太空實驗室，求索天地間

文丨《中國科學報》記者倪思潔高雅麗

“你們知道世界上最冷的地方在哪里嗎？”

“就在我頭頂。”

2023年9月21日，在“天宮課堂”第四課上

神舟十六號航天員桂海潮

指著身邊的超冷原子物理實驗柜說

與此同時

中國科學院空間應用工程與技術中心研究員張璐

正在電視臺“天宮課堂”的直播現場

給孩子們深入講解國家太空實驗室里的高科技

張璐等來自中國科學院的科學家

屬于最了解太空實驗的一群人

他們為國家太空實驗室的誕生

提供了強有力的科技支撐

▲中國空間站國家太空實驗室。

建立國家太空實驗室

是中國早在30多年前就已明確的目標

1992年，我國批準實施載人航天工程

明確“三步走”的戰略

“造船為建站，建站為應用”

這是我國載人航天工程建設發展的初衷

也是工程“三步走”戰略實施過程中

一直努力的方向

載人航天工程確立之初

國家就把載人航天空間科學與應用的重任

交付給中國科學院

中國科學院建立了空間科學與應用研究研制體系

在載人航天工程第一步和第二步任務中

在對地觀測、空間科學、應用新技術等領域

組織開展了60余項空間科學與應用任務

全新研制了600余臺套有效載荷

取得了一批具備國際水準和國內開創性的成果

推動我國空間科學與應用水平整體躍升

進入空間站規劃及建造階段

中國科學院瞄準世界科技前沿及國家重大需求

前瞻制定了空間站空間科學與應用發展戰略

規劃并完成近30個重大研究設施攻關研制

2022年11月3日

“夢天”實驗艙順利完成轉位

中國空間站“T”字基本構型在軌組裝完成

建成后的中國空間站

成為了一座國家太空實驗室

也成為中國航天史上

規模最大、長期有人照料的空間實驗平臺

▲空間站水生生態系統研究。

高精度時頻系統、高微重力實驗柜等設施國際首創

超冷原子物理實驗柜、生命生態實驗柜、

無容器材料實驗柜等實驗設施達到國際領先或先進水平……

空間站正在成為我國當前

覆蓋學科領域最全、在軌支持能力最強

且成為兼備有人參與和上下行運輸等獨特優勢的

“國家太空實驗室”

中國科學院牽頭完成14個科學實驗柜

它們共同的研制難點之一是“小”

相當于要把在地面上一整間屋子里的實驗裝置

塞進不到兩立方米的柜子里難

點之二是實驗柜要既輕便又牢固

用最小的重量搭載最多的科學載荷

難點之三是要有科學前瞻性

滿足后續十年的科學實驗需求

▲空間站科學實驗柜及其分布情況。

每一個科學實驗柜都相當于一個綜合性實驗室

而柜子只有“方寸”大小

技術創新是唯一的辦法

通過多次“材料優選、輕量化設計

、仿真分析、力學試驗驗證”

實驗柜在柜體主結構不到100公斤的情況下

承重能力達到500公斤

載荷承載比比國際空間站實驗柜高出兩倍以上

但14個實驗柜，也各有各的研制難點

高精度時頻實驗柜作為空間站中

最復雜的實驗柜之一

在該研制項目立項后的一段時間

研制工作一直推進緩慢

到2019年，中國科學院整合全院資源

成立工程攻關組

自此之后

高精度時頻實驗柜的研制進入快車道

通過強強聯合

中國科學院科研團隊建成了

目前世界上在軌設計指標最高的空間時間頻率系統

▲2020年國慶節前夕，張璐團隊與實驗柜合影。

所有的努力都得到了最直接的回報

2024年5月1日凌晨

神舟十七號乘組回到地球的幾個小時后

20多位科學家在空間應用中心的大廳里

滿懷期待地等待著

總重量約31.5公斤

32種生命實驗樣品以及18種材料樣品

經過拆包、稱重、檢測

連夜回到科學家手中

▲神舟十七號載人飛船返回的樣品。

這些實驗樣品被科學家親切地稱為“太空特產”

之后

這些“太空特產”被科學家帶回各自的實驗室

從神舟十二號到神舟十七號

航天員先后乘坐6艘載人飛船

為科學家們帶回了6批、300多份科學實驗樣品

▲空間站返回的水稻實驗樣品。

包括中國科學院在內的

國內外百余家科研院所參與研究

科學家基于空間站返回樣品

已經在空間生命科學與生物技術、空間材料科學、

微重力基礎物理等多個領域取得重要研究成果

在國際一流期刊發表論文300余篇

這其中的每一項科研成果

背后都離不開太空實驗室里

一個個科學實驗柜的支撐

盡管成果豐碩

國家太空實驗室的科研團隊

仍沒有停下腳步

他們還在做三件重要的事

一是每年滾動實施科學實驗項目

二是規劃新裝置、新實驗平臺

三是加強成果推廣與應用

不斷獲取應用效益

《中國科學報》明日（9月23日）刊發全文：《太空實驗室，求索天地間》