學生可提交科普實驗項目 科學家或飛天親手做實驗

　　中國太空實驗室接地氣

　　中國空間站結構示意圖。中國載人航天工程辦公室官方網站

　　中國預(yu)計在2020年(nian)(nian)發射(she)空間(jian)站(zhan)(zhan)核心艙(cang)，2022年(nian)(nian)左右發射(she)實(shi)驗(yan)艙(cang)Ⅰ和實(shi)驗(yan)艙(cang)Ⅱ，之后把3個艙(cang)形成“T”字形構(gou)型(xing)，構(gou)成完整的空間(jian)站(zhan)(zhan)。預(yu)計空間(jian)站(zhan)(zhan)將從2022年(nian)(nian)之后開始運(yun)行(xing)，在軌(gui)10年(nian)(nian)以上。

　　自從中國空間(jian)站(zhan)(zhan)計劃開(kai)始(shi)實施以來，“我們去空間(jian)站(zhan)(zhan)干什(shen)么”就(jiu)(jiu)一直是(shi)大眾關心的問題。其(qi)實，“做(zuo)實驗”就(jiu)(jiu)是(shi)一項重要(yao)的任務(wu)——空間(jian)站(zhan)(zhan)將支撐大量(liang)科學研(yan)究和實驗。

　　之前，來自17個國(guo)(guo)家的9個項目(mu)成為中國(guo)(guo)空(kong)間(jian)(jian)站(zhan)科學實驗(yan)首批國(guo)(guo)際合作項目(mu)。現在，中國(guo)(guo)空(kong)間(jian)(jian)站(zhan)面向國(guo)(guo)內公開征(zheng)集(ji)空(kong)間(jian)(jian)科學實驗(yan)和技(ji)術試驗(yan)項目(mu)活(huo)動已開始正式申報(bao)。

　　太空實驗有得天獨厚優勢

　　太空(kong)環(huan)境非常復雜，那么，我們為什么要在(zai)太空(kong)中做實(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)呢？這是因為利(li)用載(zai)人(ren)航天開展(zhan)科學實(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)有很多優點。第(di)一，可以(yi)提供長期的(de)(de)(de)微(wei)重力實(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)條件(jian)，揭示重力掩蓋下物質的(de)(de)(de)特殊(shu)規律。微(wei)重力環(huan)境下，很多物質的(de)(de)(de)規律會發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)。比如(ru)，由重力引起的(de)(de)(de)浮力對流基本消失，燃燒(shao)特性發(fa)生(sheng)了變(bian)化(hua)，它(ta)只是一種擴散的(de)(de)(de)燃燒(shao)。第(di)二，航天員可以(yi)在(zai)軌(gui)進行實(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)操作、更換實(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)設施和(he)實(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)設備，長期開展(zhan)實(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)。第(di)三，在(zai)一定的(de)(de)(de)軌(gui)道高(gao)度上，我們方便開展(zhan)天文(wen)(wen)觀(guan)測和(he)地(di)(di)球(qiu)觀(guan)測。在(zai)空(kong)間進行觀(guan)測，天文(wen)(wen)望(wang)遠鏡不受大(da)氣干(gan)擾。空(kong)間站約1.5個小(xiao)時就能繞地(di)(di)球(qiu)一圈，約每3天就可以(yi)把地(di)(di)球(qiu)大(da)部(bu)分陸(lu)地(di)(di)覆蓋了，可以(yi)開展(zhan)對地(di)(di)快速掃(sao)描和(he)觀(guan)測。第(di)四(si)，可以(yi)通過(guo)天地(di)(di)往返將(jiang)實(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)樣(yang)品帶(dai)回地(di)(di)面(mian)，在(zai)地(di)(di)面(mian)上對樣(yang)品進行長期研(yan)究，取得新(xin)的(de)(de)(de)發(fa)現。

　　關于太空實驗的(de)(de)價值，人(ren)類已經進(jin)行(xing)了諸(zhu)多探(tan)索(suo)。比(bi)如，歐洲牽頭開展(zhan)了在(zai)太空中飼養小(xiao)鼠(shu)的(de)(de)研(yan)究(jiu)，為期半年，通過(guo)在(zai)軌(gui)觀測來研(yan)究(jiu)小(xiao)鼠(shu)在(zai)太空微(wei)重(zhong)力(li)條件下(xia)的(de)(de)特征，并與地面(mian)研(yan)究(jiu)結果(guo)進(jin)行(xing)對(dui)比(bi)，看(kan)在(zai)太空生(sheng)活對(dui)生(sheng)命體的(de)(de)細胞、神(shen)經系統乃至整個生(sheng)命體究(jiu)竟有(you)什么影響，為人(ren)類太空探(tan)測打下(xia)基礎。再比(bi)如，科學家(jia)在(zai)國際空間站開展(zhan)了微(wei)重(zhong)力(li)燃(ran)燒(shao)實驗，發(fa)現“冷焰”這種特殊現象，即火(huo)焰熄滅以后物質仍在(zai)燃(ran)燒(shao)，也就是(shi)說，在(zai)非常低的(de)(de)溫度條件下(xia)，燃(ran)燒(shao)并未停止。利用這種現象，可以提(ti)高發(fa)動機的(de)(de)燃(ran)燒(shao)效率(lv)，特別是(shi)柴油發(fa)動機，讓(rang)發(fa)動機的(de)(de)污染排(pai)放(fang)量(liang)更小(xiao)，對(dui)發(fa)動機的(de)(de)設計改進(jin)具有(you)重(zhong)要(yao)指導(dao)作用。

　　實驗條件先進而豐富

　　中國空間(jian)站(zhan)將(jiang)(jiang)是(shi)先進(jin)的(de)(de)太(tai)空實(shi)驗(yan)(yan)室，能(neng)滿足(zu)多方(fang)面(mian)實(shi)驗(yan)(yan)需求(qiu)。一(yi)(yi)方(fang)面(mian)，實(shi)驗(yan)(yan)艙(cang)內(nei)有大量的(de)(de)科學(xue)實(shi)驗(yan)(yan)柜，支(zhi)持(chi)各個方(fang)向的(de)(de)艙(cang)內(nei)科學(xue)實(shi)驗(yan)(yan)，包括生(sheng)命科學(xue)、流(liu)體科學(xue)、材料科學(xue)、基礎物(wu)理等(deng)。比如說，在(zai)基礎物(wu)理方(fang)面(mian)，我們將(jiang)(jiang)安排一(yi)(yi)個超冷原子實(shi)驗(yan)(yan)柜，研究溫(wen)度在(zai)絕對(dui)零攝氏度附近(jin)的(de)(de)超冷原子氣(qi)體的(de)(de)一(yi)(yi)些特殊的(de)(de)物(wu)理規律。中國空間(jian)站(zhan)有冷原子鐘高精度時頻系統，精度可(ke)達30億年誤差小于1秒(miao)，可(ke)以(yi)(yi)給導航等(deng)提供基準(zhun)的(de)(de)頻率(lv)和(he)時間(jian)信(xin)息(xi)。另一(yi)(yi)方(fang)面(mian)，在(zai)艙(cang)外有一(yi)(yi)些標準(zhun)載荷的(de)(de)適配器，還有一(yi)(yi)些掛大型載荷的(de)(de)掛點，在(zai)艙(cang)外可(ke)以(yi)(yi)進(jin)行天(tian)文觀(guan)測、地球(qiu)觀(guan)測，空間(jian)物(wu)理等(deng)方(fang)面(mian)的(de)(de)研究。此外，通(tong)過航天(tian)員還可(ke)以(yi)(yi)對(dui)實(shi)驗(yan)(yan)條件進(jin)行升級或者更換，可(ke)以(yi)(yi)開展更多方(fang)面(mian)的(de)(de)實(shi)驗(yan)(yan)。

　　談到實(shi)(shi)(shi)驗(yan)條件，人們自然(ran)而然(ran)地會聯(lian)想(xiang)到正在運(yun)行(xing)的(de)國(guo)際空(kong)(kong)間(jian)站(zhan)，與之相(xiang)比(bi)，中(zhong)國(guo)空(kong)(kong)間(jian)站(zhan)的(de)實(shi)(shi)(shi)驗(yan)條件怎樣呢？答案是“后來居上(shang)”。就實(shi)(shi)(shi)驗(yan)柜來說(shuo)，中(zhong)國(guo)在設計(ji)和實(shi)(shi)(shi)驗(yan)參數方面都實(shi)(shi)(shi)現了提升，比(bi)如，擴展空(kong)(kong)間(jian)站(zhan)材料實(shi)(shi)(shi)驗(yan)柜的(de)加(jia)工溫度，國(guo)際空(kong)(kong)間(jian)站(zhan)達到2000多(duo)攝氏(shi)(shi)度，中(zhong)國(guo)的(de)可達到3000攝氏(shi)(shi)度。

　　具備上述(shu)實驗(yan)(yan)條件(jian)無(wu)疑是(shi)(shi)(shi)非常不易的(de)(de)，就(jiu)實驗(yan)(yan)柜的(de)(de)研(yan)制(zhi)來(lai)說就(jiu)需要(yao)克服各(ge)種困難。首先是(shi)(shi)(shi)確保可靠性和安全性。所有實驗(yan)(yan)設施不能對航(hang)天員的(de)(de)生(sheng)(sheng)活造成(cheng)(cheng)影響(xiang)，不能有危險性的(de)(de)因素。比如(ru)，燃燒實驗(yan)(yan)必須做到(dao)可控(kong)，絕(jue)不能造成(cheng)(cheng)火災。其(qi)次，適(shi)用特殊(shu)的(de)(de)控(kong)制(zhi)手段(duan)。空(kong)間(jian)站上的(de)(de)實驗(yan)(yan)大部(bu)分(fen)都(dou)是(shi)(shi)(shi)自主(zhu)完(wan)成(cheng)(cheng)的(de)(de)，無(wu)論(lun)是(shi)(shi)(shi)樣品輸送(song)、分(fen)析等實驗(yan)(yan)過程，還是(shi)(shi)(shi)觀(guan)測設備的(de)(de)定(ding)時定(ding)點觀(guan)測都(dou)需要(yao)開發與地面不同(tong)的(de)(de)控(kong)制(zhi)手段(duan)，難度之高，可以想見。比如(ru)，要(yao)在(zai)太(tai)空(kong)養小鼠，需要(yao)給它提供(gong)氧氣、水和食物(wu)，但是(shi)(shi)(shi)在(zai)太(tai)空(kong)里它是(shi)(shi)(shi)漂浮的(de)(de)，怎(zen)樣的(de)(de)設計讓它能夠(gou)吃到(dao)食物(wu)能夠(gou)喝到(dao)水？小鼠還要(yao)產生(sheng)(sheng)大量的(de)(de)糞便(bian)尿液，需要(yao)把(ba)這(zhe)些廢物(wu)定(ding)點排出來(lai)。在(zai)一個小空(kong)間(jian)里，長期(至少半年)解決這(zhe)些問題(ti)難度很高。

　　創新性可實現性至關重要

　　本次征(zheng)集面向的是國(guo)內(nei)科(ke)學(xue)家。實驗(yan)項目包括十幾個研究(jiu)(jiu)(jiu)方向，其中包括空間(jian)生(sheng)命科(ke)學(xue)，在動物(wu)(wu)(wu)、植物(wu)(wu)(wu)、微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)、細胞等方面進行研究(jiu)(jiu)(jiu)；流(liu)體(ti)(ti)科(ke)學(xue)，研究(jiu)(jiu)(jiu)微(wei)重(zhong)力流(liu)體(ti)(ti)下(xia)的一些(xie)特(te)殊規(gui)(gui)律；開展基礎(chu)物(wu)(wu)(wu)理(li)、超冷原子物(wu)(wu)(wu)理(li)的研究(jiu)(jiu)(jiu)，認識超冷狀態下(xia)原子的規(gui)(gui)律。此外，利用(yong)艙外大型設施，進行宇宙的觀測，研究(jiu)(jiu)(jiu)宇宙的起(qi)源和演化，研究(jiu)(jiu)(jiu)黑洞、暗物(wu)(wu)(wu)質等。

　　有(you)(you)(you)意應征者要提高成功率，建議注意以下(xia)3個方面。一是(shi)提交的(de)(de)實驗(yan)(yan)必(bi)須滿足(zu)和(he)空間的(de)(de)相關性(xing)，需(xu)要利用微重力條(tiao)件(jian)(jian)(jian)或(huo)者是(shi)太空輻射(she)等特殊(shu)條(tiao)件(jian)(jian)(jian)。二是(shi)實驗(yan)(yan)的(de)(de)創(chuang)新(xin)性(xing)和(he)先(xian)進性(xing)比較突出。比如，該(gai)類(lei)實驗(yan)(yan)國際上沒有(you)(you)(you)做過，或(huo)者是(shi)國際上做過但(dan)沒有(you)(you)(you)做好，或(huo)者加入了原創(chuang)性(xing)的(de)(de)新(xin)東西。三是(shi)實驗(yan)(yan)要具有(you)(you)(you)可實現性(xing)。充分考慮現有(you)(you)(you)裝置和(he)實驗(yan)(yan)柜是(shi)否能夠滿足(zu)實驗(yan)(yan)條(tiao)件(jian)(jian)(jian)要求(qiu)，如果(guo)不能，能否研制(zhi)出新(xin)實驗(yan)(yan)裝置。

　　實驗(yan)項目申(shen)報(bao)流程大(da)致分(fen)成以(yi)下4個步(bu)驟。第一步(bu)是(shi)項目征集(ji)，目前，申(shen)報(bao)網站已經開通(tong)，接(jie)受(shou)網上(shang)申(shen)報(bao)；第二(er)步(bu)是(shi)進行(xing)形式審查，初步(bu)篩選出符合條件的項目。第三(san)步(bu)是(shi)通(tong)訊評(ping)審，邀請同(tong)行(xing)內的專家來進行(xing)同(tong)行(xing)評(ping)議(yi)；第四步(bu)是(shi)會議(yi)評(ping)審，組(zu)織各個領(ling)域的專家對這些申(shen)報(bao)項目進一步(bu)梳(shu)理(li)。在此基礎上(shang)，形成項目立(li)項建(jian)議(yi)。

　　如果(guo)是(shi)條件比較成(cheng)熟的(de)項(xiang)目，我(wo)們(men)就盡快安排立(li)項(xiang)程序(xu)；如果(guo)項(xiang)目只是(shi)有很好(hao)的(de)想法，我(wo)們(men)可以進行地面培育，進行了足夠(gou)的(de)研(yan)究之后再立(li)項(xiang)。本次(ci)征集將在(zai)今年8月(yue)31日結束，后期(qi)的(de)評審和立(li)項(xiang)請關注中國載入(ru)航天官網發布的(de)相關消息。

　　學生可申報科普實驗

　　值得注意的是，中(zhong)國空(kong)(kong)間站征集(ji)的還有(you)科普(pu)項目(mu)，大(da)學(xue)生、高(gao)中(zhong)生如(ru)果有(you)好(hao)的想法，都(dou)可(ke)以(yi)進行申報，并且可(ke)能在(zai)太空(kong)(kong)中(zhong)得以(yi)實(shi)(shi)現。在(zai)這方面已有(you)先例。天宮二號進行的太空(kong)(kong)養蠶(can)實(shi)(shi)驗(yan)項目(mu)就(jiu)是由(you)香(xiang)港中(zhong)學(xue)生提出的，該實(shi)(shi)驗(yan)取得豐碩成果，向全社會特別是廣(guang)大(da)青少年(nian)進行了(le)非常好(hao)的科學(xue)知識普(pu)及，激發了(le)他們(men)探究宇宙的熱情。

　　由(you)(you)于環境的(de)特殊性，空間站上的(de)實(shi)(shi)(shi)驗(yan)操(cao)(cao)作通過3種方式(shi)進(jin)行(xing)(xing)。一是(shi)由(you)(you)實(shi)(shi)(shi)驗(yan)裝置通過自(zi)動化(hua)控制自(zi)主完成(cheng)，大部分實(shi)(shi)(shi)驗(yan)是(shi)以(yi)這種方式(shi)來完成(cheng)的(de)。二是(shi)通過地(di)面運(yun)行(xing)(xing)控制中心遙(yao)控控制實(shi)(shi)(shi)驗(yan)的(de)操(cao)(cao)作，包括(kuo)進(jin)行(xing)(xing)參(can)數調整或者設置等。三是(shi)由(you)(you)在軌的(de)航(hang)天員來協助開(kai)展(zhan)，比(bi)如，更換批次樣品，或者完成(cheng)生命(ming)科學實(shi)(shi)(shi)驗(yan)中的(de)精細操(cao)(cao)作，進(jin)行(xing)(xing)在軌觀(guan)察等。現在有新型航(hang)天員，他們本身就是(shi)載荷專家，專門去太空開(kai)展(zhan)科學實(shi)(shi)(shi)驗(yan)，在短期(qi)內就把相關的(de)實(shi)(shi)(shi)驗(yan)批量完成(cheng)。

　　對于有志于太空(kong)(kong)科(ke)學實(shi)驗(yan)的(de)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)科(ke)學家(jia)來說，中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)空(kong)(kong)間站將(jiang)為他們搭建前所未有的(de)實(shi)驗(yan)平臺。他們提交空(kong)(kong)間實(shi)驗(yan)項(xiang)目如果(guo)入選(xuan)，如果(guo)身體過關(guan)的(de)話，他們完全可(ke)以(yi)參加載荷專家(jia)選(xuan)拔，有望在太空(kong)(kong)操(cao)作自己的(de)實(shi)驗(yan)。(作者(zhe)為中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)科(ke)學院空(kong)(kong)間應用(yong)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)心應用(yong)發展中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)心主任(ren) 張偉)