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中国太空实验室接地气 学生可提交科普实验项目

原标题:中国太空实验室接地气 学生可提交科普实验项目

  学生可提交科普实验项目 科学家或飞天亲手做实验

  中国太空实验室接地气

中国太空实验室接地气 学生可提交科普实验项目

  2018年珠海航展上展示的中国空间站核心舱模型。新华社发

中国太空实验室接地气 学生可提交科普实验项目

  中国空间站结构示意图。中国载人航天工程办公室官方网站

  中国预计在2020年发射空间站核心舱,2022年左右发射实验舱Ⅰ和实验舱Ⅱ,之后把3个舱形成“T”字形构型,构成完整的空间站。预计空间站将从2022年之后开始运行,在轨10年以上。

  自从中国空间站计划开始实施以来,“我们去空间站干什么”就一直是大众关心的问题。其实,“做实验”就是一项重要的任务——空间站将支撑大量科学研究和实验。

  之前,来自17个国家的9个项目成为中国空间站科学实验首批国际合作项目。现在,中国空间站面向国内公开征集空间科学实验和技术试验项目活动已开始正式申报。

  太空实验有得天独厚优势

  太空环境非常复杂,那么,我们为什么要在太空中做实验呢?这是因为利用载人航天开展科学实验有很多优点。第一,可以提供长期的微重力实验条件,揭示重力掩盖下物质的特殊规律。微重力环境下,很多物质的规律会发生变化。比如,由重力引起的浮力对流基本消失,燃烧特性发生了变化,它只是一种扩散的燃烧。第二,航天员可以在轨进行实验操作、更换实验设施和实验设备,长期开展实验。第三,在一定的轨道高度上,我们方便开展天文观测和地球观测。在空间进行观测,天文望远镜不受大气干扰。空间站约1.5个小时就能绕地球一圈,约每3天就可以把地球大部分陆地覆盖了,可以开展对地快速扫描和观测。第四,可以通过天地往返将实验样品带回地面,在地面上对样品进行长期研究,取得新的发现。

  关于太空实验的价值,人类已经进行了诸多探索。比如,欧洲牵头开展了在太空中饲养小鼠的研究,为期半年,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,看在太空生活对生命体的细胞、神经系统乃至整个生命体究竟有什么影响,为人类太空探测打下基础。再比如,科学家在国际空间站开展了微重力燃烧实验,发现“冷焰”这种特殊现象,即火焰熄灭以后物质仍在燃烧,也就是说,在非常低的温度条件下,燃烧并未停止。利用这种现象,可以提高发动机的燃烧效率,特别是柴油发动机,让发动机的污染排放量更小,对发动机的设计改进具有重要指导作用。

  实验条件先进而丰富

  中国空间站将是先进的太空实验室,能满足多方面实验需求。一方面,实验舱内有大量的科学实验柜,支持各个方向的舱内科学实验,包括生命科学、流体科学、材料科学、基础物理等。比如说,在基础物理方面,我们将安排一个超冷原子实验柜,研究温度在绝对零摄氏度附近的超冷原子气体的一些特殊的物理规律。中国空间站有冷原子钟高精度时频系统,精度可达30亿年误差小于1秒,可以给导航等提供基准的频率和时间信息。另一方面,在舱外有一些标准载荷的适配器,还有一些挂大型载荷的挂点,在舱外可以进行天文观测、地球观测,空间物理等方面的研究。此外,通过航天员还可以对实验条件进行升级或者更换,可以开展更多方面的实验。

  谈到实验条件,人们自然而然地会联想到正在运行的国际空间站,与之相比,中国空间站的实验条件怎样呢?答案是“后来居上”。就实验柜来说,中国在设计和实验参数方面都实现了提升,比如,扩展空间站材料实验柜的加工温度,国际空间站达到2000多摄氏度,中国的可达到3000摄氏度。

  具备上述实验条件无疑是非常不易的,就实验柜的研制来说就需要克服各种困难。首先是确保可靠性和安全性。所有实验设施不能对航天员的生活造成影响,不能有危险性的因素。比如,燃烧实验必须做到可控,绝不能造成火灾。其次,适用特殊的控制手段。空间站上的实验大部分都是自主完成的,无论是样品输送、分析等实验过程,还是观测设备的定时定点观测都需要开发与地面不同的控制手段,难度之高,可以想见。比如,要在太空养小鼠,需要给它提供氧气、水和食物,但是在太空里它是漂浮的,怎样的设计让它能够吃到食物能够喝到水?小鼠还要产生大量的粪便尿液,需要把这些废物定点排出来。在一个小空间里,长期(至少半年)解决这些问题难度很高。

  创新性可实现性至关重要