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载人空间站:太空里的国家级实验室

载人空间站:太空里的国家级实验室

高铭 《 光明日报 》( 2014年08月07日   12 版)

    载人航天是人类空间活动重要组成部分,20多年来,通过“神舟”系列飞船和“天宫”空间实验室开展了50余项空间科学与应用实验,在天宫二号空间实验室上还将开展一系列空间科学实验,其中空间冷原子钟和天-地量子密钥分配两个项目瞄准当前国际物理科学的热点和前沿,将努力抢占国际微重力基础物理研究的制高点。

    我国计划2020年前后建设长期运行的载人空间站,将成为我国国家级的太空实验室,研究内容涵盖大部分空间科学领域,预期将开展数百项空间科学项目。

    利用空间站具备持续的较高微重力水平和航天员参与的条件,将开展系列微重力科学研究。开展基础流体、复杂流体和软物质、两相流、分散体系研究等微重力流体科学研究,开展与能源动力相关的燃烧科学研究,开展金属合金定向凝固和深过冷、纳米胶体晶体、材料热物性测量等空间材料研究,以及干细胞、三维生物组织培养、蛋白质科学等生物技术研究。

    在微重力基础物理研究方面,利用空间站微重力条件开展pK量级(地面无法企及)极低温区的超冷原子物理实验,研究独特的量子力学波动性和量子相干性;建立稳定度为10-18量级的空间高精度时间/频率系统,开展精细结构常数、引力红移等基础物理研究和应用研究;开展量子调控及量子通讯研究,包括量子存贮中继、量子纠缠交换和纠缠纯化以及空间广域量子密钥分发等基础和应用研究。

    在生命科学方面,将安排一系列实验研究生命在太空环境下响应机理、与生命起源相关的前沿探索。

    在空间地球科学方面,利用空间站的非太阳同步低轨道对地观测条件,将开展具有特色的全球变化研究,进行全球变化前沿研究和资源环境应用研究,并推动空间地球科学研究长足发展。

    在空间天文方面,安排了具有很强国际竞争力的高精度大型空间光学设施,将开展多色成像和光谱巡天,研究宇宙加速膨胀与暗能量属性,研究星系、类星体、恒星与黑洞的形成和演化等,计划装载采用创新技术的高能宇宙辐射探测设施。

    为支持空间科学与应用研究,计划在空间站舱内建设十余个高功能密度的科学实验柜,舱外装载暴露载荷,构建天地一体化的信息系统,并通过联合空间科学相关研究中心和学科实验室等,加强科学研究、数据利用和成果转移转化。

    空间站具备运营时间长、航天员参与科学实验操作、设备可维修升级、能够通过飞船进行补给和回收科学实验样品等独特的优势,将开展系列化的空间科学研究。我国正在制定相关的科学计划,包括重力生物学研究计划、复杂流体和分散体系研究计划、微重力金属合金计划、空间超冷原子物理研究计划、宇宙灯塔计划、非同步轨道地球科学研究计划等,开展具有国际前水平的研究,瞄准微重力环境下物质的运动规律、暗能量和暗物质本质、宇宙形成演化、超冷原子体系及其独特的量子力学性质、生命现象本质等前沿和基础科学问题,将力争在宇宙学、天体物理学、生命科学和物理科学等领域取得革命性的新发现。

    空间站的空间科学计划如能落实,将成为我国规模最大、综合性最强、科技产出期望值很高的空间科学计划。相信通过空间站这个国家级实验室,将使我国空间科学与应用的重点领域进入世界先进行列,做出一批具有国际影响的重大发现,推动我国空间科学整体水平的提高。

    (作者为中国科学院空间应用工程与技术中心研究员)

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