科学研究，手套箱都为科研人员提供了一个安全、稳定且可控的操作空间，成为科学研究背后的无名英雄。

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诞生于实验室的 “安全卫士”

在化学实验领域，那些反应活性极高的化合物堪称 “危险分子”，一旦与空气接触，便可能引发剧烈反应，甚至燃烧起来。为了应对这些 “危险分子”，科学家们研发出了 “真空线技术”，尤其是在处理液体物质时，这一技术发挥了重要作用。然而，当遇到需要时刻处于无氧环境的实验时，一种全新的设备 —— 手套箱便应运而生。

手套箱是一个大而封闭的箱子，其前壁通常由玻璃或塑料制成，方便科研人员观察内部情况。箱子内部的空气被惰性气体（如氮气或氩气）置换，从而营造出一个无氧的安全环境。科学家们将手伸进安装在箱子前壁的橡胶手套中，在这个无氧的小世界里进行各种操作。

手套箱的首次亮相，要追溯到 “曼哈顿计划” 时期。当时参与该计划的科学家们面临着极其困难和危险的工作环境，为了确保实验安全，他们用胶合板、玻璃和橡胶搭建起了手套箱的雏形。此后，这个创造性的发明走出 “曼哈顿计划”，走进了世界各地的实验室。

在实验室中，手套箱的操作并非随意而为。每次操作前，科研人员都要精心规划步骤，因为从手套箱中取放物品需要经过特定流程。手套箱设有一个小的中转仓，用于中转实验器具和材料。在放入物品前，需要先将实验器具和材料置于中转箱中，完成中转箱气体置换后，才能打开中转箱与手套箱的隔板，将物品转移到手套箱中进行操作，这一系列操作需要耗费一定时间，但却为实验的安全性和准确性提供了保障。

除了小型的单人操作手套箱，在一些工业应用中，还需要大型的、可供多人同时操作的手套箱。这种大型手套箱常常安装有可供观察用的舷窗，方便多人协作操作时相互配合。而在国际空间站上，手套箱更是发挥了独特的作用，帮助宇航员完成一些涉及危险试剂的微重力实验。

对于许多无机化学家来说，手套箱是他们实验室中的必备装备。因为许多有机金属化合物对氧气或水蒸气特别敏感，需要在无氧环境下进行操作和研究。为了使手套箱时刻保持最佳运行状态，科研人员不仅要精心维护，还要确保稳定的惰性气体供应。

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空间站里的 “科研先锋”

在我们的想象中，太空似乎是一片 “净土”，充满强烈辐射且近乎真空的环境，仿佛是细菌、病毒等微生物的 “生命禁区”。但实际上，在距离地球数百公里的空间站里，航天员们时刻与数以百万计的细菌、微生物共处一室。

这些微生物一部分来自航天员自身，人体本就是一个庞大的微生物 “聚居地”，当航天员踏上太空之旅，这些微生物也随之同行；另一部分则随着空间站建设和物资补给的设备、生活用品进入空间站，尽管发射前经过严格清洁、消毒，仍难以杜绝微生物隐匿其中。

令人惊讶的是，某些微生物不仅在太空极端环境中顽强存活，还保留了一定的繁殖能力，其生化活性和耐药性甚至有所增强。在这样并非无菌的太空环境下，空间站中那些需要在洁净密闭空间里进行的实验，是如何严谨、有序开展的呢？这就要归功于空间站里的科学手套箱。

天宫空间站的科学手套箱内部构造精妙复杂，功能十分强大。它配备了四个特殊的手套，两个安置在前窗位置，另外两个对称分布于左右侧窗，这样的布局便于两名航天员协同开展实验操作，大大提高了实验效率。手套箱前窗设有两个密封的双层门，方便快速更换实验装置和样品。

同时，手套箱上配置了大量传感器，能够实时、精确地记录手套箱内各个关键部位的电压信号、电流信号，还能对温度、湿度、光照强度、风力大小等环境参数进行精准控制，全方位反映手套箱以及内置实验装置的实时工作状态。

当实验涉及高精度操作时，科学手套箱中的精密机械臂系统便大显身手。该系统包括一个操作精度高达 0.2 毫米的 6 自由度灵巧机械臂、一个操作精度高达 5 微米的 3 自由度微操作器、一个操作精度高达 2 微米的 3 自由度细胞夹持机构、一个操作精度高达 2 微米的 3 自由度载物台和一个高倍显微相机等。这些精密设备协同作战，能够协助航天员在轨完成精度高达 5 微米级别的实验操作，为生命科学、生物技术、航天医学、材料科学等多个学科的研究提供了强有力的技术支撑。

科学手套箱的应用范畴极为广泛，它兼顾了多个学科的研究需求。为了确保航天员能够准确解读手套箱反馈的专业信息，顺利完成各类高难度实验操作，科学手套箱精密机械臂系统设计了三种工作模式。

在轨自主运行模式下，精密机械臂系统依托内置智能控制软件，能够独立自主地对实验目标进行识别、分析，并根据预设程序步骤精准完成一系列复杂操作；在轨遥操作模式下，航天员可借助外接笔记本电脑操控精密机械臂系统；天地遥科学模式下，当地球的科学家团队面对对专业知识要求极高的实验项目时，可以通过地面电脑配置的人机操作界面远程操控空间站内的精密机械臂系统，对实验目标进行精细操作。

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空间站科研保障的 “双重保险”

在空间站这个复杂而庞大的科研体系中，科学手套箱与在轨维修装调柜共同构成了保障科学实验顺利开展的重要防线。

在轨维修装调柜为空间站内的科学实验平台提供了坚实的后盾。空间站的科学实验设备在长期运行过程中难免会出现故障或需要维修，在轨维修装调柜便应运而生。它拥有超过 360 升的宽敞维修操作空间，能够满足载荷的准备、装调、清洁、焊接、组装等众多维护维修需求。航天员可以在此进行机械或常规操作，还能借助操作箱内的机械臂开展精细操作，同时最大程度保障航天员的安全。

该装调柜还配备了智能诱导维修系统，通过增强现实技术将维修信息叠加到实物中，航天员只需佩戴眼镜，就能一边查看实物一边获取维修指引，大大提高了维修效率和准确性。与其他有固定研究主题的科学实验柜不同，在轨维修装调柜的作用主要是为其他科学实验柜和空间应用系统的载荷装置提供维修、更换和操作支持，利用柜子里可拉开的 900 毫米乘 700 毫米大平板，还能实现对舱外大载荷的维修。

而科学手套箱与低温存储柜则是实验样本的 “守护神”。科学手套箱为科学实验提供了一个密闭、洁净的操作空间，航天员通过手套箱上的四个特殊材料制成的手套进行实验操作，既灵活又安全。手套箱的快速更换功能和四个视窗，方便了航天员进行各类实验操作，其内部安装的灵巧机械臂和显微操作系统，更是助力航天员完成如细胞核提取和注射等精细实验操作。

为了确保实验样本在实验后的有效性，低温存储柜被部署在手套箱下方的实验柜中。它能够实现 - 80℃、-20℃和 4℃的三种低温保存模式，满足生物、试剂、材料等样品不同低温存储条件的需求。当航天员结束飞行任务返回地球时，这些储存保管良好的样本将被交付给地面的科研人员，进一步发挥科研价值。

从实验室到空间站，手套箱的发展见证了人类科学探索的不断深入。它从最初应对危险物质的简单装置，发展成为空间站中功能强大的科研利器，为人类在地球上和太空中的科学研究提供了关键支持。随着科技的不断进步，手套箱将在更多领域发挥重要作用，助力人类揭开更多科学奥秘，推动科学技术迈向新的高度。