太空实验室，求索天地间 | 科技自立自强之路

中科院之声

2024-09-22 08:00发布于北京中科院之声官方账号

“你们知道世界上最冷的地方在哪里吗？”
“就在我头顶。”
2023年9月21日，在“天宫课堂”第四课上
神舟十六号航天员桂海潮
指着身边的超冷原子物理实验柜说
与此同时
中国科学院空间应用工程与技术中心研究员张璐
正在电视台“天宫课堂”的直播现场
给孩子们深入讲解国家太空实验室里的高科技

张璐等来自中国科学院的科学家
属于最了解太空实验的一群人
他们为国家太空实验室的诞生
提供了强有力的科技支撑


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▲中国空间站国家太空实验室。


建立国家太空实验室
是中国早在30多年前就已明确的目标
1992年，我国批准实施载人航天工程
明确“三步走”的战略
“造船为建站，建站为应用”
这是我国载人航天工程建设发展的初衷
也是工程“三步走”战略实施过程中
一直努力的方向

载人航天工程确立之初
国家就把载人航天空间科学与应用的重任
交付给中国科学院
中国科学院建立了空间科学与应用研究研制体系
在载人航天工程第一步和第二步任务中
在对地观测、空间科学、应用新技术等领域
组织开展了60余项空间科学与应用任务
全新研制了600余台套有效载荷
取得了一批具备国际水准和国内开创性的成果
推动我国空间科学与应用水平整体跃升

进入空间站规划及建造阶段
中国科学院瞄准世界科技前沿及国家重大需求
前瞻制定了空间站空间科学与应用发展战略
规划并完成近30个重大研究设施攻关研制

2022年11月3日
“梦天”实验舱顺利完成转位
中国空间站“T”字基本构型在轨组装完成
建成后的中国空间站
成为了一座国家太空实验室
也成为中国航天史上
规模最大、长期有人照料的空间实验平台


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▲空间站水生生态系统研究。


高精度时频系统、高微重力实验柜等设施国际首创
超冷原子物理实验柜、生命生态实验柜、
无容器材料实验柜等实验设施
达到国际领先或先进水平……
空间站正在成为我国当前
覆盖学科领域最全、在轨支持能力最强
且成为兼备有人参与和上下行运输等独特优势的
“国家太空实验室”

中国科学院牵头完成14个科学实验柜
它们共同的研制难点之一是“小”
相当于要把在地面上一整间屋子里的实验装置
塞进不到两立方米的柜子里
难点之二是实验柜要既轻便又牢固
用最小的重量搭载最多的科学载荷
难点之三是要有科学前瞻性
满足后续十年的科学实验需求


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▲空间站科学实验柜及其分布情况。


每一个科学实验柜都相当于一个综合性实验室
而柜子只有“方寸”大小
技术创新是唯一的办法
通过多次“材料优选、轻量化设计、
仿真分析、力学试验验证”
实验柜在柜体主结构不到100公斤的情况下
承重能力达到500公斤
载荷承载比比国际空间站实验柜高出两倍以上

但14个实验柜，也各有各的研制难点
高精度时频实验柜作为空间站中
最复杂的实验柜之一
在该研制项目立项后的一段时间
研制工作一直推进缓慢
到2019年，中国科学院整合全院资源
成立工程攻关组
自此之后
高精度时频实验柜的研制进入快车道
通过强强联合
中国科学院科研团队建成了
目前世界上在轨设计指标最高的空间时间频率系统


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▲2020年国庆节前夕，张璐团队与实验柜合影。


所有的努力都得到了最直接的回报
2024年5月1日凌晨
神舟十七号乘组回到地球的几个小时后
20多位科学家在空间应用中心的大厅里
满怀期待地等待着
总重量约31.5公斤
32种生命实验样品以及18种材料样品
经过拆包、称重、检测
连夜回到科学家手中


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▲神舟十七号载人飞船返回的样品。


这些实验样品被科学家亲切地称为“太空特产”
之后
这些“太空特产”被科学家带回各自的实验室
从神舟十二号到神舟十七号
航天员先后乘坐6艘载人飞船
为科学家们带回了6批、300多份科学实验样品


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▲空间站返回的水稻实验样品。


包括中国科学院在内的
国内外百余家科研院所参与研究
科学家基于空间站返回样品
已经在空间生命科学与生物技术、空间材料科学、
微重力基础物理等多个领域取得重要研究成果
在国际一流期刊发表论文300余篇

这其中的每一项科研成果背后
都离不开太空实验室里
一个个科学实验柜的支撑
尽管成果丰硕
国家太空实验室的科研团队
仍没有停下脚步

他们还在做三件重要的事
一是每年滚动实施科学实验项目
二是规划新装置、新实验平台
三是加强成果推广与应用
不断获取应用效益


全文请见9月23日《中国科学报》将刊发的文章

太空实验室，求索天地间

来源：中国科学报
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