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这个太空实验室不简单

来源:人民日报 作者:余建斌、刘诗瑶 2018-10-26 10:17:25

  天宫二号空间实验室是我国第一个真正意义上的太空实验室,上面搭载14项约600公斤的应用载荷,在规模和水平上有明显提升

  未来,作为中国航天史上规模最大、长期有人照料的空间实验平台,空间站将成为国家级太空实验室


  日前,天宫二号空间实验室圆满完成了2年在轨飞行和各项试验任务,达到了设计寿命。由于状态良好,加上所携带的科学仪器设备功能正常,这个太空实验室将继续飞行至2019年7月后受控离轨,最大程度发挥其珍贵的空间应用效益。

  “造船为建站,建站为应用”,建造神舟飞船是为建设空间站提供天地往返运输工具;建造空间站是为开展大规模空间应用提供平台。从我国载人航天工程启动到中国空间站正式开建前,神舟飞船、天宫一号目标飞行器、天宫二号空间实验室和天舟一号货运飞船等,既是载人航天技术试验平台,也是利用太空特殊环境进行科学实验的“实验室”,涌现出一大批空间应用成果。

  累计安排100余项科学实验与应用试验,取得一大批具有重大价值的科学与应用成果

  “我国载人航天工程一直秉持重在应用的价值理念。”中国载人航天工程办公室副主任林西强说,通过持续建设空间应用系统,相关科研经费投入不断加大,空间站建造阶段空间应用系统科研经费占比大约为15%,已超过14个系统平均值。

  目前,在突破载人航天基本技术的同时,我国载人航天工程累计安排100余项科学实验与应用试验,取得一大批具有重大价值的科学与应用成果,推动空间应用进入发展新阶段。

  利用神舟飞船留轨舱和返回舱,开展了以多模态微波遥感器为代表的29项实验;利用天宫一号目标飞行器、天宫二号空间实验室、神舟飞船和天舟飞船,开展了70余项实验。特别是天宫二号空间实验室支持空间应用的能力较前期有了大幅的跃升,是我国第一个真正意义上的太空实验室,上面搭载14项约600公斤的应用载荷,在规模和水平上有明显提升。

  例如,天宫二号搭载的空间冷原子钟是国际上首台在轨运行的冷原子钟,日稳定度3000万年的误差小于1秒,实验掌握了冷原子团的在轨激光冷却、操控、与微波相互作用及冷原子探测等关键技术,对未来空间高精度时频系统提供了直接技术支持。

  载人航天工程空间应用系统副总设计师吕从民介绍说,空间科学实验是指一定规模有计划的空间微重力科学研究活动。我国空间生命科学实验、空间材料科学实验、微重力流体物理实验发现了一批新的科学现象,提高了对相关规律的认知,获得了有特色的科学成果;开展的地球环境监测和空间天文观测研究成果,使我国在这些领域的研究进入国际先进行列。

  在空间生命科学方面,天宫二号高等植物培养实验进行了拟南芥和水稻生长,顺利开花结果,首次完成了高等植物“从种子到种子”的空间长周期培养,也是国际上首次在空间获得了拟南芥开花基因启动子控制的绿色荧光蛋白实时图像,为未来建立以植物为基础的空间生命生态系统、控制植物的开花、提高系统的生产效率提供了依据。

  通过与地面上同步种植的水稻与拟南芥进行对比研究,科研人员还发现了一些有趣现象:例如,由于在太空中没有地球上的重力引导,植物方向感差,根的定向生长运动明显受阻,太空中的水也不能有效地回到土壤中。但同样在太空微重力的条件下,水稻的吐水活性却显著增强,这一特性未来可应用于空间制备净化水。

  空间环境监测及预报研究则为飞船发射和在轨运行安全起到了重要的保障作用,并促进了相关学科研究的发展。天宫二号伽马暴偏振探测仪是国际首台宽视场、高效率的专用宇宙伽马射线暴偏振探测仪器,开辟了伽马暴偏振探测新窗口,成功探测到55个宇宙伽马暴事例,已被美国、欧洲和俄罗斯等空间天文卫星观测所证实,为国际伽马暴联合探测做出了重要贡献。

  “未来,作为中国航天史上规模最大、长期有人照料的空间实验平台,空间站将成为国家级太空实验室,全面开启我国空间科学研究与应用的新阶段。”林西强说。

  航天员选拔训练技术以及健康、生活和工作三大驻留保障技术得到有效验证

  对中国载人航天来说,历次“神舟”和“天宫”飞行任务,同时也是载人航天工程各大系统验证完善航天新技术的过程。

  载人航天工程空间实验室系统总设计师朱枞鹏介绍说,天宫二号作为我国首个太空实验室,突破并掌握了中期驻留载人宜居环境设计技术、推进剂补加、人机协同在轨维修技术等关键技术,实现了交会对接、航天员中期驻留、推进剂补加、组合体控制与管理、航天医学实验、空间科学与应用,以及空间站技术验证多任务融合设计与动态规划。

  例如,天宫二号与天舟一号配合,首次实现了我国航天器推进剂在轨补加任务,全面突破和掌握了推进剂在轨补加技术,系统解决了一系列技术难题,使推进剂补加系统性能指标处于世界领先水平,对后续空间站阶段的推进剂补加进行了完整验证。

  “我们培养的11名航天员出色地完成了6次载人飞行任务,航天员队伍总体实力增强。航天员选拔训练技术以及健康、生活和工作三大驻留保障技术也得到了有效验证,为未来空间站长期飞行奠定了坚实基础,提供了强有力的技术支撑和保障。”载人航天工程航天员系统副总设计师黄伟芬介绍说,6次载人飞行并不多,时间也不长,必须要积累更多的数据和经验,让航天员能够适应太空失重环境,高效完成工作。“人是载人航天的主体,将来走出地球寻找新的家园也是人类,所以要持续关注人的健康保障问题,把相关实验继续做下去。”

  黄伟芬介绍说,在2016年、2017年实施的载人航天工程空间实验室任务中,针对在轨飞行失重状态下实施防护措施时的束缚和力负荷加载关键设备,开展了太空跑台束缚系统在轨验证,获取了航天员在轨跑步锻炼中穿着太空跑台束缚系统时,肩、腰部的力分配数据及对束缚系统耐受性、适体性的主观评价,验证了空间站太空跑台束缚系统的人体适用性,为空间站太空跑台的完善和优化提供了直接依据。

  载人航天技术服务普通人日常生活,空间站将成为太空中“会飞的农场”

  在国外,脱水蔬菜、果珍等最早都曾是为航天员量身定制的产品。在我国,载人航天环控生保技术成功用于煤矿事故救援,航天医学研究成果用于治疗老年人骨密度降低等疾病,来自太空育种的蔬菜瓜果摆上寻常人家的餐桌……载人航天技术也已进入和服务普通人日常生活。

  例如,载人空间站热控方案中的泵驱两相技术,尤其是射流送风技术、温湿度风速独立控制技术和仿真技术,可满足文物展览对温湿度高精度控制的要求。故宫博物院就已经用到这种航天级的环控技术,让文物能够突破季节限制,随时与观众相见。

  2016年的天宫二号和神舟十一号任务中,分别搭载了云南的核桃种子和核桃穗条,在太空遨游33天后返回地面栽培。通过对太空诱变育种材料进行变异性研究、评价和利用,为下一步核桃良种选育、获得特异性状等遗传材料的开发利用打下坚实基础。

  2017年,全国第二个航天级食品标准——航天级食品原料核桃油标准的制定工作正式开始,航天级食品核桃油标准制定将成为解决云南核桃产业持续发展的关键。未来,类似这些航天级食品不仅会纳入航天员 “太空食谱”,提升飞行任务中的食品种类多样性,还会有更多人品尝到航天级标准的食品。

  自2016年起,中国航天育种高原特色物种中心平台通过长征七号、天宫二号、神舟十一号开展籽种搭载实验,选送兰花、睡莲、薰衣草、一串红、石竹等94个观赏园艺物种,共计719克。

  “太空中微重力、辐射等特殊因素,会让籽种产生变异,通过后期的筛选培育,我们会选出包含产量提高、抗病虫害能力增强等正向变异特性的优良品种。太空育种能够相对缩短传统的育种周期,让我们在较短的时间内,获得所需要的品种。”云南省农业科学院花卉研究所副所长李绅崇介绍说,“航天生物技术在花卉产业中的应用,是加速提高观赏园艺自主创新品种和专利品种的培育,增加产品附加值及百姓收入,实现观赏园艺全价值产业链发展的有效途径。”

  未来,通过太空育种技术解决空间站里航天员的食品自给问题,空间站也将成为太空中“会飞的农场”。

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