自從中國(guó)的空間站開(kāi)始建設(shè)以來(lái)，“我們?nèi)タ臻g站干什么”就一直是大眾關(guān)心的問(wèn)題。其實(shí)，“做實(shí)驗(yàn)”就是一項(xiàng)重要的任務(wù)!

之前，來(lái)自17個(gè)國(guó)家的9個(gè)項(xiàng)目成為中國(guó)空間站科學(xué)實(shí)驗(yàn)首批國(guó)際合作項(xiàng)目?，F(xiàn)在，中國(guó)空間站面向國(guó)內(nèi)公開(kāi)征集空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)項(xiàng)目活動(dòng)也已經(jīng)開(kāi)始正式申報(bào)。

這么多項(xiàng)目，還不抓緊時(shí)間填報(bào)?

那么，我們的空間站究竟能提供哪些實(shí)驗(yàn)條件，又有哪些項(xiàng)目有望入選呢?為此，大院er采訪了中科院空間應(yīng)用中心應(yīng)用發(fā)展中心主任張偉。

問(wèn)題1：

答：我國(guó)預(yù)計(jì)在2020年發(fā)射核心艙，2022年左右發(fā)射實(shí)驗(yàn)艙Ⅰ和實(shí)驗(yàn)艙Ⅱ，然后把三個(gè)艙進(jìn)行組合，形成一個(gè)T字形構(gòu)型，構(gòu)成了一個(gè)完整的空間站。空間站從2022年之后開(kāi)始運(yùn)行，預(yù)計(jì)在軌十年以上，在這十年當(dāng)中可以支持大量的科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)。

中國(guó)空間站

問(wèn)題2：

答：利用載人航天開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗(yàn)有很多優(yōu)點(diǎn)：

第一，可以提供長(zhǎng)期的微重力實(shí)驗(yàn)條件。微重力下有很多物質(zhì)的規(guī)律會(huì)發(fā)生變化，比如由重力引起的浮力對(duì)流就基本消失了，所以燃燒特性就發(fā)生了變化，它只是一種擴(kuò)散的燃燒。流體、材料也有很多變化，所以利用微重力條件能揭示重力掩蓋下的物質(zhì)的特殊規(guī)律。

第二，航天員可以在軌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作、更換實(shí)驗(yàn)設(shè)施和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，可以長(zhǎng)期開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。

第三，在一定的軌道高度上，我們方便開(kāi)展天文觀測(cè)和地球觀測(cè)。在空間進(jìn)行觀測(cè)，天文望遠(yuǎn)鏡不受大氣的干擾。同時(shí)空間站大約1.5個(gè)小時(shí)就能繞地球一圈，大概每三天就可以把地球大部分陸地都覆蓋了，可以對(duì)地球進(jìn)行快速掃描和觀測(cè)。

第四，可以通過(guò)天地往返將實(shí)驗(yàn)樣品帶回地面，在地面上對(duì)樣品進(jìn)行長(zhǎng)期研究，取得新的發(fā)現(xiàn)。比如說(shuō)天宮二號(hào)，我們就把培養(yǎng)的植物樣品和材料科學(xué)的樣品拿回來(lái)了。

問(wèn)題3：人類在太空中做實(shí)驗(yàn)已經(jīng)有一段時(shí)間了，有沒(méi)有什么樣的實(shí)驗(yàn)對(duì)我們的生活產(chǎn)生了一些影響?或者對(duì)科研帶來(lái)很大的促進(jìn)作用?

答：比如歐洲牽頭開(kāi)展了在太空中飼養(yǎng)小鼠的研究，為期半年，通過(guò)在軌觀測(cè)來(lái)研究小鼠在太空微重力條件下的特征，并與地面研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，看在太空生活對(duì)生命體的細(xì)胞、神經(jīng)系統(tǒng)乃至整個(gè)生命體究竟有什么影響，為人類太空探測(cè)打下基礎(chǔ)。

還有燃燒冷焰。在國(guó)際空間站上開(kāi)展了微重力燃燒實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了“冷焰”這種特殊的現(xiàn)象，火焰熄滅以后物質(zhì)仍然在燃燒，也就是說(shuō)在非常低的溫度條件下它還在燃燒。利用這種現(xiàn)象可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率，特別是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，讓發(fā)動(dòng)機(jī)的污染排放量更小，對(duì)今后發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)改進(jìn)具有很大指導(dǎo)作用。咱們天宮二號(hào)上也做過(guò)類似的實(shí)驗(yàn)。但是要想發(fā)現(xiàn)它的本質(zhì)規(guī)律，還需要大量實(shí)驗(yàn)。

生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜(左)燃燒科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜(右)

問(wèn)題4：

答：我們的空間站是一個(gè)先進(jìn)的太空實(shí)驗(yàn)室，能夠滿足多方面的實(shí)驗(yàn)需求：

一方面，實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)有大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，支持各個(gè)方向的艙內(nèi)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，包括生命科學(xué)、流體科學(xué)、材料科學(xué)、基礎(chǔ)物理等等。

比如說(shuō)，在基礎(chǔ)物理方面，我們安排了一個(gè)超冷原子實(shí)驗(yàn)柜，研究溫度在絕對(duì)零度附近的超冷原子氣體的一些特殊的物理規(guī)律。另外我們還有一個(gè)高精度時(shí)頻系統(tǒng)，就是冷原子鐘。我們知道天宮二號(hào)上面有一個(gè)冷原子鐘，它的精度大概3000萬(wàn)年誤差一秒，而在空間站上面，原子鐘是由三個(gè)鐘組成的原子鐘組，精度大概30億年誤差小于一秒，可以給導(dǎo)航等提供基準(zhǔn)的頻率和時(shí)間信息。

另一方面，在艙外有一些標(biāo)準(zhǔn)載荷的適配器，還有一些掛大型載荷的掛點(diǎn)，在艙外可以進(jìn)行天文觀測(cè)、地球觀測(cè)，空間物理等方面的研究。整個(gè)實(shí)驗(yàn)條件是非常比較豐富的。

此外，通過(guò)航天員還可以對(duì)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行升級(jí)或者更換，可以開(kāi)展更多方面的實(shí)驗(yàn)。

超冷原子物理實(shí)驗(yàn)柜(左)高精度時(shí)頻實(shí)驗(yàn)柜(右)

問(wèn)題5：

答：實(shí)驗(yàn)柜研制起來(lái)還是非常有難度的，主要有幾個(gè)方面難度：

第一，確?？煽啃院桶踩浴Ｋ械膶?shí)驗(yàn)設(shè)施不能對(duì)航天員的生活造成影響，不能有危險(xiǎn)性的因素。比如，燃燒實(shí)驗(yàn)，不能造成火災(zāi)，否則就非常危險(xiǎn)，非常嚴(yán)重了。所以我們所有的實(shí)驗(yàn)都要控制得非常好。

第二，控制手段與地面不同?？臻g站上的實(shí)驗(yàn)大部分都是自主完成的，包括樣品輸送，樣品分析等實(shí)驗(yàn)過(guò)程都需要在線控制，還有很多觀測(cè)設(shè)備的定時(shí)定點(diǎn)觀測(cè)也需要控制，必須開(kāi)發(fā)與地面不同的控制手段，有一些非常難。

我們舉個(gè)例子，比如要在太空養(yǎng)小老鼠，需要給它提供氧氣、水和食物，但是在太空里它是漂浮的，怎樣的設(shè)計(jì)讓它能夠吃到食物能夠喝到水?小鼠還要產(chǎn)生大量的糞便尿液，需要把這些廢物定點(diǎn)排出來(lái)。在一個(gè)小空間里，長(zhǎng)期(至少半年)解決這些問(wèn)題是非常困難的一件事。

問(wèn)題6：除了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，其他實(shí)驗(yàn)也是非常難的對(duì)嗎?

答：比如要在太空加工一個(gè)20厘米長(zhǎng)的樣品，必須把樣品自動(dòng)放入實(shí)驗(yàn)柜加工，加工完以后還要自動(dòng)退出來(lái)。我們必須設(shè)計(jì)一個(gè)獨(dú)特的進(jìn)樣裝置，像左輪手槍一樣，樣品就像子彈，一種樣品放進(jìn)去，加工完以后“彈倉(cāng)”就轉(zhuǎn)一下方向，把加工好的樣品像退“彈殼”一樣退出，再放進(jìn)下一個(gè)樣品。

樣品加工的時(shí)候，需要大量激光器來(lái)加熱到1000多度甚至3000度，在這個(gè)過(guò)程中封裝好的樣品需要融化，但是封裝的外殼不能融化，這也需要特殊的材料和設(shè)計(jì)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的控制，包括過(guò)程的分析過(guò)程的觀測(cè)，也都需要自主完成，難度很大。

問(wèn)題7：

答：這次面向的對(duì)象是國(guó)內(nèi)的科學(xué)家。提交項(xiàng)目包括十幾個(gè)研究方向，比如說(shuō)空間生命科學(xué)，包括動(dòng)物、植物、微生物、細(xì)胞等各方面研究;流體科學(xué)，包括微重力流體下的一些特殊規(guī)律研究;空間材料科學(xué)，就在太空中制備一些新材料，或者是研究一些材料的凝固等特性;基礎(chǔ)物理、超冷原子物理的研究，我們有一些實(shí)驗(yàn)柜專門提供到絕對(duì)零度附近的條件，來(lái)研究超冷狀態(tài)下原子的一些規(guī)律。艙外有一個(gè)大型設(shè)施，多功能光學(xué)設(shè)施，可進(jìn)行宇宙的觀測(cè)，研究宇宙的起源和演化，研究黑洞、暗物質(zhì)等等。還包括有地球觀測(cè)及應(yīng)用新技術(shù)。

問(wèn)題8：

答：流程大致分成以下幾個(gè)步驟。第一步是項(xiàng)目征集，目前我們的申報(bào)網(wǎng)站已經(jīng)開(kāi)通，大家可通過(guò)申報(bào)網(wǎng)站進(jìn)行申報(bào);第二步是形式審查，初步篩選出符合條件的項(xiàng)目。第三步是通訊評(píng)審，邀請(qǐng)同行內(nèi)的專家來(lái)進(jìn)行同行評(píng)議;第四步是會(huì)議評(píng)審，組織各個(gè)領(lǐng)域的專家對(duì)這些項(xiàng)目進(jìn)一步梳理。

在這個(gè)基礎(chǔ)上，形成項(xiàng)目立項(xiàng)建議。如果是條件比較成熟的項(xiàng)目，我們就盡快安排立項(xiàng)程序;如果項(xiàng)目只是有很好的想法，我們可以進(jìn)行地面培育，進(jìn)行了足夠的相研究之后再立項(xiàng)。

問(wèn)題9：

答：本次征集在8月31號(hào)結(jié)束，后期的評(píng)審和立項(xiàng)請(qǐng)關(guān)注載入航天官網(wǎng)的消息。

問(wèn)題10：

答：大家需要關(guān)注以下三個(gè)方面：

首先必須滿足和空間的相關(guān)性。這個(gè)實(shí)驗(yàn)和空間密切相關(guān)，需要利用到微重力條件或者是太空輻射等特殊條件。

第二個(gè)條件是創(chuàng)新性和先進(jìn)性比較突出。項(xiàng)目必須有足夠的創(chuàng)新，比如國(guó)際上沒(méi)有做過(guò)的，或者是國(guó)際上做過(guò)但沒(méi)有做好的，或者是原創(chuàng)性的新的東西，這樣的項(xiàng)目?jī)?yōu)先送上天。

第三個(gè)條件在于可實(shí)現(xiàn)性。這個(gè)項(xiàng)目在技術(shù)上是不是成熟，是否在空間能夠完成?我們現(xiàn)有的裝置和實(shí)驗(yàn)柜是不是能夠滿足實(shí)驗(yàn)的要求?如果不滿足，需要研制一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)裝置，能否實(shí)現(xiàn)?這也是要關(guān)注的一個(gè)方面。

問(wèn)題11：

答：首先，面向國(guó)際征集是為了擴(kuò)大中國(guó)空間站的國(guó)際影響，讓國(guó)際社會(huì)關(guān)注中國(guó)空間站，利用我們的空間站開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，為人類造福。面向國(guó)內(nèi)的征集主要是希望中國(guó)的科學(xué)家能把空間站建設(shè)成國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室，取得重大的、突破性的成果，希望科研院所、高校、科技企業(yè)等都能夠參加，提升整個(gè)國(guó)家的科學(xué)研究水平。

問(wèn)題12：

答：以前我們?cè)诳臻g的實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)非常有限，雖然在神舟飛船、天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室上面開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)，但是能夠開(kāi)展的項(xiàng)目數(shù)量還是有限的。如果有了空間站這個(gè)平臺(tái)，我們可以滾動(dòng)實(shí)施幾百項(xiàng)甚至上千項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)，我們可以大大提升我國(guó)空間科學(xué)領(lǐng)域的研究水平。這些年我們的空間技術(shù)獲得了很大的發(fā)展，但是空間科學(xué)發(fā)展還是比較慢的，所以我們希望通過(guò)這些研究來(lái)提升我國(guó)空間科學(xué)的水平。

另外，我們通過(guò)相關(guān)研究，可以掌握人在太空長(zhǎng)期生存時(shí)的一些特殊規(guī)律，包括物理的和生命的規(guī)律，為人類今后在太空長(zhǎng)期生存奠定基礎(chǔ)。同時(shí)我們開(kāi)展大量的深空技術(shù)驗(yàn)證，包括太空3D打印、太空激光通信，通過(guò)這些技術(shù)的驗(yàn)證，讓人類走得更遠(yuǎn)，走向火星甚至更遠(yuǎn)的深空。

空間站實(shí)驗(yàn)柜集合

問(wèn)題13：

由實(shí)驗(yàn)裝置通過(guò)自動(dòng)化的控制自主完成的。

答：這些實(shí)驗(yàn)操作大部分是也可以通過(guò)地面的運(yùn)行控制中心遙控控制實(shí)驗(yàn)的操作，包括參數(shù)調(diào)整或者設(shè)置。同時(shí)，在軌的航天員會(huì)幫助我們開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，比如說(shuō)更換批次樣品，比如說(shuō)生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的精細(xì)的操作，包括進(jìn)行在軌的觀察?，F(xiàn)在有新的一類航天員，就是載荷專家，他們是專門去太空開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗(yàn)的專家，在短期內(nèi)就把相關(guān)的實(shí)驗(yàn)批量完成。他們的專業(yè)背景能夠提升我們空間站的實(shí)驗(yàn)效率。

問(wèn)題14：

答：4月23號(hào)航天日之前，載人航天辦公室就發(fā)布了項(xiàng)目征集公告，相當(dāng)于從4月底到8月底，實(shí)際上是四個(gè)月的準(zhǔn)備時(shí)間。

另外，考慮到科學(xué)家可能有很多創(chuàng)新的想法，但是未必對(duì)空間站有很多了解，所以我們做了一個(gè)空間站資源手冊(cè)給大家提供指導(dǎo)，介紹空間站上的實(shí)驗(yàn)資源和實(shí)驗(yàn)條件。大家看了這個(gè)手冊(cè)就會(huì)對(duì)整個(gè)空間站的實(shí)驗(yàn)條件有深入的了解，然后填寫項(xiàng)目建議書就可以。

目前我們要求項(xiàng)目建議書小于2萬(wàn)字，希望大家在比較少的篇幅內(nèi)說(shuō)明要做的實(shí)驗(yàn)、需要的資源、以及實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新性和先進(jìn)性。

問(wèn)題15：對(duì)比現(xiàn)有的國(guó)際空間站，咱們空間站的實(shí)驗(yàn)條件怎么樣?

答：我們實(shí)驗(yàn)柜的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)的參數(shù)都提升了，比如擴(kuò)展空間站材料實(shí)驗(yàn)柜的加工溫度，國(guó)際空間站達(dá)到2000多度，我們可以達(dá)到3000度。我們能夠開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)也會(huì)更加豐富，可以同時(shí)進(jìn)行幾十種實(shí)驗(yàn)。

問(wèn)題16：如果我是一個(gè)高中生或者大學(xué)生，也有有機(jī)會(huì)申報(bào)這個(gè)項(xiàng)目嗎?

答：也有機(jī)會(huì)。在空間站資源手冊(cè)也寫明了，空間站同時(shí)也征集科普項(xiàng)目，大學(xué)生、高中生如果有好的想法，也可能在太空中來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如說(shuō)香港中學(xué)生提出的養(yǎng)蠶的項(xiàng)目在天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室上就實(shí)現(xiàn)了，所以大學(xué)生、中學(xué)生也可以提出創(chuàng)新的想法。

問(wèn)題17：

答：是的，科學(xué)家也是有機(jī)會(huì)上天的，如果身體過(guò)關(guān)的話，科學(xué)家可以參加載荷專家選拔，有希望去太空操作自己的實(shí)驗(yàn)。

問(wèn)題18：

答：因?yàn)榭臻g站要在軌十年以上，可以開(kāi)展上千個(gè)項(xiàng)目，所以對(duì)征集數(shù)量沒(méi)有限制，我們希望項(xiàng)目越多越好。

問(wèn)題19：

答：還有，我們大概每?jī)扇昃蜁?huì)再征集一輪。