位于中國(guó)空間站問天實(shí)驗(yàn)艙的部分科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)施示意圖。

圖片來源：中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心

日前，神舟十八號(hào)航天員乘組圓滿完成第二次出艙活動(dòng)。截至目前，神舟十八號(hào)航天員乘組的太空之旅已完成近半，后續(xù)還將在軌開展大量科學(xué)實(shí)驗(yàn)與技術(shù)試驗(yàn)。

中國(guó)空間站部署了科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜等具有國(guó)際領(lǐng)先水平的空間科學(xué)研究與應(yīng)用設(shè)施，能夠在軌支持空間生命科學(xué)與生物技術(shù)、空間材料科學(xué)、微重力基礎(chǔ)物理、微重力流體物理等諸多領(lǐng)域的研究與應(yīng)用。進(jìn)入應(yīng)用與發(fā)展階段后，中國(guó)空間站已成為我國(guó)覆蓋空間科學(xué)相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域最全、在軌支撐能力最強(qiáng)、兼?zhèn)溆腥藚⑴c和上下行運(yùn)輸?shù)泉?dú)特優(yōu)勢(shì)的國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室，各項(xiàng)應(yīng)用有序展開、成果頻現(xiàn)。

空間站提供科研新路徑

近日，中國(guó)科學(xué)院院士、西北工業(yè)大學(xué)教授魏炳波團(tuán)隊(duì)在中國(guó)空間站開展的高性能難熔合金研究取得新進(jìn)展，成功取得難熔合金熔體的關(guān)鍵熱物理性質(zhì)等多項(xiàng)空間材料凝固制備科學(xué)新發(fā)現(xiàn)，為中國(guó)空間材料科學(xué)理論研究、新型高性能的難熔合金材料制備等奠定重要基礎(chǔ)。

高性能難熔合金是戰(zhàn)略性、特種稀有金屬材料，熔點(diǎn)通常超過2000攝氏度，具有“超高溫、高活性”等特征，常被用于制造高溫、高速、高壓等關(guān)鍵部件。在地面環(huán)境下，難熔合金研究受重力、容器等條件制約，而中國(guó)空間站無容器材料實(shí)驗(yàn)柜提供的“無容器+長(zhǎng)時(shí)微重力”環(huán)境，為高性能難熔合金研究提供了新的路徑。

2021年，無容器材料實(shí)驗(yàn)柜隨天和核心艙發(fā)射升空。無容器材料實(shí)驗(yàn)柜可利用靜電場(chǎng)所提供的電場(chǎng)力，使材料樣品在真空環(huán)境中保持穩(wěn)定懸浮狀態(tài)，避免與容器壁接觸的影響，加熱溫度可達(dá)3000攝氏度，可進(jìn)行金屬、非金屬等無容器深過冷凝固和熱物理性研究。

據(jù)介紹，魏炳波團(tuán)隊(duì)制備的10余種數(shù)百個(gè)高性能難熔合金樣品，先后在無容器材料實(shí)驗(yàn)柜進(jìn)行了6批次在軌實(shí)驗(yàn)，成功完成難熔合金微重力條件下的靜電懸浮、加熱熔化、降溫、過冷、凝固、熱物理性質(zhì)測(cè)定等重要實(shí)驗(yàn)，其中，4批次難熔合金已搭乘神舟飛船返回艙回到地面。

除了無容器材料實(shí)驗(yàn)柜之外，天和核心艙內(nèi)還有高微重力實(shí)驗(yàn)柜，為航天醫(yī)學(xué)分析、基礎(chǔ)物理研究等提供理想的微重力實(shí)驗(yàn)環(huán)境。問天實(shí)驗(yàn)艙部署了生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜、生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)柜、科學(xué)手套箱與低溫存儲(chǔ)柜、變重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜以及艙外暴露實(shí)驗(yàn)裝置等科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)施。夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙則配置了13個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷機(jī)柜，目前已裝載了超冷原子物理實(shí)驗(yàn)柜、高精度時(shí)頻實(shí)驗(yàn)柜、高溫材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜、兩相系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)柜、流體物理實(shí)驗(yàn)柜、燃燒科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜等實(shí)驗(yàn)“神器”，主要面向微重力科學(xué)研究。

航天員參與更有成就感

今年4月，神舟十七號(hào)飛船順利返回地球，中國(guó)空間站第六批空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)樣品也隨之返回。下行返回的科學(xué)實(shí)驗(yàn)樣品涉及23個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，包括人成骨細(xì)胞、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞、蛋白質(zhì)晶體、生命有機(jī)分子、種子等32種生命類實(shí)驗(yàn)樣品以及無容器材料、高溫材料和艙外暴露材料等18種材料類實(shí)驗(yàn)樣品，總重量約31.5公斤。

神舟十七號(hào)任務(wù)期間，航天員乘組在地面科研人員的精心配合下，在空間生命科學(xué)、航天醫(yī)學(xué)、空間材料科學(xué)、微重力流體物理等方面，開展了84項(xiàng)空間應(yīng)用在軌實(shí)(試)驗(yàn)，生成了200多項(xiàng)實(shí)(試)驗(yàn)樣品。

航天員唐勝杰說，在軌科學(xué)實(shí)(試)驗(yàn)最有成就感。作為“太空菜農(nóng)”，神舟十七號(hào)航天員在“太空菜園”種植了生菜、櫻桃番茄等多種蔬菜品種。在微重力環(huán)境下給蔬菜澆水，水滴會(huì)漂浮在根系的表面，不易被基質(zhì)吸收，需要用特殊的裝置進(jìn)行補(bǔ)水。航天員還通過不斷地實(shí)踐摸索，逐漸掌握了在微重力環(huán)境下種植蔬菜的技巧。不僅使小小的種子體積變小、方便夾取，也不會(huì)影響種子的萌出和發(fā)芽。

實(shí)驗(yàn)樣品將如何進(jìn)行研究?以生命類實(shí)驗(yàn)樣品為例，科學(xué)家將對(duì)返回的生命類細(xì)胞樣品進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序、蛋白組學(xué)檢測(cè)等生物學(xué)分析，通過微重力環(huán)境下細(xì)胞生物學(xué)機(jī)制研究，為相關(guān)疾病預(yù)防與干預(yù)提供新的線索;對(duì)生命類蛋白質(zhì)樣品進(jìn)行晶體衍射分析，獲得更精準(zhǔn)的蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)信息，研究靶點(diǎn)蛋白，為相關(guān)藥物研制、疫苗開發(fā)提供技術(shù)支撐。

堅(jiān)持應(yīng)用為綱效益為先

神舟十八號(hào)航乘組在軌工作期間，將利用艙內(nèi)科學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜和艙外載荷，在微重力基礎(chǔ)物理、空間材料科學(xué)、空間生命科學(xué)、航天醫(yī)學(xué)、航天技術(shù)等領(lǐng)域開展90余項(xiàng)試(實(shí))驗(yàn)。

目前，神舟十八號(hào)乘組3名航天員已經(jīng)開展了大量在軌實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)工作。比如，乘組利用生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜，開展空間先進(jìn)水生生保系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，完成了4條斑馬魚和金魚藻實(shí)驗(yàn)組件水樣樣品采集和魚食盒更換等操作，發(fā)現(xiàn)了斑馬魚在微重力環(huán)境下表現(xiàn)出腹背顛倒游泳、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)圈等定向行為異常現(xiàn)象。后續(xù)，科學(xué)家將利用返回的回收水樣、魚卵等樣品，結(jié)合相關(guān)視頻開展空間環(huán)境對(duì)脊椎動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育與行為的影響研究，同時(shí)為空間密閉生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)研究提供支撐。

目前，神十八航天員完成了無容器材料實(shí)驗(yàn)柜實(shí)驗(yàn)腔體的樣品更換、軸心機(jī)構(gòu)維護(hù)工作，以保障空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)的連續(xù)性、準(zhǔn)確性和安全性，確保實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)環(huán)境狀態(tài)穩(wěn)定，相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目順利推進(jìn)。此外，乘組還對(duì)夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的燃燒科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜進(jìn)行了燃燒器更換、抽真空排廢氣等操作，并且完成了燃燒電磁閥轉(zhuǎn)接線纜安裝。2023年，燃燒科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜成功實(shí)施了首次在軌點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)，近一年來，已開展了多項(xiàng)燃燒實(shí)驗(yàn)，有望產(chǎn)出一批代表性的科研成果，對(duì)于完善燃燒基礎(chǔ)理論、發(fā)展先進(jìn)燃燒技術(shù)具有重要意義。

利用高溫科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜開展的新型材料空間生長(zhǎng)研究項(xiàng)目，中國(guó)首次在空間獲得了地面難以制備的高質(zhì)量晶體材料，對(duì)高性能多元半導(dǎo)體合金材料制備具有指導(dǎo)作用;利用生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)柜開展的人骨細(xì)胞定向分化的分子靶點(diǎn)研究、對(duì)骨骼肌影響的生物學(xué)基礎(chǔ)研究等項(xiàng)目，取得的成果為促進(jìn)骨折、脊柱損傷修復(fù)等骨質(zhì)疾病的防治以及對(duì)抗肌萎縮、防治代謝性疾病提供了新的解決方案……中國(guó)載人航天工程新聞發(fā)言人、中國(guó)載人航天工程辦公室副主任林西強(qiáng)此前表示，中國(guó)空間站已在軌實(shí)施了130多個(gè)科學(xué)研究與應(yīng)用項(xiàng)目，在空間生命科學(xué)、航天醫(yī)學(xué)、空間材料科學(xué)、微重力流體物理等方向取得重要成果。中國(guó)將繼續(xù)堅(jiān)持應(yīng)用為綱、效益為先，充分發(fā)揮國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，持續(xù)產(chǎn)出更多高水平成果。