▲陳冬（中）、劉洋（右）、蔡旭哲3名航天員將執(zhí)行神舟十四號載人飛行任務(wù)，由陳冬擔(dān)任指令長。圖/新華社

據(jù)報道，6月4日舉行的神舟十四號載人飛行任務(wù)新聞發(fā)布會介紹，將瞄準(zhǔn)北京時間6月5日10時44分，發(fā)射神舟十四號載人飛船。而在神舟十四號飛行任務(wù)期間，將全面完成以天和核心艙、問天實驗艙和夢天實驗艙為基本構(gòu)型的天宮空間站建造，建成國家太空實驗室。

據(jù)了解，2022年底，我國將完成空間站的建造并投入運行。屆時，國內(nèi)外科學(xué)家將利用空間站搭載的多套實驗設(shè)備和測量裝置，在微重力、強(qiáng)輻射等太空環(huán)境條件下，開展科學(xué)實驗，驗證他們的奇思妙想，國家太空實驗室由此啟航。

即將建成的中國空間站包括天和核心艙、問天實驗艙和夢天實驗艙三個主要部分。這三個艙段均配備了多套科學(xué)實驗柜，組成了太空實驗室的不同單元，用于開展航天醫(yī)學(xué)、空間生命科學(xué)與生物技術(shù)、微重力流體物理與燃燒科學(xué)、空間材料科學(xué)、微重力基礎(chǔ)物理、航天新技術(shù)等科學(xué)實驗。

其中，核心艙是航天員生活和工作的主要場所，主要用于統(tǒng)一控制和管理空間站的各個組成部分，也可以開展少量科學(xué)研究。將于今年發(fā)射的兩個實驗艙，是未來國家太空實驗室的主體。那么，即將建成的國家太空實驗室，具備哪些獨特的實驗條件，又有哪些科學(xué)實驗要在太空中開展呢？

探索微重力影響，為飛向更遙遠(yuǎn)的深空做準(zhǔn)備

跟地球上普通實驗室最大的不同就是，太空實驗室創(chuàng)造了長時間的微重力條件。

我們生活在地球表面，地球上的萬事萬物無不受到重力的影響。而重力對氣體和液體等流體的形態(tài)和物理化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生的影響十分顯著。燒水時，水會沸騰，氣泡會上??；水和油的混合物，在靜置時會發(fā)生分層，這些都是重力影響的結(jié)果。

這種重力效應(yīng)，既能影響混凝土的凝固過程，改變建筑物的受力狀況，也會影響藥物的提純、新材料的研制和高純度疫苗的生產(chǎn)。

甚至可以說，地球上的一切生命，包括動物、植物和微生物的生存、繁衍和進(jìn)化，一直是適應(yīng)重力的結(jié)果，也同樣對人類的生存、進(jìn)化和健康，有著重要影響。比如，植物發(fā)芽時，會向上生長，向下扎根，而人在長時間站立時，血液會因為重力作用涌向腿部，腿腳便會浮腫。

空間站上的重力則只有地球表面的千分之一到萬分之一。這為研究微重力條件下的各種自然現(xiàn)象，創(chuàng)造了優(yōu)越的實驗條件，讓一些被重力掩蓋的實驗現(xiàn)象開始顯現(xiàn)。

其中一個比較典型的例子就是燃燒。在太空中，火苗呈現(xiàn)球形，火勢也不會像地球上那樣快速蔓延，顯著不同于地球上看到的樣子。這是因為火焰周圍被加熱的空氣，不再因為密度的不同而產(chǎn)生對流。

與此同時，微重力環(huán)境還會影響一些基礎(chǔ)物理的實驗條件，讓科學(xué)家在更高的精度上開展實驗，驗證引力波、光速、時間等基礎(chǔ)理論。

太空中的微重力環(huán)境，對生物體及其各個組成部分的影響也十分顯著。我們只要搞清楚這種影響，就能探索一些疾病的機(jī)理，就能為人類適應(yīng)太空環(huán)境、飛向更遙遠(yuǎn)的深空做好準(zhǔn)備。

▲神舟十四號載人飛行任務(wù)航天員與記者見面。圖/新華社

國家太空實驗室，是我國空間科研的歷史機(jī)遇

微重力之外，相對于強(qiáng)大的地球磁場，太空還具有弱磁場特點。由此產(chǎn)生的強(qiáng)烈太空輻射，對航天器、航天員和電子設(shè)備帶來了危害，甚至?xí)绊懙胶教炱鞯倪\行安全。

但這些成分復(fù)雜、能量高低不同的宇宙射線和高能粒子，卻是地面難以模擬的。這有利于研究太空輻射對生物的影響，也是開展空間物理研究、高能天文觀測和粒子天體物理研究的必要條件。

空間站的艙外，是強(qiáng)烈的太陽紫外輻射和高能宇宙射線。真空中，由于太陽光照射和陰影遮擋，使實驗材料在高溫和極低溫的環(huán)境中快速冷熱交替。氧氣分子電離后產(chǎn)生的原子氧，對航天器的外層材料會產(chǎn)生顯著侵蝕。

為了研究這些復(fù)合環(huán)境條件產(chǎn)生的綜合效應(yīng)，太空實驗室配備了艙外暴露實驗平臺，配置了多個標(biāo)準(zhǔn)載荷接口或大型載荷的掛點，以研究太空極端環(huán)境對材料、電子器件、生物體和組織器官的影響。

正是這種高真空、微重力、強(qiáng)輻射、劇烈溫差變化等多種環(huán)境條件復(fù)合在一起，創(chuàng)造了地面實驗室難以具備的獨特實驗條件。

目前，中國空間站的研究環(huán)境、應(yīng)用資源，鼓勵研究的主要方向，可以提供的信息支持和有效載荷的上下行支持等基本條件，均已向科學(xué)界公開發(fā)布。未來，中國空間站將持續(xù)在軌運營10年以上，國家太空實驗室也將在這10年時間里，為我國開展多學(xué)科、系列化和長期的空間科學(xué)實驗，提供重要的歷史機(jī)遇。

值得一提的是，空間站運行的軌道遠(yuǎn)離地球大氣層，處于電離層中的F2層，也是進(jìn)行天文觀測理想場所。我國計劃于2024年發(fā)射的巡天光學(xué)艙，將與空間站伴飛，成為觀測宇宙的利器。

此外，中國空間站還面向青少年征集了多輪科學(xué)實驗方案，以激發(fā)孩子們對科學(xué)的興趣，讓他們的創(chuàng)意在太空中開花結(jié)果。這無疑也是未來建成國家太空實驗室的意義之一。

撰稿/長橋

校對/盧茜