在太空做實(shí)驗(yàn)，你也有機(jī)會(huì)參與

于紫月

近日，中國(guó)空間站開(kāi)通網(wǎng)上申報(bào)窗口，面向國(guó)內(nèi)公開(kāi)征集空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)項(xiàng)目——

“太空牌”無(wú)晶體缺陷的半導(dǎo)體、絕對(duì)球形的理想耐磨滾珠……近年來(lái)，隨著空間技術(shù)的逐漸進(jìn)步和空間活動(dòng)規(guī)模的逐步擴(kuò)大，越來(lái)越多的“太空產(chǎn)品”誕生。與地球表面迥然不同的環(huán)境條件也讓太空成了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的“寶地”。

近日，中國(guó)空間站開(kāi)通申報(bào)窗口，面向國(guó)內(nèi)科研院所、高校、科技企業(yè)公開(kāi)征集空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)項(xiàng)目，期望能把空間站建設(shè)成國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室。

目前有哪些太空實(shí)驗(yàn)成果給我們的生活帶來(lái)了改變？我國(guó)空間站與國(guó)際空間站相比，實(shí)驗(yàn)條件有何不同？主要能開(kāi)展哪些科學(xué)實(shí)驗(yàn)？帶著一系列問(wèn)題，筆者采訪了中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心應(yīng)用發(fā)展中心主任張偉。

1.“天差地別”太空實(shí)驗(yàn)玩轉(zhuǎn)微重力

1993年，包括美、俄在內(nèi)的16個(gè)國(guó)家開(kāi)始聯(lián)手設(shè)計(jì)世界上最大的航天工程——國(guó)際空間站。目前，其投入使用近20年，已成為國(guó)際上最主要的太空實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

“國(guó)際空間站已開(kāi)展了2000余項(xiàng)太空實(shí)驗(yàn)，在生命、流體、材料、燃燒、人體研究等方面取得了很多具有國(guó)際影響的科學(xué)成果，其中很多成果也正在改變我們的生活?！睆垈ケ硎尽?/p>

例如，在生命科學(xué)與生物技術(shù)方面，利用兩種在地球不能混合的液體在太空微重力環(huán)境下可以混合的特性，在空間站環(huán)境可以?xún)?yōu)化地球的微型膠囊靜電處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)濃縮抗腫瘤藥物的特定組配，從而可產(chǎn)生極小的可降解微型膠囊，能用于癌癥治療，實(shí)現(xiàn)特定部位的給藥，目前正在走向臨床應(yīng)用。

又如，在空間應(yīng)用技術(shù)方面，科學(xué)家基于空間站精密機(jī)械臂技術(shù)開(kāi)發(fā)出了神經(jīng)臂（NeuroArm），它成為國(guó)際上第一種能在核磁共振儀中開(kāi)展手術(shù)的機(jī)械臂，從2008年起已有30余人接受了這種機(jī)械臂腦腫瘤手術(shù)。

“太空可以提供長(zhǎng)期的微重力實(shí)驗(yàn)條件，由重力引起的浮力對(duì)流、沉降、分層、壓力梯度等將基本消失，所以流體的運(yùn)動(dòng)特性、物質(zhì)的燃燒特性、材料的制備等都發(fā)生了較大的變化，因此利用微重力條件可能揭示重力掩蓋下的物質(zhì)的特殊規(guī)律和生命體對(duì)重力的響應(yīng)機(jī)制?！睆垈ブ赋?。

此前，歐洲研究人員開(kāi)展了在太空中飼養(yǎng)小鼠的研究，通過(guò)在軌觀測(cè)來(lái)研究小鼠在太空微重力條件下的特征，并與地面研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，研究太空生活對(duì)生命體的細(xì)胞、神經(jīng)系統(tǒng)乃至整個(gè)生命體產(chǎn)生的影響，為人類(lèi)太空探測(cè)打下基礎(chǔ)。載人航天過(guò)程本就需要對(duì)航天員進(jìn)行細(xì)致的醫(yī)學(xué)監(jiān)護(hù)，特別是針對(duì)骨流失、肌肉萎縮等尋求應(yīng)對(duì)措施，而這些空間生物醫(yī)學(xué)成果亦可改進(jìn)地面治療骨質(zhì)疏松等疾病的相關(guān)醫(yī)療水平，促進(jìn)人類(lèi)健康。

“太空技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用需要較為漫長(zhǎng)的過(guò)程，阿波羅登月計(jì)劃實(shí)施后幾十年衍生的技術(shù)才逐步得到轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化，而國(guó)際空間站現(xiàn)在還在運(yùn)行，還有很多科技成果的轉(zhuǎn)化與應(yīng)用正在路上?！睆垈フf(shuō)。

2.超越“前輩” 我國(guó)空間站多項(xiàng)指標(biāo)將更優(yōu)

我國(guó)在空間站建設(shè)方面也穩(wěn)步行進(jìn)。20世紀(jì)90年代，我國(guó)制定了載人航天“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略：第一步是發(fā)射載人飛船，建成初步配套的試驗(yàn)性載人飛船工程，開(kāi)展空間應(yīng)用試驗(yàn);第二步是多人多天飛行、實(shí)現(xiàn)飛船與空間艙的交會(huì)對(duì)接，并發(fā)射短期有人照料的空間實(shí)驗(yàn)室;第三步是建造空間站，解決有較大規(guī)模的長(zhǎng)期有人照料的空間應(yīng)用問(wèn)題。

前不久，天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室受控離軌，任務(wù)結(jié)束，“三步走”戰(zhàn)略中的第二步完美收官，第三步空間站工程將全面展開(kāi)。我國(guó)也由此正式邁進(jìn)“空間站時(shí)代”。

“我國(guó)的空間站將會(huì)在多項(xiàng)指標(biāo)上超過(guò)‘前輩?！睆垈ブ赋觯覈?guó)空間站開(kāi)發(fā)了密封艙內(nèi)10余個(gè)先進(jìn)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜和密封艙外的科學(xué)設(shè)施，與國(guó)際空間站相比，實(shí)驗(yàn)柜和科學(xué)設(shè)施的主要技術(shù)指標(biāo)更為先進(jìn)，空間實(shí)驗(yàn)觀測(cè)手段更全面、觀測(cè)的分辨率更高，能夠長(zhǎng)期支持開(kāi)展多學(xué)科的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

張偉舉例，我國(guó)空間站無(wú)容器材料實(shí)驗(yàn)柜具備高達(dá)3000攝氏度的材料加工與實(shí)驗(yàn)條件，遠(yuǎn)高于2100攝氏度的國(guó)際空間站同類(lèi)實(shí)驗(yàn)裝置，且通過(guò)更先進(jìn)、更完備的在軌觀測(cè)手段，能夠在太空進(jìn)行多種新型材料的制備研究。另外，在艙外的光學(xué)巡天望遠(yuǎn)鏡，其分辨率與哈勃望遠(yuǎn)鏡相當(dāng)，但視場(chǎng)是哈勃望遠(yuǎn)鏡的數(shù)百倍，可開(kāi)展大規(guī)模的光譜巡天觀測(cè)研究和重點(diǎn)天區(qū)的精細(xì)化觀測(cè)，預(yù)期在暗物質(zhì)性質(zhì)、暗能量本質(zhì)、宇宙起源與演化等方面可取得一批具有國(guó)際影響的研究成果。

“以前，我們?cè)诳臻g的實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)非常有限，雖然在神舟飛船、天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室上面開(kāi)展了一定規(guī)模的實(shí)驗(yàn)，但是能夠開(kāi)展的項(xiàng)目數(shù)量還是有限的。有了空間站這個(gè)平臺(tái)，我們就可以滾動(dòng)實(shí)施幾百項(xiàng)甚至上千項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)。”張偉坦言，近年來(lái)，我國(guó)空間技術(shù)迅速發(fā)展，但空間科學(xué)進(jìn)展相對(duì)滯后，因此，希望這些空間站實(shí)驗(yàn)?zāi)苁刮覈?guó)空間科學(xué)領(lǐng)域研究水平再上一層樓。此外，通過(guò)相關(guān)研究，還可以掌握人在太空長(zhǎng)期生存時(shí)要解決的關(guān)鍵問(wèn)題，突破相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，為人類(lèi)今后在太空長(zhǎng)期生存與活動(dòng)奠定基礎(chǔ)。

3.敞開(kāi)胸懷 普通人也可申報(bào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

事實(shí)上，我國(guó)空間站早已敞開(kāi)胸懷，向世界打開(kāi)了太空合作的大門(mén)。6月12日，在聯(lián)合國(guó)外空委第62屆會(huì)議期間，中國(guó)載人航天工程辦公室與聯(lián)合國(guó)外空司共同宣布了聯(lián)合國(guó)/中國(guó)圍繞中國(guó)空間站開(kāi)展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)的第一批項(xiàng)目入選結(jié)果，來(lái)自17個(gè)國(guó)家、23個(gè)實(shí)體的9個(gè)項(xiàng)目成功入選。

目前正在向國(guó)內(nèi)征集項(xiàng)目的時(shí)間也將持續(xù)到8月底。張偉透露，即便錯(cuò)過(guò)了這次也尚有機(jī)會(huì)，我國(guó)空間站每?jī)扇昃蜁?huì)征集一輪。此次征集項(xiàng)目主要包括空間生命科學(xué)與生物技術(shù)、微重力流體與燃燒科學(xué)、空間材料科學(xué)、微重力基礎(chǔ)物理、空間天文與天體物理學(xué)、空間物理與空間環(huán)境、空間地球科學(xué)及應(yīng)用、空間應(yīng)用新技術(shù)、航天醫(yī)學(xué)、航天技術(shù)試驗(yàn)等領(lǐng)域和方向。由于空間站的建造是按照核心艙、實(shí)驗(yàn)艙Ⅰ、實(shí)驗(yàn)艙Ⅱ的順序發(fā)射的，每個(gè)艙裝載有不同學(xué)科的研究裝置和設(shè)施，而且將在軌運(yùn)行10年以上，因此將依次在不同學(xué)科領(lǐng)域持續(xù)獲得突破性研究成果。

我國(guó)航天工程向來(lái)科研與科普并舉。就像2013年轟動(dòng)全國(guó)的神舟十號(hào)航天員王亞平“太空授課”一樣，此次空間站項(xiàng)目征集也有科普項(xiàng)目的一席之地?！翱臻g站不止局限于科研人員，大學(xué)生、高中生如果有好的想法和創(chuàng)意，也可能在太空中實(shí)現(xiàn)?！睆垈フf(shuō)。

筆者了解到，當(dāng)初神舟十一號(hào)便攜帶了6只蠶幼蟲(chóng)度過(guò)了長(zhǎng)達(dá)31天的“太空之旅”，而這個(gè)“太空養(yǎng)蠶”計(jì)劃就是香港中學(xué)生提出的。在張偉看來(lái)，航天員在軌完成這些實(shí)驗(yàn)，有助于中小學(xué)生認(rèn)識(shí)了解微重力環(huán)境中事物的變化和規(guī)律，在他們心中播下一顆科學(xué)的種子。

值得一提的是，我國(guó)太空實(shí)驗(yàn)也將不再是航天員的“專(zhuān)利”。“科學(xué)家也是有機(jī)會(huì)上天的，如果身體過(guò)關(guān)的話(huà)，科學(xué)家可以參加載荷專(zhuān)家選拔，有希望去太空操作自己的實(shí)驗(yàn)?！睆垈フf(shuō)。