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近日,中国空间站开通网上申报窗口,面向国内公开征集空间科学实验和技术试验项目——

“太空牌”无晶体缺陷的半导体、绝对球形的理想耐磨滚珠……近年来,随着空间技术的逐渐进步和空间活动规模的逐步扩大,越来越多的“太空产品”诞生。与地球表面迥然不同的环境条件也让太空成了科学实验的“宝地”。

近日,中国空间站开通申报窗口,面向国内科研院所、高校、科技企业公开征集空间科学实验和技术试验项目,期望能把空间站建设成国家太空实验室。

目前有哪些太空实验成果给我们的生活带来了改变?我国空间站与国际空间站相比,实验条件有何不同?主要能开展哪些科学实验?带着一系列问题,记者采访了中国科学院空间应用工程与技术中心应用发展中心主任张伟。

“天差地别” 太空实验玩转微重力

1993年,包括美、俄在内的16个国家开始联手设计世界上最大的航天工程——国际空间站。目前,其投入使用近20年,已成为国际上最主要的太空实验平台。

“国际空间站已开展了2000余项太空实验,在生命、流体、材料、燃烧、人体研究等方面取得了很多具有国际影响的科学成果,其中很多成果也正在改变我们的生活。”张伟表示。

例如,在生命科学与生物技术方面,利用两种在地球不能混合的液体在太空微重力环境下可以混合的特性,在空间站环境可以优化地球的微型胶囊静电处理系统,实现浓缩抗肿瘤药物的特定组配,从而可产生极小的可降解微型胶囊,能用于癌症治疗,实现特定部位的给药,目前正在走向临床应用。

又如,在空间应用技术方面,科学家基于空间站精密机械臂技术开发出了神经臂(NeuroArm),它成为国际上第一种能在核磁共振仪中开展手术的机械臂,从2008年起已有30余人接受了这种机械臂脑肿瘤手术。在燃烧科学方面,空间站开展了碳氢化合物、混合燃料的低温燃烧实验研究,发现了“冷焰”新现象,可在地面提高燃油机的效率并减小污染排放,具有很大应用潜力。

“太空可以提供长期的微重力实验条件,由重力引起的浮力对流、沉降、分层、压力梯度等将基本消失,所以流体的运动特性、物质的燃烧特性、材料的制备等都发生了较大的变化,因此利用微重力条件可能揭示重力掩盖下的物质的特殊规律和生命体对重力的响应机制。”张伟指出。

此前,欧洲研究人员开展了在太空中饲养小鼠的研究,通过在轨观测来研究小鼠在太空微重力条件下的特征,并与地面研究结果进行对比,研究太空生活对生命体的细胞、神经系统乃至整个生命体产生的影响,为人类太空探测打下基础。载人航天过程本就需要对航天员进行细致的医学监护, 特别是针对骨流失、肌肉萎缩等寻求应对措施, 而这些空间生物医学成果亦可改进地面治疗骨质疏松等疾病的相关医疗水平,促进人类健康。

“太空技术的成果转化应用需要较为漫长的过程,阿波罗登月计划实施后几十年衍生的技术才逐步得到转移转化,而国际空间站现在还在运行,还有很多科技成果的转化与应用正在路上。”张伟说。

超越“前辈” 我空间站多项指标将更优

我国在空间站建设方面也稳步行进。20世纪90年代,我国制定了载人航天“三步走”发展战略:第一步是发射载人飞船,建成初步配套的试验性载人飞船工程,开展空间应用试验;第二步是多人多天飞行、实现飞船与空间舱的交会对接,并发射短期有人照料的空间实验室;第三步是建造空间站,解决有较大规模的长期有人照料的空间应用问题。

前不久,天宫二号空间实验室受控离轨,任务结束,“三步走”战略中的第二步完美收官,第三步空间站工程将全面展开。我国也由此正式迈进“空间站时代”。

“我国的空间站将会在多项指标上超过‘前辈’。”张伟指出,我国空间站开发了密封舱内10余个先进的科学实验柜和密封舱外的科学设施,与国际空间站相比,实验柜和科学设施的主要技术指标更为先进,空间实验观测手段更全面、观测的分辨率更高,能够长期支持开展多学科的科学实验。

张伟举例,我国空间站无容器材料实验柜具备高达3000摄氏度的材料加工与实验条件,远高于2100摄氏度的国际空间站同类实验装置,且通过更先进、更完备的在轨观测手段,能够在太空进行多种新型材料的制备研究。另外,在舱外的光学巡天望远镜,其分辨率与哈勃望远镜相当,但视场是哈勃望远镜的数百倍,可开展大规模的光谱巡天观测研究和重点天区的精细化观测,预期在暗物质性质、暗能量本质、宇宙起源与演化等方面可取得一批具有国际影响的研究成果。

“以前,我们在空间的实验机会非常有限,虽然在神舟飞船、天宫二号空间实验室上面开展了一定规模的实验,但是能够开展的项目数量还是有限的。有了空间站这个平台,我们就可以滚动实施几百项甚至上千项科学实验。”张伟坦言,近年来,我国空间技术迅速发展,但空间科学进展相对滞后,因此,希望这些空间站实验能使我国空间科学领域研究水平再上一层楼。此外,通过相关研究,还可以掌握人在太空长期生存时要解决的关键问题,突破相关关键技术,为人类今后在太空长期生存与活动奠定基础。

敞开胸怀 普通人也可申报实验项目

事实上,我国空间站早已敞开胸怀,向世界打开了太空合作的大门。6月12日,在联合国外空委第62届会议期间,中国载人航天工程办公室与联合国外空司共同宣布了联合国/中国围绕中国空间站开展空间科学实验的第一批项目入选结果,来自17个国家、23个实体的9个项目成功入选。

目前正在向国内征集项目的时间也将持续到8月底。张伟透露,即便错过了这次也尚有机会,我国空间站每两三年就会征集一轮。此次征集项目主要包括空间生命科学与生物技术、微重力流体与燃烧科学、空间材料科学、微重力基础物理、空间天文与天体物理学、空间物理与空间环境、空间地球科学及应用、空间应用新技术、航天医学、航天技术试验等领域和方向。由于空间站的建造是按照核心舱、实验舱Ⅰ、实验舱Ⅱ的顺序发射的,每个舱装载有不同学科的研究装置和设施,而且将在轨运行10年以上,因此将依次在不同学科领域持续获得突破性研究成果。

我国航天工程向来科研与科普并举。就像2013年轰动全国的神舟十号航天员王亚平“太空授课”一样,此次空间站项目征集也有科普项目的一席之地。“空间站不止局限于科研人员,大学生、高中生如果有好的想法和创意,也可能在太空中实现。”张伟说。

记者了解到,当初神舟十一号便携带了6只蚕幼虫度过了长达31天的“太空之旅”,而这个“太空养蚕”计划就是香港中学生提出的。在张伟看来,航天员在轨完成这些实验,有助于中小学生认识了解微重力环境中事物的变化和规律,在他们心中播下一颗科学的种子。

值得一提的是,我国太空实验也将不再是航天员的“专利”。“科学家也是有机会上天的,如果身体过关的话,科学家可以参加载荷专家选拔,有希望去太空操作自己的实验。”张伟说。

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