去年年底，中國空間站正式在軌建造完成，中國載人航天進入到了應用與發(fā)展階段，空間實驗和試驗成為載人航天工程最重要的任務。8月18日，中國載人航天工程辦公室召開了載人航天工程空間應用與發(fā)展情況介紹會，集中介紹載人航天工程立項實施以來，特別是空間站建造期間，空間科學、空間應用、空間技術領域取得的進展成果，以及未來發(fā)展前景。太空實驗室里究竟能做哪些科學探索?又跟我們有著怎樣的關聯(lián)呢?

水稻種子第一次在太空中發(fā)芽、抽穗、長出新的稻種，第一團火苗受控在中國空間站燃燒30秒，航天員在空間站里進行世界上首次太空中的冷原子干涉實驗……中國空間站開建兩年多，已經實施了110個空間科學研究與應用項目。

中國載人航天工程新聞發(fā)言人、辦公室副主任林西強：“我們規(guī)劃計劃的空間應用項目正在持續(xù)滾動開展，其中有些項目已經取得了階段性成果，正在開展成果應用和轉化。有的項目正在軌開展實驗和測試，有的項目將隨后續(xù)的神舟飛船和天舟飛船上行。”

載人為建站，建站為應用。31年前開始的中國載人航天事業(yè)，一步步按照工程計劃不斷推進，順利進入了空間站應用與發(fā)展階段，各類實驗和試驗在航天員的工作中比重越來越大。那么，究竟有哪些實驗和試驗必須到天上去做?地面的科學家們又能怎么參與呢?

探究太空里的生命搏動

此前，航天員在“天宮課堂”上展示了在太空中觀察到的心肌細胞活動的樣子，細胞在太空里失去了重力的作用、接受比地面更多的宇宙輻射，會發(fā)生什么變化?其他生命體又會如何?中國國家太空實驗室建成后，探索生命在太空里長期生存的表現(xiàn)就成了重要的內容。

余路陽是浙江大學生命科學學院教授，他和同事王金福教授負責的細胞研究項目就是專門研究空間微重力對人體干細胞分化成骨細胞的影響。

余路陽：“在地面我們可以模擬，但是達不到真正在太空中失重的狀態(tài)，所以必須要到太空中真實的環(huán)境下。去年11月份我們搭載了天舟五號到太空中。”

早在天舟一號飛船升空時，就曾經把細胞帶上過太空，但是當時除了固定攝像機拍攝下了一些細胞形態(tài)變化的畫面，科學家無法得到更多的信息。但今年6月，隨著神舟十五號飛行乘組的返回，科學家等來了從太空返回的細胞。

返回地面兩個多月后，余路陽和同事們已經對這些細胞進行了初步的研究，印證了之前的一些發(fā)現(xiàn)，在太空中，原本應該分化成骨細胞的干細胞分化出現(xiàn)了異常。

科學家發(fā)現(xiàn)，這個過程與骨質疏松有些相似，這些基礎領域的發(fā)現(xiàn)將為今后的太空生活和地面醫(yī)療提供有力幫助。

從神舟一號飛船升空開始，每一次載人航天發(fā)射幾乎都安排了科學實驗和試驗。今天，中國空間站已經擁有了問天、夢天兩個專門的實驗艙，可以滾動開展上千項科學實驗。但是，因為神舟飛船主要為航天員乘坐設計，每次有乘組返回地面只有一小部分實驗的結果會一起被帶回，每一個拿到返回地面船票的實驗樣品都意義重大。

中國載人航天工程空間應用系統(tǒng)副總指揮、中國科學院空間應用工程與技術中心副主任王強：“我們要從方方面面綜合權衡來確定，到底要不要下行，包括返回的必要性、返回的科學意義。我們加強了戰(zhàn)略研究和科研選題工作，圍繞一個方向久久為功，才能夠解決一些重大的科學問題。”

太空“煉丹”鍛新材

一個個細長的陶瓷管整齊地掛在爐子里，在中國空間站夢天實驗艙里有一個高溫材料科學實驗柜，里面的每一個管子都裝有不同材料做成的料棒。在空間站里，它們會經歷幾十小時甚至上百小時的高溫考驗，鍛煉成材。

中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員、空間站高溫材料科學實驗系統(tǒng)主任設計師劉學超：“這個就好比“煉丹”。我們可以煉不同種類的“丹”，現(xiàn)在選擇材料的樣品就是瞄準國家重大需求的。比如一些金屬高溫合金，一些先進的半導體材料，還包括一些新型的藥物材料、生物材料、納米材料、能源材料等。”

天地合作是空間站開展科學實驗和試驗的重要方式，航天員在太空開始一項實驗后，地面科學家會在中國科學院空間應用中心的載荷運控大廳里通過實時畫面或數(shù)據的傳輸，了解整個實驗情況，并與航天員保持聯(lián)系。

中國科學院上海硅酸鹽研究所高級工程師、空間站高溫材料科學實驗系統(tǒng)副主任設計師潘秀紅：“一旦開機，不管是測試也好，做實驗也好，最少要20個小時。航天員即使不操作，但是要時刻待命，萬一出現(xiàn)異常情況能夠及時處理。”

上天后半年多的時間，高溫材料實驗柜已經完成一批次科學實驗，并且有五份樣品已經回到了地面。一塊銀灰色材料看起來其貌不揚，它卻是第一批在空間站“煉丹爐”里接受高溫考驗、制備的材料——硒化銦半導體材料。

上海電機學院副教授林思琪：“硒化銦材料可以任意彎曲和折疊，表現(xiàn)出非常優(yōu)異的柔性性能，適用于制作晶體管材料，可能會帶來另外一場革命。”

今天，許多電子設備向可折疊、便攜帶方向發(fā)展，柔性半導體材料不僅是市場急需的原料，也是接下來科技發(fā)展重要的基礎材料，硒化銦就是這樣的材料。但是，在地面制備(這種材料)時，因為重力的作用材料容易出現(xiàn)各種缺陷。這一次在太空中做實驗，明顯不同。用高溫爐在太空“煉丹”，并不是空間站建成后才開始的。

王強：“在天宮二號做的新型材料實驗，在地面上直接轉化到產業(yè)界，在系列性的智能產品里選用了我們這樣的材料，直接給國民經濟產生了服務效應。”

各項返回地面的實驗樣品不斷服務著科技產業(yè)的發(fā)展，而另一些科學試驗雖然沒有樣品返回地面，研究成果也同樣重要。

向著更廣更遠的太空

去年12月，停靠在中國空間站后向對接口的天舟五號飛船，向外彈射了一顆方方正正的衛(wèi)星，名叫“澳門學生科普衛(wèi)星一號”。傳統(tǒng)的衛(wèi)星上天主要靠火箭，而這一顆衛(wèi)星卻是由天舟五號飛船帶上天后，和空間站共同飛行一個多月才開始自己的太空之旅。

航天科技集團五院衛(wèi)星應用技術人員洪元：“利用空間站來發(fā)射衛(wèi)星，整個應用模式上會更加靈活，需求面可以更廣。我們可以在空間站原有的軌道實施發(fā)射，也可以利用應急燃料擇機變換到需要的軌道進行發(fā)射。”

要在太空中從空間站、貨運飛船發(fā)射衛(wèi)星，需要一個特殊的彈射機構——微納星部署發(fā)射器。一方面要用不大不小剛剛好的力量把衛(wèi)星按照預定的速度和方向推出去，另一方面還要保證處于休眠狀態(tài)的衛(wèi)星在太空里飛行一段時間后各項性能依然達標。

在太空里帶上能隨時發(fā)射的小衛(wèi)星，就像是在出征遠洋的大船上帶上輕巧的沖鋒艇，遇到緊急情況可以快速響應。

空間站是我們更好探索太空奧秘的第一站，而要探索更遠的深空，還有一些準備也需要盡早開始。一臺名叫斯特林熱電轉換試驗裝置的設備，名字雖然復雜，功能卻很明了。

航天科技集團五院衛(wèi)星應用技術人員閆春杰：“目前，空間用的比如太陽能電池依賴于太陽能，在將來深空探測，比如探測木星、火星，太陽能就遠遠不及了，斯特林熱電轉換是一種效率非常高的把熱源轉換成電能的轉換方式，這個實驗成功以后，就可以用斯特林熱能轉換成電能，進行空間的能源應用。”

在國際上，這個設備熱能轉化成電能的效率已經超過了20%，我國的設備在地面早已達到了這個標準。但是太空里各項環(huán)境條件不同的情況下究竟表現(xiàn)如何?2022年底，它在中國空間站夢天艙迎來了關鍵的在軌測試。

航天科技集團五院衛(wèi)星應用技術人員張安：“最終效率達到了24.72%，整機運行輸出參數(shù)優(yōu)于地面，證明機器非常適合空間環(huán)境，也就非常適用于未來空間任務的需求。”

既著眼地面，又放眼未來，中國載人航天的科學應用與發(fā)展將在各個領域發(fā)揮越來越重要的作用。

節(jié)目里的這些實驗只是中國空間站上千個滾動實驗當中的一小部分。太空實驗室的產生和發(fā)展，是科技的進步，也包含著我們對太空的不盡探索，而要用好它，就需要更多科學家的參與。今年夏天，中國載人航天工程辦公室發(fā)布空間科學與應用項目征集，正在空間站執(zhí)行任務的我國首位載荷專家桂海潮也發(fā)出了邀請，誠邀科技界同仁一起去“天宮”做實驗。我們也期待有更多的中國科學家在中國人自己的太空之家里實現(xiàn)創(chuàng)意，獲得更多造福人類的新發(fā)現(xiàn)。