科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜太空“履職” 國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室今年將初具規(guī)模

“天宮課堂”第二課圓滿落幕，“太空教師”翟志剛、王亞平、葉光富又為我們上了一堂精彩的太空科普課。一幕幕神奇而唯美的實(shí)驗(yàn)亮相距離地球約400公里的中國(guó)空間站。

這次，神舟十三號(hào)航天員除了在軌演示了科學(xué)實(shí)驗(yàn)與地面同學(xué)互動(dòng)問(wèn)答之外，還重點(diǎn)介紹展示了核心艙內(nèi)的高微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜和無(wú)容器科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜。這兩個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜引起了很多青少年的好奇。我們?yōu)槭裁匆教焐献鰧?shí)驗(yàn)?天上能做哪些實(shí)驗(yàn)?作為國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室首批入軌的科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，它們究竟有什么神奇之處呢?

每個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜就是一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)室

到太空做實(shí)驗(yàn)，這與空間站的特點(diǎn)密切相關(guān)。由于空間站能夠提供長(zhǎng)期的微重力等特殊研究環(huán)境，科研人員就可以發(fā)現(xiàn)被重力掩蓋的物質(zhì)本質(zhì)規(guī)律。

空間站里的科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜有什么作用?載人航天工程空間應(yīng)用系統(tǒng)副總師王珂研究員告訴科技日?qǐng)?bào)記者，科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜安裝在密封艙內(nèi)，也就是核心艙、問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙I和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙II內(nèi)，用于開展航天醫(yī)學(xué)、空間生命科學(xué)與生物技術(shù)、微重力流體物理、微重力燃燒科學(xué)、空間材料科學(xué)、微重力基礎(chǔ)物理等研究方向的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

“每一個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜相當(dāng)于一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)室，支持開展單學(xué)科或多學(xué)科交叉的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)，相當(dāng)于把地面上數(shù)十平米實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)設(shè)備高度集成到一個(gè)2立方米的實(shí)驗(yàn)柜空間里。”王珂介紹，實(shí)驗(yàn)柜采用模塊化設(shè)計(jì)，在軌可通過(guò)航天員操作更換實(shí)驗(yàn)單元或?qū)嶒?yàn)樣品，支持整個(gè)運(yùn)營(yíng)期上千項(xiàng)科學(xué)研究項(xiàng)目的滾動(dòng)實(shí)施，大大降低科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施難度及準(zhǔn)入門檻，減輕科學(xué)家的工程負(fù)擔(dān)。

高微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜助力基礎(chǔ)科學(xué)研究

課堂上，我們看到這樣一段視頻：葉光富用手輕輕推動(dòng)懸浮實(shí)驗(yàn)臺(tái)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)并沒(méi)有飄走，而是略微移動(dòng)后又回到原位。

懸浮實(shí)驗(yàn)臺(tái)是高微重力實(shí)驗(yàn)柜的核心部件，采用雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。內(nèi)層采用的是磁懸浮技術(shù)，外層采用噴氣控制，既可以在實(shí)驗(yàn)柜體內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，也可以在柜體外進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

葉光富在太空授課中講到，在高微重力環(huán)境下，科學(xué)家利用冷原子干涉儀對(duì)原子進(jìn)行加速度測(cè)量比對(duì)，可以對(duì)愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論中的等效原理進(jìn)行高精度檢驗(yàn)，這些都是基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域的前沿性研究。

高微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜副主任設(shè)計(jì)師王蜀泉補(bǔ)充道，高微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜未來(lái)還可以開展微重力流體動(dòng)力學(xué)及材料科學(xué)研究、慣性和加速度傳感器研究等領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)。

無(wú)容器實(shí)驗(yàn)可避免容器材料對(duì)樣品的影響

本次課堂，王亞平視頻展示了鋯金屬熔化與凝固實(shí)驗(yàn)。

一個(gè)金屬小球懸浮在實(shí)驗(yàn)腔體中，先后經(jīng)過(guò)懸浮控制、激光加熱、測(cè)量物性、再輝、樣品冷卻凝固、回收等環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)便如此流暢完成。

這就是無(wú)容器材料實(shí)驗(yàn)。顧名思義，實(shí)驗(yàn)樣品可以在微重力環(huán)境下通過(guò)靜電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)懸浮穩(wěn)定控制，與容器的內(nèi)表面完全不接觸，所以叫作“無(wú)容器”。

空間應(yīng)用系統(tǒng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜總體主任設(shè)計(jì)師張立憲介紹，無(wú)容器實(shí)驗(yàn)柜由無(wú)容器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、真空與加壓模塊、實(shí)驗(yàn)電控模塊等組成。其中，核心功能模塊是包含一個(gè)實(shí)驗(yàn)腔體的無(wú)容器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在科學(xué)實(shí)驗(yàn)腔上，通過(guò)窗口安裝了半導(dǎo)體激光器、CO2激光器等加熱裝置，以及單波長(zhǎng)測(cè)溫儀、雙波長(zhǎng)測(cè)溫儀、全景相機(jī)、高速相機(jī)等多種觀察與物性測(cè)量設(shè)備，支持空間材料樣品無(wú)容器加工實(shí)驗(yàn)和熱物性測(cè)量。

無(wú)容器實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虮苊馊萜鞑牧蠈?duì)樣品的影響，可以更精確地測(cè)量樣品的重要物理性質(zhì)?！霸跓o(wú)容器平臺(tái)中，后續(xù)還要開展模擬合成隕石及月幔物質(zhì)的熔融結(jié)晶實(shí)驗(yàn)，加熱星云物質(zhì)進(jìn)行物性測(cè)量，研究太陽(yáng)系早期熱環(huán)境的制約因素，從而有望更好認(rèn)識(shí)太陽(yáng)系早期的環(huán)境特征。”空間應(yīng)用系統(tǒng)核心艙總體主任設(shè)計(jì)師于喜河表示。

國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室將初具規(guī)模

“今年，隨著問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射，我們的國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室將初具規(guī)模。問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)有4個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)有8個(gè)實(shí)驗(yàn)柜，開展更多領(lǐng)域的研究項(xiàng)目。未來(lái)，中國(guó)天宮空間站將支持空間生命科學(xué)與人體研究、微重力物理科學(xué)、空間天文與地球科學(xué)、空間新技術(shù)與應(yīng)用等四大學(xué)科領(lǐng)域的上千項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?！笨臻g應(yīng)用工程與技術(shù)中心集成技術(shù)中心副主任張璐對(duì)記者表示。

關(guān)鍵詞： 科學(xué)實(shí)驗(yàn) 應(yīng)用系統(tǒng) 生命科學(xué) 材料科學(xué) 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)