中國空間站已于2022年底全面建成，工程隨即轉(zhuǎn)入應(yīng)用與發(fā)展階段，全面實現(xiàn)了載人航天工程“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)。目前，中國國家太空實驗室已正式運行，并建立起獨具中國特色的近地空間科學(xué)與應(yīng)用體系，空間應(yīng)用正有序展開、成果頻現(xiàn)。

  “造船為建站、建站為應(yīng)用”，作為載人航天工程應(yīng)用系統(tǒng)的牽頭負(fù)責(zé)單位，中國科學(xué)院在中國航天事業(yè)發(fā)展的每一個關(guān)鍵階段都提供了強(qiáng)有力的科技支撐。

  中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心副主任、載人航天工程空間應(yīng)用系統(tǒng)副總指揮王強(qiáng)說：“空間站的建設(shè)運營為推進(jìn)我國空間科學(xué)和應(yīng)用發(fā)展提供了重大歷史機(jī)遇，中國科學(xué)院充分發(fā)揮國家科研機(jī)構(gòu)的建制化、體系化、綜合化優(yōu)勢，著眼支撐國家長遠(yuǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性科技問題，在重大空間科學(xué)問題突破和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)方面，發(fā)揮了核心和攻堅作用，推動我國空間科學(xué)與應(yīng)用跨越發(fā)展。”

建制化力量建立應(yīng)用體系

  空間科學(xué)與應(yīng)用的核心就是探索未知，載人航天工程實施之初，國家就把這副重?fù)?dān)交給了中國科學(xué)院，明確由中國科學(xué)院負(fù)責(zé)空間科學(xué)與應(yīng)用任務(wù)的論證、立項與實施。

  中國科學(xué)院在與空間科學(xué)各主要領(lǐng)域?qū)?yīng)的基礎(chǔ)科學(xué)方面有堅實的基礎(chǔ)和很強(qiáng)的科技力量。面對這項我國迄今為止領(lǐng)域最廣、規(guī)模最大、系統(tǒng)最復(fù)雜的空間應(yīng)用任務(wù)，中國科學(xué)院作了重要的安排和部署，科研團(tuán)隊有力支撐了載人航天工程空間科學(xué)實驗。

  “我們瞄準(zhǔn)國際空間科學(xué)領(lǐng)域前沿和戰(zhàn)略高技術(shù)方向，統(tǒng)籌部署多學(xué)科空間科學(xué)應(yīng)用。在載人航天工程第一步和第二步任務(wù)中，從無到有，建立了空間科學(xué)與應(yīng)用研究研制體系。”王強(qiáng)說。

  在對地觀測、空間科學(xué)、應(yīng)用新技術(shù)等領(lǐng)域，空間應(yīng)用系統(tǒng)開展了60余項空間科學(xué)和應(yīng)用任務(wù)、攻克了 500 余項關(guān)鍵技術(shù)、全新研制了600余臺套有效載荷，相關(guān)成果在應(yīng)用衛(wèi)星型號上實現(xiàn)了推廣應(yīng)用，產(chǎn)生了突出的經(jīng)濟(jì)和社會效益，彰顯了載人航天應(yīng)用的前瞻引領(lǐng)作用。

  例如，在對地觀測領(lǐng)域，空間應(yīng)用系統(tǒng)攻關(guān)研制的中分辨率成像光譜儀、多模態(tài)微波遙感器、超光譜成像儀、多角度寬譜段成像儀、三維成像微波高度計等一系列對地觀測及地球科學(xué)研究儀器，采用全新技術(shù)體制，技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，跨越了一個又一個里程碑，相關(guān)技術(shù)成果迅速在風(fēng)云、氣象、海洋等業(yè)務(wù)衛(wèi)星上進(jìn)行了轉(zhuǎn)化應(yīng)用，取得了突出效益。

  在空間材料科學(xué)領(lǐng)域，空間應(yīng)用系統(tǒng)開展了半導(dǎo)體光電子材料、金屬合金、納米及復(fù)合材料等數(shù)十種新型材料的空間制備實驗研究，研究成果對于地面材料加工工藝的改進(jìn)與發(fā)展具有重要指導(dǎo)意義，并已得到成功應(yīng)用。

  在應(yīng)用新技術(shù)領(lǐng)域，空間應(yīng)用系統(tǒng)首次在空間飛行器上在軌二次釋放微小衛(wèi)星并實現(xiàn)了對非合作目標(biāo)的近距離成像觀測、精確繞飛或飛越觀測，為航天器編隊飛行奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

把實驗室搬到太空

  2023年6月，中國空間站第四批空間科學(xué)實驗樣品隨神舟十五號載人飛船返回艙返回地面，交付由中國科學(xué)院牽頭負(fù)責(zé)的載人航天工程空間應(yīng)用系統(tǒng)。隨后，這些從空間站“旅行歸來”的樣品被來自天南地北的科學(xué)家分別接回實驗室，開展后續(xù)研究。

  截至目前，空間站已開展了 60余項實驗項目、上萬次在軌實驗，獲得了近60TB原始實驗數(shù)據(jù)，下行了300余個科學(xué)實驗樣品。其中，空間冷原子鐘、伽馬暴偏振探測儀等項目取得國際領(lǐng)先的科學(xué)研究成果，引領(lǐng)我國空間科學(xué)與應(yīng)用快速發(fā)展。

  建成后的中國空間站成為國家太空實驗室，三艙部署的多個實驗柜可在四大領(lǐng)域開展上千項科學(xué)實驗。其中，問天實驗艙主要面向空間生命科學(xué)研究，夢天實驗艙主要面向微重力科學(xué)研究，打造空間技術(shù)應(yīng)用研究“夢工場”。

  這些設(shè)施上配備了多種先進(jìn)的精密檢測、實驗支持儀器，如材料實驗X射線實時診斷、流體實驗的數(shù)字全息、燃燒實驗的弱光ICCD檢測、超冷原子的兩級交叉光阱冷卻、生物實驗的微通道 PCR 芯片擴(kuò)增和人機(jī)協(xié)同高精度微操作器等。

  國家太空實驗室研究平臺學(xué)科覆蓋全面，空間站艙內(nèi)有25個科學(xué)實驗機(jī)柜與一系列艙外設(shè)施，能夠支持空間生命科學(xué)與生物技術(shù)、空間天文與天體物理等諸多學(xué)科方向的研究與應(yīng)用，每一個實驗柜或艙外設(shè)施都可以說是一個綜合實驗室。

  目前，多項科學(xué)實驗和試驗在空間站完成。中國科學(xué)院承擔(dān)的“微重力條件下高等植物開花調(diào)控的分子機(jī)理”生命科學(xué)實驗項目進(jìn)展順利，在國際上首次完成空間微重力條件下水稻從“種子到種子”的全生命周期培養(yǎng)實驗，為進(jìn)一步解析空間微重力對水稻生長發(fā)育的影響及分子基礎(chǔ)、利用水稻進(jìn)行空間糧食生產(chǎn)提供了重要理論指導(dǎo)。

  在空間材料科學(xué)方面，空間站實現(xiàn)了硒化銦材料的空間制備，發(fā)現(xiàn)鉍摻雜硒化銦材料性能優(yōu)異，遷移率是超薄硅材料的15倍，且具有穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)，其開發(fā)應(yīng)用有望推動場效應(yīng)管的升級換代，可獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

  “這些科學(xué)實驗研究多種空間環(huán)境要素下的基本科學(xué)規(guī)律、機(jī)理，探索人類長期太空生存面臨的科學(xué)問題，將積極推進(jìn)空間科學(xué)向應(yīng)用轉(zhuǎn)移，進(jìn)一步提高我國空間科學(xué)整體水平。”王強(qiáng)說。

  此外，為了實現(xiàn)天地高效協(xié)同、大幅提升在軌實驗效率，空間應(yīng)用系統(tǒng)還在地面建成了實物鏡像系統(tǒng)、數(shù)字鏡像系統(tǒng)及空—地“云”平臺，創(chuàng)新發(fā)展了人機(jī)融合、數(shù)字伴飛的空間科學(xué)實驗?zāi)Ｊ�，形成�?ldquo;端到端”低延時遙科學(xué)實驗和海量科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)能力；建成了全壽命周期載荷研制支持平臺、電磁彈射微重力實驗設(shè)施和太空實驗室地面實驗基地，為載荷設(shè)計、總裝、集成測試等研制工作，以及科學(xué)項目遴選與培育、地基研究和匹配實驗等，形成了實驗載荷/樣品全壽命周期研制試驗支持能力。

  王強(qiáng)指出，在整個過程中，中國科學(xué)院構(gòu)建了“天地協(xié)同、開放靈活”的復(fù)雜大系統(tǒng)解決方案，實現(xiàn)了多領(lǐng)域、多任務(wù)、多載荷高效協(xié)同工作及資源的高效利用，創(chuàng)新了空間科學(xué)實驗范式，極大降低了空間科學(xué)實驗門檻。

推進(jìn)我國空間科學(xué)邁上新臺階

  當(dāng)前，載人航天工程進(jìn)入到一個新的歷史起點，即應(yīng)用與發(fā)展階段。今年6月，中國載人航天工程辦公室面向全國發(fā)布了《空間站應(yīng)用與發(fā)展工程空間科學(xué)與應(yīng)用項目征集公告》。

  據(jù)中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員、應(yīng)用發(fā)展中心主任張偉介紹，太空實驗室未來10年可支持在軌開展空間生命科學(xué)與人體研究、微重力物理科學(xué)、空間天文與地球科學(xué)以及空間新技術(shù)與應(yīng)用4個研究領(lǐng)域的近1000個研究項目。

  中國空間站是未來十幾年我國最重要的近地太空實驗室，將引領(lǐng)新一代空間應(yīng)用和技術(shù)發(fā)展，涉及重大科學(xué)前沿、重要應(yīng)用基礎(chǔ)、關(guān)鍵核心技術(shù)以及向產(chǎn)業(yè)界轉(zhuǎn)移知識和技術(shù)。

  “未來10年將是中國空間科學(xué)發(fā)展的重要機(jī)遇期，我們可以研究宇宙的過去到現(xiàn)在以至未來，探索從宏觀天體到極端條件下原子與分子的基本規(guī)律，開啟中國空間科學(xué)研究與應(yīng)用的新時代。”張偉表示。

  “空間站是我國最重要的綜合性近地空間研究基地，我們將始終牢記‘四個率先’和‘兩加快一努力’目標(biāo)要求，按照國家太空實驗室的總體目標(biāo)，努力爭取讓基礎(chǔ)研究進(jìn)入國際前沿，在應(yīng)用基礎(chǔ)和新技術(shù)方面解決國家重大需求，為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供高質(zhì)量科技供給，為加快建設(shè)科技強(qiáng)國、實現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)作出更大貢獻(xiàn)。”王強(qiáng)說。■