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交出亮眼成绩单后,中国空间站展望未来新方向

自2022年12月31日全面建成以来,中国空间站凭借长期微重力、宇宙辐射等独特环境条件,交出亮眼成绩单,实现了多个国际“首次”。

1月13日,中国空间站空间应用系统科学与应用进展情况介绍会在上海举办。据介绍,中国空间站已在轨实施180余项科学与应用项目,上行实验模块、单元及样品等近2吨科学物资,下行空间科学实验样品近百种,累计发表500多篇高水平SCI论文,获得150多项专利,产出了一系列原创性科学成果。

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经国内百位院士、千余位专家的多年论证,空间应用系统制定了包括空间生命科学与人体研究、微重力物理科学(含空间材料科学、微重力流体与热物理、微重力燃烧科学、微重力基础物理)、空间天文与地球科学、空间新技术与应用四个领域32个研究主题的空间站应用研究体系,并配置了20余个舱内科学实验柜和3个舱外暴露实验平台;正在研制具有国际竞争力的2米口径空间站巡天空间望远镜(CSST)等一批重大研究设施。

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“斑马鱼-金鱼藻-微生物”小型受控生命生态系统

中国空间站空间科学相关学科领域研究成果如下:

空间生命科学与生物技术方向


通过开展空间植物、动物、细胞生物学及受控生命生态系统等研究,在空间基础生物学和空间生命生态研究方面取得了系列重要进展。

国际上首次获得空间发育的水稻和再生稻新的种质资源。首次实现了空间人胚胎干细胞分化为造血干 / 前体细胞。实现了国际上空间水生生态系统在轨运行的最长纪录。研究成果为干预骨流失、对抗肌萎缩及防治代谢性疾病等提供了重要理论基础。

空间材料科学方向


在金属及难熔合金凝固机理方面取得具有重要影响的系列科学发现,丰富和发展了材料科学基础理论,得到国际同行的广泛认可和高度评价。

在空间制备出了性能更优的新型红外探测器材料铟砷锑、层状柔性半导体晶体铟硒等,有望研制出更高性能的原型器件。制备出了大尺寸拓扑超导单晶、新型铁基超导材料,超导转变温度相较地面同类材料更高。

验证了抗空间辐射高性能镁合金、凝胶复合润滑材料、形状记忆聚合物材料等材料的可靠性和稳定性,已初步尝试在不锈镁合金卫星电控箱、卫星热管、太阳能阵列和柔性太阳翼等方面应用。

微重力流体与热物理方向


在流体力学、流体管理技术等方面取得系列重要研究进展和成果。

国际上首次获得了宽域重力条件下池沸腾稳态传热数据并发现传热性能的反常重力标度行为,为未来月球、火星探测等任务先进热控、流体管理技术研发提供指导。成功建立了微重力环境下新型板式贮箱流体理论模型,已在我国型号卫星板式贮箱设计得到实际应用。

发现了环状热毛细对流体积比效应跳变规律及多模式转换规律,极大地促进了对空间湍流热对流问题的深刻认识。实现了目前国际最大液滴全过程蒸发与相变传热的研究,成功构建了蒸发扩散系数模型,为蒸发传热、空间生保系统等装置优化设计提供了理论依据和技术基础。

微重力燃烧科学方向


重点研究近可燃极限燃烧过程和点火、火焰传播、火焰稳定、熄火等基础燃烧过程,揭示其中的物理化学机制,发展燃烧基础理论,深入理解能源、动力系统和相关领域燃烧的重要机理,推动我国在清洁燃烧、节能减排、空天推进动力燃烧技术、火焰合成材料等方面的技术进步。

目前已经在国际上首次揭示低流量部分预混火焰的升举及吹熄特性,发现微重力部分预混火焰熄灭过程中的双勾状结构。

微重力基础物理方向


重点研究空间冷原子物理及应用研究、高精度时频与相关基础物理、复杂等离子体物理研究等,聚焦空间冷原子物理和精密测量等方向。

超冷原子实验柜运行正常,实现了全光阱的玻色-爱因斯坦凝聚,原子温度冷却到了数十 pK。

国际上首次在轨验证主动氢钟技术,并完成自评估,新一代冷原子微波钟在轨闭环,是目前在轨原子钟的最优指标。空间冷原子干涉仪取得重要进展。

空间应用新技术方向


开展了国产高性能、复杂、新型电子元器件和传感器等空间效应机理研究及在轨验证。

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航天员通过脑电设备及相关软件进行实验测试
此外,作为国家太空实验室,中国空间站还将在今后10到15年的运营中开展千余项研究,并大力开展科学普及和国际合作。据专家介绍,中国空间站未来开展的重点科学与应用研究如下:


空间生命科学研究领域


将持续深化基础生物学、生物技术及转化、生命生态、生命起源研究,重点部署哺乳动物太空孕育、密闭生命生态等方向,进一步揭示和认识空间环境对生命各层次的影响机制和响应变化规律,并在先进生物技术方面取得突破。

微重力物理科学领域


将持续开展金属和合金微观组织及宏观性能调控机理研究,掌握空间晶体成核机制及生长规律,指导地面材料制备。加强多相流体流动与传热应用研究,探索非平衡系统的科学本质与规律,促进智能制造、特殊功能流体等前沿技术发展。揭示微重力点火、火焰传播和熄灭的本质规律,促进高效低碳燃烧、动力系统性能提升等关键问题解决,为先进动力和高效清洁能源开发提供支撑。

空间天文与地球科学领域


巡天空间望远镜(CSST)有望在暗能量本质和暗物质性质等宇宙学基本问题、星系与活动星系核、银河系与近邻星系等方向取得国际重大成果。高能宇宙辐射探测(HERD)、伽马射线偏振仪II(POLAR-2)围绕暗物质搜寻、宇宙线起源、极端天体演化等重要科学前沿问题有望取得突破。

空间新技术与运用领域


将重点面向近地空间、地月空间、未来载人深空探测与在轨服务等国家战略需求,持续开展前瞻性空间应用项目、关键技术验证试验项目。在空间信息及精密测量新技术、在轨制造与建造技术、机器人与自主系统技术等方面突破一系列关键技术瓶颈,进一步提升空间站的拓展应用能力,推动创新成果转化为现实生产力。

让我们持续期待中国空间站的未来成绩吧!



来源/中国载人航天工程办公室、央视网、中科院等

编辑/万纪玮

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