我们为何要到太空做实验?中科院空间应用中心这样说

7月24日,由航天科技集团五院抓总研制的空间站问天实验舱,在文昌航天发射场由长征五号B运载火箭托举升空,顺利进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。今年,我国将完成以天和核心舱、问天实验舱和梦天实验舱为基本构型的T形天宫空间站建造,建成国家太空实验室,支持开展长期、多领域、大规模空间科学与应用研究。

我们为何一定要到太空去做实验?中科院空间应用工程与技术中心应用发展中心主任张伟解释道,太空能提供长期的微重力、辐射等特殊研究环境,可供科学家探究特殊的物理现象,例如由于太空中沉淀和分层现象基本消失、压力梯度极大减小,可生产出没有缺陷、能优良的材料。同时,空间站的长期有人在轨驻留,便于实验操作和设备的维修、维护、升级,样品模块还可通过天地往返运回地面,进行深入研究。

科学实验柜是空间站开展科学实验的主要设施。它们主体结构是金属骨架,看似无奇却内有玄机。中科院空间应用中心研究员张璐说,由于运载能力约束,主体结构越轻,能为科学实验设备留出的空间就越多,但同时还要保证足够的强度,才能减小发射时对设备的冲击和影响。运用复合材料,经过几百次的力学仿真实验,机柜主体结构实现了既轻便又牢固,承载比达到国际同类装置的两倍以上。

问天实验舱应用任务以生命科学和生物技术研究为主,目前已在空间生命科学与生物技术、微重力流体物理、空间材料科学、空间应用新技术试验等四个领域规划部署了10余个研究主题,立项40余项科学项目,待空间站建成后,将持续论证、滚动实施相关科学项目。

中科院空间应用中心研究员、空间应用系统副总师吕从民表示,为保证科学任务顺利开展,不断产出科学成果,空间应用系统在问天实验舱部署了生命生态实验柜、生物技术实验柜、科学手套箱与低温存储柜、变重力科学实验柜等科学实验设施,并配置了舱内外应用任务共用支持设备,联合支持科学项目在轨顺利实施。

其中,生命生态实验柜将以植物种、水生生物、小型模式动物等为实验样品,开展拟南芥、线虫、果蝇、斑马鱼等动植物的空间生长实验;科学手套箱提供了洁净密闭空间和温湿度环境控制,配置灵巧机械臂,具备细胞级精细操作能力;低温存储装置则是我国首台“太空冰箱”,集成了3个冷冻冷藏区,既可以对样品进行4摄氏度“保鲜”,也可进行零下20摄氏度、零下80摄氏度“冷冻”。

当然,太空科学实验不仅仅是在舱内进行,在问天实验舱外壁还设置有集中开展舱外暴露实验的暴露台。未来,样品的转移将主要通过舱外机械臂进行操作、回收,既实现了灵活、快速、高效,也降低了航天员的工作强度和工作风险。

后续我国还将发射巡天空间望远镜,与空间站共轨飞行。其拥有2米口径,成像质量与哈勃望远镜相当,但视场则变大了300倍,能巡视42%的天区面积,还可以“紧盯”一个方向进行多色极深度成像观测。