▲陳冬（中）、劉洋（右）、蔡旭哲3名航天員將執(zhí)行神舟十四號(hào)載人飛行任務(wù)，由陳冬擔(dān)任指令長(zhǎng)。圖/新華社

文 | 長(zhǎng)橋

據(jù)報(bào)道，6月4日舉行的神舟十四號(hào)載人飛行任務(wù)新聞發(fā)布會(huì)介紹，將瞄準(zhǔn)北京時(shí)間6月5日10時(shí)44分，發(fā)射神舟十四號(hào)載人飛船。而在神舟十四號(hào)飛行任務(wù)期間，將全面完成以天和核心艙、問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙為基本構(gòu)型的天宮空間站建造，建成國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室。

據(jù)了解，2022年底，我國(guó)將完成空間站的建造并投入運(yùn)行。屆時(shí)，國(guó)內(nèi)外科學(xué)家將利用空間站搭載的多套實(shí)驗(yàn)設(shè)備和測(cè)量裝置，在微重力、強(qiáng)輻射等太空環(huán)境條件下，開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證他們的奇思妙想，國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室由此啟航。

即將建成的中國(guó)空間站包括天和核心艙、問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙三個(gè)主要部分。這三個(gè)艙段均配備了多套科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，組成了太空實(shí)驗(yàn)室的不同單元，用于開展航天醫(yī)學(xué)、空間生命科學(xué)與生物技術(shù)、微重力流體物理與燃燒科學(xué)、空間材料科學(xué)、微重力基礎(chǔ)物理、航天新技術(shù)等科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

其中，核心艙是航天員生活和工作的主要場(chǎng)所，主要用于統(tǒng)一控制和管理空間站的各個(gè)組成部分，也可以開展少量科學(xué)研究。將于今年發(fā)射的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙，是未來(lái)國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室的主體。那么，即將建成的國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室，具備哪些獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)條件，又有哪些科學(xué)實(shí)驗(yàn)要在太空中開展呢？

探索微重力影響，為飛向更遙遠(yuǎn)的深空做準(zhǔn)備

跟地球上普通實(shí)驗(yàn)室最大的不同就是，太空實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造了長(zhǎng)時(shí)間的微重力條件。

我們生活在地球表面，地球上的萬(wàn)事萬(wàn)物無(wú)不受到重力的影響。而重力對(duì)氣體和液體等流體的形態(tài)和物理化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生的影響十分顯著。燒水時(shí)，水會(huì)沸騰，氣泡會(huì)上??；水和油的混合物，在靜置時(shí)會(huì)發(fā)生分層，這些都是重力影響的結(jié)果。

這種重力效應(yīng)，既能影響混凝土的凝固過(guò)程，改變建筑物的受力狀況，也會(huì)影響藥物的提純、新材料的研制和高純度疫苗的生產(chǎn)。

甚至可以說(shuō)，地球上的一切生命，包括動(dòng)物、植物和微生物的生存、繁衍和進(jìn)化，一直是適應(yīng)重力的結(jié)果，也同樣對(duì)人類的生存、進(jìn)化和健康，有著重要影響。比如，植物發(fā)芽時(shí)，會(huì)向上生長(zhǎng)，向下扎根，而人在長(zhǎng)時(shí)間站立時(shí)，血液會(huì)因?yàn)橹亓ψ饔糜肯蛲炔?，腿腳便會(huì)浮腫。

空間站上的重力則只有地球表面的千分之一到萬(wàn)分之一。這為研究微重力條件下的各種自然現(xiàn)象，創(chuàng)造了優(yōu)越的實(shí)驗(yàn)條件，讓一些被重力掩蓋的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象開始顯現(xiàn)。

其中一個(gè)比較典型的例子就是燃燒。在太空中，火苗呈現(xiàn)球形，火勢(shì)也不會(huì)像地球上那樣快速蔓延，顯著不同于地球上看到的樣子。這是因?yàn)榛鹧嬷車患訜岬目諝?，不再因?yàn)槊芏鹊牟煌a(chǎn)生對(duì)流。

與此同時(shí)，微重力環(huán)境還會(huì)影響一些基礎(chǔ)物理的實(shí)驗(yàn)條件，讓科學(xué)家在更高的精度上開展實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證引力波、光速、時(shí)間等基礎(chǔ)理論。

太空中的微重力環(huán)境，對(duì)生物體及其各個(gè)組成部分的影響也十分顯著。我們只要搞清楚這種影響，就能探索一些疾病的機(jī)理，就能為人類適應(yīng)太空環(huán)境、飛向更遙遠(yuǎn)的深空做好準(zhǔn)備。

▲神舟十四號(hào)載人飛行任務(wù)航天員與記者見面。圖/新華社

國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室，是我國(guó)空間科研的歷史機(jī)遇

微重力之外，相對(duì)于強(qiáng)大的地球磁場(chǎng)，太空還具有弱磁場(chǎng)特點(diǎn)。由此產(chǎn)生的強(qiáng)烈太空輻射，對(duì)航天器、航天員和電子設(shè)備帶來(lái)了危害，甚至?xí)绊懙胶教炱鞯倪\(yùn)行安全。

但這些成分復(fù)雜、能量高低不同的宇宙射線和高能粒子，卻是地面難以模擬的。這有利于研究太空輻射對(duì)生物的影響，也是開展空間物理研究、高能天文觀測(cè)和粒子天體物理研究的必要條件。

空間站的艙外，是強(qiáng)烈的太陽(yáng)紫外輻射和高能宇宙射線。真空中，由于太陽(yáng)光照射和陰影遮擋，使實(shí)驗(yàn)材料在高溫和極低溫的環(huán)境中快速冷熱交替。氧氣分子電離后產(chǎn)生的原子氧，對(duì)航天器的外層材料會(huì)產(chǎn)生顯著侵蝕。

為了研究這些復(fù)合環(huán)境條件產(chǎn)生的綜合效應(yīng)，太空實(shí)驗(yàn)室配備了艙外暴露實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，配置了多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷接口或大型載荷的掛點(diǎn)，以研究太空極端環(huán)境對(duì)材料、電子器件、生物體和組織器官的影響。

正是這種高真空、微重力、強(qiáng)輻射、劇烈溫差變化等多種環(huán)境條件復(fù)合在一起，創(chuàng)造了地面實(shí)驗(yàn)室難以具備的獨(dú)特實(shí)驗(yàn)條件。

目前，中國(guó)空間站的研究環(huán)境、應(yīng)用資源，鼓勵(lì)研究的主要方向，可以提供的信息支持和有效載荷的上下行支持等基本條件，均已向科學(xué)界公開發(fā)布。未來(lái)，中國(guó)空間站將持續(xù)在軌運(yùn)營(yíng)10年以上，國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室也將在這10年時(shí)間里，為我國(guó)開展多學(xué)科、系列化和長(zhǎng)期的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)，提供重要的歷史機(jī)遇。

值得一提的是，空間站運(yùn)行的軌道遠(yuǎn)離地球大氣層，處于電離層中的F2層，也是進(jìn)行天文觀測(cè)理想場(chǎng)所。我國(guó)計(jì)劃于2024年發(fā)射的巡天光學(xué)艙，將與空間站伴飛，成為觀測(cè)宇宙的利器。

此外，中國(guó)空間站還面向青少年征集了多輪科學(xué)實(shí)驗(yàn)方案，以激發(fā)孩子們對(duì)科學(xué)的興趣，讓他們的創(chuàng)意在太空中開花結(jié)果。這無(wú)疑也是未來(lái)建成國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室的意義之一。