中國(guó)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(shí)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(guó)國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室已正式運(yùn)行，并建立起獨(dú)具中國(guó)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(kāi)、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(guó)科學(xué)院在中國(guó)航天事業(yè)發(fā)展的每一個(gè)關(guān)鍵階段都提供了強(qiáng)有力的科技支撐。

  中國(guó)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(shuō)：“空間站的建設(shè)運(yùn)營(yíng)為推進(jìn)我國(guó)空間科學(xué)和應(yīng)用發(fā)展提供了重大歷史機(jī)遇，中國(guó)科學(xué)院充分發(fā)揮國(guó)家科研機(jī)構(gòu)的建制化、體系化、綜合化優(yōu)勢(shì)，著眼支撐國(guó)家長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性科技問(wèn)題，在重大空間科學(xué)問(wèn)題突破和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)方面，發(fā)揮了核心和攻堅(jiān)作用，推動(dòng)我國(guó)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(shí)施之初，國(guó)家就把這副重?fù)?dān)交給了中國(guó)科學(xué)院，明確由中國(guó)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(xiàng)與實(shí)施。

  中國(guó)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和很強(qiáng)的科技力量。面對(duì)這項(xiàng)我國(guó)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(guó)科學(xué)院作了重要的安排和部署，科研團(tuán)隊(duì)有力支撐了載人航天工程空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

  “我們瞄準(zhǔn)國(guó)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(wú)到有，建立了空間科學(xué)與應(yīng)用研究研制體系。”王強(qiáng)說(shuō)。

  在對(duì)地觀測(cè)、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(kāi)展了60余項(xiàng)空間科學(xué)和應(yīng)用任務(wù)、攻克了 500 余項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)、全新研制了600余臺(tái)套有效載荷，相關(guān)成果在應(yīng)用衛(wèi)星型號(hào)上實(shí)現(xiàn)了推廣應(yīng)用，產(chǎn)生了突出的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，彰顯了載人航天應(yīng)用的前瞻引領(lǐng)作用。

  例如，在對(duì)地觀測(cè)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(jì)等一系列對(duì)地觀測(cè)及地球科學(xué)研究?jī)x器，采用全新技術(shù)體制，技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，跨越了一個(gè)又一個(gè)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(kāi)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(shí)驗(yàn)研究，研究成果對(duì)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(shí)現(xiàn)了對(duì)非合作目標(biāo)的近距離成像觀測(cè)、精確繞飛或飛越觀測(cè)，為航天器編隊(duì)飛行奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

把實(shí)驗(yàn)室搬到太空

  2023年6月，中國(guó)空間站第四批空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)樣品隨神舟十五號(hào)載人飛船返回艙返回地面，交付由中國(guó)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(lái)”的樣品被來(lái)自天南地北的科學(xué)家分別接回實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)展后續(xù)研究。

  截至目前，空間站已開(kāi)展了 60余項(xiàng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、上萬(wàn)次在軌實(shí)驗(yàn)，獲得了近60TB原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，下行了300余個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)樣品。其中，空間冷原子鐘、伽馬暴偏振探測(cè)儀等項(xiàng)目取得國(guó)際領(lǐng)先的科學(xué)研究成果，引領(lǐng)我國(guó)空間科學(xué)與應(yīng)用快速發(fā)展。

  建成后的中國(guó)空間站成為國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室，三艙部署的多個(gè)實(shí)驗(yàn)柜可在四大領(lǐng)域開(kāi)展上千項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)。其中，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙主要面向空間生命科學(xué)研究，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)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(mèng)工場(chǎng)”。

  這些設(shè)施上配備了多種先進(jìn)的精密檢測(cè)、實(shí)驗(yàn)支持儀器，如材料實(shí)驗(yàn)X射線實(shí)時(shí)診斷、流體實(shí)驗(yàn)的數(shù)字全息、燃燒實(shí)驗(yàn)的弱光ICCD檢測(cè)、超冷原子的兩級(jí)交叉光阱冷卻、生物實(shí)驗(yàn)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(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室研究平臺(tái)學(xué)科覆蓋全面，空間站艙內(nèi)有25個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(gè)實(shí)驗(yàn)柜或艙外設(shè)施都可以說(shuō)是一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)室。

  目前，多項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)在空間站完成。中國(guó)科學(xué)院承擔(dān)的“微重力條件下高等植物開(kāi)花調(diào)控的分子機(jī)理”生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)展順利，在國(guó)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(shí)驗(yàn)，為進(jìn)一步解析空間微重力對(duì)水稻生長(zhǎng)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(shí)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(kāi)發(fā)應(yīng)用有望推動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管的升級(jí)換代，可獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

  “這些科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)期太空生存面臨的科學(xué)問(wèn)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(guó)空間科學(xué)整體水平。”王強(qiáng)說(shuō)。

  此外，為了實(shí)現(xiàn)天地高效協(xié)同、大幅提升在軌實(shí)驗(yàn)效率，空間應(yīng)用系統(tǒng)還在地面建成了實(shí)物鏡像系統(tǒng)、數(shù)字鏡像系統(tǒng)及空—地“云”平臺(tái)，創(chuàng)新發(fā)展了人機(jī)融合、數(shù)字伴飛的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑纬闪?ldquo;端到端”低延時(shí)遙科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(tái)、電磁彈射微重力實(shí)驗(yàn)設(shè)施和太空實(shí)驗(yàn)室地面實(shí)驗(yàn)基地，為載荷設(shè)計(jì)、總裝、集成測(cè)試等研制工作，以及科學(xué)項(xiàng)目遴選與培育、地基研究和匹配實(shí)驗(yàn)等，形成了實(shí)驗(yàn)載荷/樣品全壽命周期研制試驗(yàn)支持能力。

  王強(qiáng)指出，在整個(gè)過(guò)程中，中國(guó)科學(xué)院構(gòu)建了“天地協(xié)同、開(kāi)放靈活”的復(fù)雜大系統(tǒng)解決方案，實(shí)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(shí)驗(yàn)范式，極大降低了空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)門(mén)檻。

推進(jìn)我國(guó)空間科學(xué)邁上新臺(tái)階

  當(dāng)前，載人航天工程進(jìn)入到一個(gè)新的歷史起點(diǎn)，即應(yīng)用與發(fā)展階段。今年6月，中國(guó)載人航天工程辦公室面向全國(guó)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(xiàng)目征集公告》。

  據(jù)中國(guó)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(shí)驗(yàn)室未來(lái)10年可支持在軌開(kāi)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(gè)研究領(lǐng)域的近1000個(gè)研究項(xiàng)目。

  中國(guó)空間站是未來(lái)十幾年我國(guó)最重要的近地太空實(shí)驗(yàn)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(shí)和技術(shù)。

  “未來(lái)10年將是中國(guó)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(guò)去到現(xiàn)在以至未來(lái)，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(kāi)啟中國(guó)空間科學(xué)研究與應(yīng)用的新時(shí)代。”張偉表示。

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