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去年年底，中國(guó)空間站正式在軌建造完成，中國(guó)載人航天進(jìn)入了應(yīng)用與發(fā)展階段，空間實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)成為載人航天工程最重要的任務(wù)。8月18日，中國(guó)載人航天工程辦公室召開(kāi)載人航天工程空間應(yīng)用與發(fā)展情況介紹會(huì)，集中介紹載人航天工程立項(xiàng)實(shí)施以來(lái)，特別是空間站建造期間，空間科學(xué)、空間應(yīng)用、空間技術(shù)領(lǐng)域取得的進(jìn)展成果，以及未來(lái)發(fā)展前景。太空實(shí)驗(yàn)室里究竟能做哪些科學(xué)探索？又跟我們有著怎樣的關(guān)聯(lián)呢？
水稻種子第一次在太空中發(fā)芽、抽穗，長(zhǎng)出新的稻種；第一團(tuán)火苗受控在中國(guó)空間站燃燒30秒，航天員在空間站里進(jìn)行世界上首次太空中的冷原子干涉實(shí)驗(yàn)……中國(guó)空間站開(kāi)建兩年多，已經(jīng)實(shí)施了110個(gè)空間科學(xué)研究與應(yīng)用項(xiàng)目。
中國(guó)載人航天工程新聞發(fā)言人、辦公室副主任林西強(qiáng)：我們規(guī)劃計(jì)劃的空間應(yīng)用項(xiàng)目正在持續(xù)滾動(dòng)開(kāi)展，其中有些項(xiàng)目已經(jīng)取得了階段性成果，正在開(kāi)展成果應(yīng)用和轉(zhuǎn)化。有的項(xiàng)目正在軌開(kāi)展實(shí)驗(yàn)和測(cè)試，有的項(xiàng)目將隨后續(xù)的神舟飛船和天舟飛船上行。
載人為建站，建站為應(yīng)用。31年前開(kāi)始的中國(guó)載人航天事業(yè)，一步步按照工程計(jì)劃不斷推進(jìn)，順利進(jìn)入了空間站應(yīng)用與發(fā)展階段，各類實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)在航天員的工作中比重越來(lái)越大。那么，究竟有哪些實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)必須到天上去做？地面的科學(xué)家們又能怎么參與呢？
探究太空里的生命搏動(dòng)
此前，航天員在天宮課堂上展示了在太空中觀察到的心肌細(xì)胞活動(dòng)的樣子，細(xì)胞在太空里失去了重力的作用、接受比地面更多的宇宙輻射，會(huì)發(fā)生什么變化？其他生命體又會(huì)如何？中國(guó)國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室建成后，探索生命在太空里長(zhǎng)期生存的表現(xiàn)就成了重要的內(nèi)容。
余路陽(yáng)是浙江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授，他和同事王金福教授負(fù)責(zé)的細(xì)胞研究項(xiàng)目就是專門研究空間微重力對(duì)人體干細(xì)胞分化成骨細(xì)胞的影響。
浙江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授 余路陽(yáng)：在地面我們可以模擬，但是達(dá)不到真正在太空中失重的狀態(tài)，所以必須到太空中真實(shí)的環(huán)境下，去年11月份我們搭載了天舟五號(hào)到太空中。
早在天舟一號(hào)飛船升空時(shí)，就曾經(jīng)把細(xì)胞帶上過(guò)太空，但是當(dāng)時(shí)除了固定攝像機(jī)拍攝下了一些細(xì)胞形態(tài)變化的畫面，科學(xué)家無(wú)法得到更多的信息。但今年6月，隨著神舟十五號(hào)飛行乘組的返回，科學(xué)家等來(lái)了從太空返回的細(xì)胞。
返回地面兩個(gè)多月后，余路陽(yáng)和同事們已經(jīng)對(duì)這些細(xì)胞進(jìn)行了初步的研究，印證了之前的一些發(fā)現(xiàn)，在太空中，原本應(yīng)該分化成骨細(xì)胞的干細(xì)胞分化出現(xiàn)了異常。
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這個(gè)過(guò)程與骨質(zhì)疏松有些相似，這些基礎(chǔ)領(lǐng)域的發(fā)現(xiàn)將為今后的太空生活和地面醫(yī)療提供有力幫助。
從神舟一號(hào)飛船升空開(kāi)始，每一次載人航天發(fā)射幾乎都安排了科學(xué)實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)。今天，中國(guó)空間站已經(jīng)擁有了問(wèn)天、夢(mèng)天兩個(gè)專門的實(shí)驗(yàn)艙，可以滾動(dòng)開(kāi)展上千項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)。但是，因?yàn)樯裰埏w船主要為航天員乘坐設(shè)計(jì)，每次有乘組返回地面，只有一小部分實(shí)驗(yàn)的結(jié)果會(huì)一起被帶回，每一個(gè)拿到回地面船票的實(shí)驗(yàn)樣品都意義重大。
中國(guó)載人航天工程空間應(yīng)用系統(tǒng)副總指揮、中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心副主任 王強(qiáng)：我們要從方方面面綜合權(quán)衡來(lái)確定到底要不要下行，包括返回的必要性、返回的科學(xué)意義，我們加強(qiáng)了戰(zhàn)略研究和科研選題工作，圍繞一個(gè)方向久久為功，才能夠解決一些重大的科學(xué)問(wèn)題。
太空“煉丹”鍛新材
一個(gè)個(gè)細(xì)長(zhǎng)的陶瓷管整齊地掛在爐子里，在中國(guó)空間站夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙里有一個(gè)高溫材料實(shí)驗(yàn)柜，里面的每一個(gè)管子都裝有不同材料做成的料棒，在空間站里，它們會(huì)經(jīng)歷幾十小時(shí)甚至上百小時(shí)的高溫考驗(yàn)，鍛煉成材。
中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員、空間站高溫材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師 劉學(xué)超：這個(gè)就好比“煉丹”，我們可以煉不同種類的“丹”，現(xiàn)在選擇材料樣品，就是瞄準(zhǔn)國(guó)家重大需求，比如一些金屬高溫合金，一些先進(jìn)的半導(dǎo)體材料，還包括一些新型的藥物材料、生物材料、納米材料、能源材料等。
天地合作是空間站開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)的重要方式，航天員在太空開(kāi)始一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)后，地面科學(xué)家會(huì)在中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用中心的載荷運(yùn)控大廳里通過(guò)實(shí)時(shí)畫面或數(shù)據(jù)的傳輸，了解整個(gè)實(shí)驗(yàn)情況，并與航天員保持聯(lián)系。
中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所高級(jí)工程師、空間站高溫材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)副主任設(shè)計(jì)師 潘秀紅：一旦開(kāi)機(jī)，不管是測(cè)試也好，做實(shí)驗(yàn)也好，最少要20個(gè)小時(shí)，航天員即使不操作，但是要時(shí)刻待命，萬(wàn)一出現(xiàn)異常情況能夠及時(shí)處理。
上天后半年多的時(shí)間，高溫材料實(shí)驗(yàn)柜已經(jīng)完成一批次科學(xué)實(shí)驗(yàn)，并且有五份樣品已經(jīng)回到了地面。一塊銀灰色材料看起來(lái)其貌不揚(yáng)，它卻是第一批在空間站“煉丹爐”里接受高溫考驗(yàn)、制備的材料——硒化銦半導(dǎo)體材料。
上海電機(jī)學(xué)院副教授 林思琪：硒化銦材料可以任意彎曲和折疊，表現(xiàn)出非常優(yōu)異的柔性性能，適用于制作晶體管材料，可能會(huì)帶來(lái)另外一場(chǎng)革命。
今天，許多電子設(shè)備向可折疊、便攜帶方向發(fā)展，柔性半導(dǎo)體材料不僅是市場(chǎng)急需的原料，也是接下來(lái)科技發(fā)展重要的基礎(chǔ)材料，硒化銦就是這樣的材料。但是，在地面制作這種材料時(shí)，因?yàn)橹亓Φ淖饔貌牧先菀壮霈F(xiàn)各種缺陷。這一次在太空中做實(shí)驗(yàn)，明顯不同。
用高溫爐在太空“煉丹”，并不是空間站建成后才開(kāi)始的。
中國(guó)載人航天工程空間應(yīng)用系統(tǒng)副總指揮、中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心副主任 王強(qiáng)：我們?cè)谔鞂m二號(hào)做的新型材料實(shí)驗(yàn)，在地面上直接轉(zhuǎn)化到產(chǎn)業(yè)界，在系列性的智能產(chǎn)品里選用了我們這樣的材料，直接給國(guó)民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生了服務(wù)效應(yīng)。
各項(xiàng)返回地面的實(shí)驗(yàn)樣品不斷服務(wù)著科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而另一些科學(xué)試驗(yàn)雖然沒(méi)有樣品返回地面，研究成果也同樣重要。
向著更廣更遠(yuǎn)的太空
去年12月，停靠在中國(guó)空間站后向?qū)涌诘奶熘畚逄?hào)飛船，向外彈射了一顆方方正正的衛(wèi)星，名叫“澳門學(xué)生科普衛(wèi)星一號(hào)”。傳統(tǒng)的衛(wèi)星上天主要靠火箭，而這一顆衛(wèi)星卻是由天舟五號(hào)飛船帶上天后，和空間站共同飛行一個(gè)多月才開(kāi)始自己的太空之旅。
航天科技集團(tuán)五院衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)人員 洪元：利用空間站發(fā)射衛(wèi)星，整個(gè)應(yīng)用模式上會(huì)更加靈活，面對(duì)的需求面會(huì)更廣。我們可以在空間站原有的軌道實(shí)施發(fā)射，也可以利用應(yīng)急燃料擇機(jī)變換到需要的軌道進(jìn)行發(fā)射。
要在太空中從空間站、貨運(yùn)飛船發(fā)射衛(wèi)星，需要一個(gè)特殊的彈射機(jī)構(gòu)：微納星部署發(fā)射器。一方面要用不大不小剛剛好的力量把衛(wèi)星按照預(yù)定的速度和方向推出去，另一方面還要保證處于休眠狀態(tài)的衛(wèi)星在太空里飛行一段時(shí)間后各項(xiàng)性能依然達(dá)標(biāo)。
在太空里帶上能隨時(shí)發(fā)射的小衛(wèi)星，就像是在出征遠(yuǎn)洋的大船上帶上輕巧的沖鋒艇，遇到緊急情況可以快速響應(yīng)。
空間站是我們更好探索太空奧秘的第一站，而要探索更遠(yuǎn)的深空，還有一些準(zhǔn)備也需要盡早開(kāi)始。一臺(tái)名叫斯特林熱電轉(zhuǎn)換試驗(yàn)裝置的設(shè)備，名字雖然復(fù)雜，功能卻很明了。
航天科技集團(tuán)五院衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)人員 閆春杰：目前，空間用的比如太陽(yáng)能電池依賴于太陽(yáng)能。在將來(lái)深空探測(cè)，比如探測(cè)木星、火星，太陽(yáng)能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及了。斯特林熱電轉(zhuǎn)換是一種效率非常高的把熱源轉(zhuǎn)換成電能的轉(zhuǎn)換方式，這個(gè)實(shí)驗(yàn)成功以后，就可以用斯特林熱能轉(zhuǎn)換成電能，進(jìn)行空間的能源應(yīng)用。
在國(guó)際上，這個(gè)設(shè)備熱能轉(zhuǎn)化成電能的效率已經(jīng)超過(guò)了20%，我國(guó)設(shè)備在地面早已達(dá)到了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，但是太空里各項(xiàng)環(huán)境條件不同的情況下究竟表現(xiàn)如何。2022年底，它在中國(guó)空間站夢(mèng)天艙迎來(lái)了關(guān)鍵的在軌測(cè)試。
航天科技集團(tuán)五院衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)人員 張安：最終效率達(dá)到了24.72%，整機(jī)運(yùn)行輸出參數(shù)優(yōu)于地面，證明機(jī)器非常適合空間環(huán)境，也就非常適用于未來(lái)空間任務(wù)的需求。
既著眼地面，又放眼未來(lái)，中國(guó)載人航天的科學(xué)應(yīng)用與發(fā)展將在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
節(jié)目里的這些實(shí)驗(yàn)只是中國(guó)空間站上千個(gè)滾動(dòng)實(shí)驗(yàn)中的一小部分。太空實(shí)驗(yàn)室的產(chǎn)生和發(fā)展，是科技的進(jìn)步，也包含著我們對(duì)太空的不盡探索，而要用好它，需要更多科學(xué)家的參與。今年夏天，中國(guó)載人航天工程辦公室發(fā)布空間科學(xué)與應(yīng)用項(xiàng)目征集，正在空間站執(zhí)行任務(wù)的我國(guó)首位載荷專家桂海潮也發(fā)出邀請(qǐng)，誠(chéng)邀科技界同仁一起去“天宮”做實(shí)驗(yàn)。期待有更多的中國(guó)科學(xué)家在中國(guó)人自己的太空之家里實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意，獲得更多造福人類的新發(fā)現(xiàn)。
編輯丨陸宇佳 劉曉晨 王剛 劉潔 竇筠韻 安文劍 高珧
攝像丨徐鵬 孫金滿 劉屹 張文杰 朱黃英哲
剪輯丨佟永杰 鄭昱 張文慶
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