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  1. 作者:記者 高雅麗 來源: 發布時間:2023-9-8 16:53:29
    空間科學與應用:持續產出重大科技成果

      中國空間站已于2022年底全面建成,工程隨即轉入應用與發展階段,全面實現了載人航天工程“三步走”發展戰略目標。目前,中國國家太空實驗室已正式運行,并建立起獨具中國特色的近地空間科學與應用體系,空間應用正有序展開、成果頻現。

      “造船為建站、建站為應用”,作為載人航天工程應用系統的牽頭負責單位,中國科學院在中國航天事業發展的每一個關鍵階段都提供了強有力的科技支撐。

      中國科學院空間應用工程與技術中心副主任、載人航天工程空間應用系統副總指揮王強說:“空間站的建設運營為推進我國空間科學和應用發展提供了重大歷史機遇,中國科學院充分發揮國家科研機構的建制化、體系化、綜合化優勢,著眼支撐國家長遠發展的戰略性科技問題,在重大空間科學問題突破和關鍵技術攻關方面,發揮了核心和攻堅作用,推動我國空間科學與應用跨越發展。”

     

    建制化力量建立應用體系

     

      空間科學與應用的核心就是探索未知,載人航天工程實施之初,國家就把這副重擔交給了中國科學院,明確由中國科學院負責空間科學與應用任務的論證、立項與實施。

      中國科學院在與空間科學各主要領域對應的基礎科學方面有堅實的基礎和很強的科技力量。面對這項我國迄今為止領域最廣、規模最大、系統最復雜的空間應用任務,中國科學院作了重要的安排和部署,科研團隊有力支撐了載人航天工程空間科學實驗。

      “我們瞄準國際空間科學領域前沿和戰略高技術方向,統籌部署多學科空間科學應用。在載人航天工程第一步和第二步任務中,從無到有,建立了空間科學與應用研究研制體系。”王強說。

      在對地觀測、空間科學、應用新技術等領域,空間應用系統開展了60余項空間科學和應用任務、攻克了 500 余項關鍵技術、全新研制了600余臺套有效載荷,相關成果在應用衛星型號上實現了推廣應用,產生了突出的經濟和社會效益,彰顯了載人航天應用的前瞻引領作用。

      例如,在對地觀測領域,空間應用系統攻關研制的中分辨率成像光譜儀、多模態微波遙感器、超光譜成像儀、多角度寬譜段成像儀、三維成像微波高度計等一系列對地觀測及地球科學研究儀器,采用全新技術體制,技術指標先進,跨越了一個又一個里程碑,相關技術成果迅速在風云、氣象、海洋等業務衛星上進行了轉化應用,取得了突出效益。

      在空間材料科學領域,空間應用系統開展了半導體光電子材料、金屬合金、納米及復合材料等數十種新型材料的空間制備實驗研究,研究成果對于地面材料加工工藝的改進與發展具有重要指導意義,并已得到成功應用。

      在應用新技術領域,空間應用系統首次在空間飛行器上在軌二次釋放微小衛星并實現了對非合作目標的近距離成像觀測、精確繞飛或飛越觀測,為航天器編隊飛行奠定了技術基礎。

     

    把實驗室搬到太空

     

      2023年6月,中國空間站第四批空間科學實驗樣品隨神舟十五號載人飛船返回艙返回地面,交付由中國科學院牽頭負責的載人航天工程空間應用系統。隨后,這些從空間站“旅行歸來”的樣品被來自天南地北的科學家分別接回實驗室,開展后續研究。

      截至目前,空間站已開展了 60余項實驗項目、上萬次在軌實驗,獲得了近60TB原始實驗數據,下行了300余個科學實驗樣品。其中,空間冷原子鐘、伽馬暴偏振探測儀等項目取得國際領先的科學研究成果,引領我國空間科學與應用快速發展。

      建成后的中國空間站成為國家太空實驗室,三艙部署的多個實驗柜可在四大領域開展上千項科學實驗。其中,問天實驗艙主要面向空間生命科學研究,夢天實驗艙主要面向微重力科學研究,打造空間技術應用研究“夢工場”。

      這些設施上配備了多種先進的精密檢測、實驗支持儀器,如材料實驗X射線實時診斷、流體實驗的數字全息、燃燒實驗的弱光ICCD檢測、超冷原子的兩級交叉光阱冷卻、生物實驗的微通道 PCR 芯片擴增和人機協同高精度微操作器等。

      國家太空實驗室研究平臺學科覆蓋全面,空間站艙內有25個科學實驗機柜與一系列艙外設施,能夠支持空間生命科學與生物技術、空間天文與天體物理等諸多學科方向的研究與應用,每一個實驗柜或艙外設施都可以說是一個綜合實驗室。

      目前,多項科學實驗和試驗在空間站完成。中國科學院承擔的“微重力條件下高等植物開花調控的分子機理”生命科學實驗項目進展順利,在國際上首次完成空間微重力條件下水稻從“種子到種子”的全生命周期培養實驗,為進一步解析空間微重力對水稻生長發育的影響及分子基礎、利用水稻進行空間糧食生產提供了重要理論指導。

      在空間材料科學方面,空間站實現了硒化銦材料的空間制備,發現鉍摻雜硒化銦材料性能優異,遷移率是超薄硅材料的15倍,且具有穩定的物理化學性質,其開發應用有望推動場效應管的升級換代,可獲得顯著的經濟效益。

      “這些科學實驗研究多種空間環境要素下的基本科學規律、機理,探索人類長期太空生存面臨的科學問題,將積極推進空間科學向應用轉移,進一步提高我國空間科學整體水平。”王強說。

      此外,為了實現天地高效協同、大幅提升在軌實驗效率,空間應用系統還在地面建成了實物鏡像系統、數字鏡像系統及空—地“云”平臺,創新發展了人機融合、數字伴飛的空間科學實驗模式,形成了“端到端”低延時遙科學實驗和海量科學數據共享服務能力;建成了全壽命周期載荷研制支持平臺、電磁彈射微重力實驗設施和太空實驗室地面實驗基地,為載荷設計、總裝、集成測試等研制工作,以及科學項目遴選與培育、地基研究和匹配實驗等,形成了實驗載荷/樣品全壽命周期研制試驗支持能力。

      王強指出,在整個過程中,中國科學院構建了“天地協同、開放靈活”的復雜大系統解決方案,實現了多領域、多任務、多載荷高效協同工作及資源的高效利用,創新了空間科學實驗范式,極大降低了空間科學實驗門檻。

     

    推進我國空間科學邁上新臺階

     

      當前,載人航天工程進入到一個新的歷史起點,即應用與發展階段。今年6月,中國載人航天工程辦公室面向全國發布了《空間站應用與發展工程空間科學與應用項目征集公告》。

      據中國科學院空間應用工程與技術中心研究員、應用發展中心主任張偉介紹,太空實驗室未來10年可支持在軌開展空間生命科學與人體研究、微重力物理科學、空間天文與地球科學以及空間新技術與應用4個研究領域的近1000個研究項目。

      中國空間站是未來十幾年我國最重要的近地太空實驗室,將引領新一代空間應用和技術發展,涉及重大科學前沿、重要應用基礎、關鍵核心技術以及向產業界轉移知識和技術。

      “未來10年將是中國空間科學發展的重要機遇期,我們可以研究宇宙的過去到現在以至未來,探索從宏觀天體到極端條件下原子與分子的基本規律,開啟中國空間科學研究與應用的新時代。”張偉表示。

      “空間站是我國最重要的綜合性近地空間研究基地,我們將始終牢記‘四個率先’和‘兩加快一努力’目標要求,按照國家太空實驗室的總體目標,努力爭取讓基礎研究進入國際前沿,在應用基礎和新技術方面解決國家重大需求,為經濟社會發展提供高質量科技供給,為加快建設科技強國、實現高水平科技自立自強作出更大貢獻。”王強說!

     

     

    《科學新聞》 (科學新聞2023年8月刊 封面)
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