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未来可期!中国载人航天工程空间应用与发展成果纷呈

    距离地球400多公里的中国空间站内,神舟十六号乘组3名航天员有条不紊地开展各项工作。

    2022年年底,中国空间站全面建成,中国人在太空长期驻留的梦想成为现实。与此同时,中国国家太空实验室已正式运行,并建立起独具中国特色的近地空间科学与应用体系,各项空间应用有序展开。

    如今,中国载人航天工程已进入应用与发展阶段。中国空间站收获了什么成果?中国载人航天取得了哪些成就?空间应用成果如何服务国计民生?

    8月18日,中国载人航天工程空间应用与发展情况介绍会在北京召开。有关负责人和专家对社会各界关注的各种问题一一做了介绍。

    中国载人航天工程空间应用与发展成果纷呈——

    中国国家太空实验室来了

    ■解放军报记者 王凌硕 程雪

    第十四届中国航展上拍摄的中国空间站组合体展示舱的问天实验舱。新华社图片

    空间应用系统获得开创性成果

    “造船为建站,建站为应用”,这是中国载人航天工程自立项实施以来便始终秉持的理念。

    在载人航天工程第一步和第二步任务中,载人航天工程空间科学与应用研究研制体系从无到有,在对地观测、空间科学、应用新技术等领域,开展了60余项空间科学与应用任务,攻克500余项关键技术,全新研制了600余台套有效载荷,取得了一批国际水准和国内开创性成果,推动我国空间科学与应用水平整体跃升。

    进入空间站规划及建造阶段后,空间应用系统瞄准世界科技前沿及国家重大需求,前瞻制定了空间站空间科学与应用发展战略,规划并完成近30个重大研究设施攻关研制与在轨建造,在轨科学实验涉及空间生命科学与生物技术、空间材料科学、微重力基础物理、微重力流体物理、燃烧科学、空间应用新技术等多个领域。

    高精度时频系统、高微重力实验柜等设施为国际首创;超冷原子物理实验柜、生命生态实验柜、无容器材料实验柜、燃烧科学实验柜等实验设施达到国际领先或先进水平……空间站正在成为我国当前覆盖学科领域最全、在轨支持能力最强,且成为兼备有人参与和上下行运输等独特优势的“国家太空实验室”。

    目前,中国空间站正在抓紧研制巡天空间望远镜。中国载人航天工程新闻发言人林西强介绍,“巡天空间望远镜具有高空间分辨率,入轨后将开展17500平方度的大面积天区深场巡天观测以及不同类型天体的精细观测,预期在宇宙学、暗物质与暗能量、星系与活动星系核、银河系与紧邻星系、恒星形成与演化、系外行星等问题上取得丰硕的开创性科学成果。”

    当前,空间站科学实验设施基本完成在轨测试,具备了大规模开展空间科学研究的能力。截至目前,已开展了60余项实验项目、上万次在轨实验,获得了原始实验数据近60TB,下行了300余个科学实验样品。

    中国载人航天工程立项30多年来,4000余项成果广泛应用于国家各行各业。空间生命科学研究成果直接应用于生物材料、药物、医疗和农业技术;微重力流体、燃烧和材料科学等方面的研究成果为解决国家材料短板问题、改进相关产品生产加工工艺等作出了贡献;利用飞行任务开展的航天育种实验,先后审定新品种300个,显著提高了农作物的产量品质。此外,工程应用取得的成果还在自然资源与生态环境保护、防灾减灾、公共服务等国民经济各领域广泛应用,助力提升社会治理能力现代化水平。

    多个航天技术领域达到国际先进水平

    2022年10月,航天技术试验领域航天基础试验机柜随梦天实验舱入轨。航天基础试验机柜为航天新技术的创新发展提供了强大的验证平台,自从入轨以来已成功取得了丰硕的试验成果。

    无独有偶,早在2017年8月1日,天舟一号货运飞船上就成功实现了立方星在轨部署发射关键技术的在轨验证。“验证并掌握了立方星释放机构标准套筒式分离释放装置、低冲击高可靠可重复压紧释放技术等各项关键技术,处于国内领先、国际先进水平。”航天科技集团五院航天技术试验领域项目副经理郭佩介绍说,航天技术试验领域组织对在轨验证成果进行了总结,并用于后续产品优化设计,已经圆满完成天舟四号、五号两次立方星在轨释放任务。

    此外,作为未来可期的“太空电源”,斯特林热电转换技术更是备受瞩目。作为航天器电源系统新技术,斯特林热电转换系统在未来深空探测等不依赖太阳能的空间任务中,具有广阔的应用前景。该试验装置安装于梦天实验舱航天基础试验机柜内。2022年12月,我国首次斯特林热电转换技术完成在轨验证,热电转换效率等综合技术指标达到了国际先进水平。

    据悉,后续工作中,在航天技术试验领域,科研人员一方面将继续开展空间站建造阶段试验项目的在轨试验,及时总结和推广试验成果,另一方面将分批次征集、遴选、论证和实施空间站应用与发展阶段的试验项目。

    根据总体研究规划,在空间站应用与发展阶段,航天技术试验领域将开展在轨制造与建造技术、机器人与自主系统技术、新型能源与推进技术、环控与生保系统技术、航天器共性新技术等多个研究方向的技术试验。目前,该领域正在开展宣讲和项目征集工作,以期持续取得相关研究方向的技术试验成果,实现我国航天核心技术的战略储备。

    航天医学实验开展多项新研究

    “在航天医学实验领域,我们建立了先进在轨健康检测技术,在人体心血管、骨骼等方面获得了航天医学新发现,发展了航天员健康维护新方法新技术。”中国载人航天工程航天员系统副总设计师李莹辉说。

    李莹辉所在的中国航天员中心,是国内唯一一家承担航天医学任务的主体单位。近年来,他们在空间站任务期间取得了多个“首次”:国际上首次实现了失重对细胞内钙信号影响的可视化研究;完成我国首例太空器官芯片研究,也是国际上首例人工血管组织芯片研究,标志着我国成为世界上第二个具有在轨开展器官芯片实验和分析能力的国家……

    据介绍,在空间站建设期,主要围绕长期失重对航天员健康的影响与防护技术研究、空间辐射对航天员健康的影响与防护技术研究、航天员行为与能力研究、先进的在轨监测与医学处置技术研究和传统医学航天应用技术研究等5个研究方向,布局开展了40余项航天医学创新性实验研究。

    例如,针对长期失重、辐射等复合因素对航天员健康、行为与能力的影响特征与机制,他们探索研究前沿理论,开展了一系列原创性机理探索和应用基础研究,获得航天医学新发现。其中包括发现空间飞行视功能、眼颅压力结构功能变化特点和相关神经眼综合症的诱因机制;发现长期航天失重环境人体运动生物力学和步态适应性变化特征,发现空间环境肌腱力学特性发生明显改变等多项内容。

    “在建设期基础上,我们也将进一步开展空间对人类自身认识的研究,既聚焦太空长期生存面临的医学和人因等相关科学问题,也关注围绕人类健康和人能力发挥的前沿热点;还会与国家脑计划等国家重大科研计划结合,系统开展基础性、前瞻性、探知性研究,为载人航天持续发展提供理论支撑和技术储备的同时,造福大众健康。”谈及未来,李莹辉充满信心。

    中国空间站永远值得期待

    “进入应用与发展阶段,我们将长期高效运行体系完善、水平领先的国家太空实验室,持续开展空间科学研究与应用。”林西强说,“展望未来,中国空间站有望获取一系列重大科学发现和一大批创新科技成果。”

    在基础研究方面,瞄准宇宙起源演化、物质本质规律、人类太空长期生存等重大前沿问题,持续产出新认知、新理论,取得国际公认的重大发现和科学突破,为提升人类对宇宙的认知贡献中国力量。目前,空间站上的世界领先超冷原子物理实验平台调试进展顺利,有望在超低温量子物态、量子相变等方面取得新的重大发现。

    在技术创新方面,通过开展空间材料制备研究,可为国家战略急需材料的制备与工艺改进作出实质贡献。通过空间干细胞与增殖分化、器官芯片与类器官、蛋白质结晶、合成生物制造等方面研究,可为面向大众健康的再生医学、精准医疗、新药开发等提供新方法和新手段。

    在空间生命科学与人体研究领域,拟布局哺乳动物培育、脑科学研究等仪器设备开展基础研究;面向深空探测需求建设受控生命生态系统验证相关技术;结合基础物理发展态势,拟面向复杂等离子体研究布局新型科学实验机柜……林西强表示,未来中国空间站将根据国际空间科学发展态势与国家战略需求变化,动态调整空间站维护升级策略。

    在阔步迈进空间站应用与发展阶段的新征程上,中国航天人正努力推动中国空间站获取更大的应用效益,为人类探索未知宇宙、开拓新疆域、产出新知识、树立新观念作出新的更大贡献。正如航天员刘洋在首次出舱时说的那样:“每前进的一小步,都是梦想的一大步,中国空间站永远值得期待。”


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