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2022-03-28 10:31:15
科學實驗柜太空“履職” 國家太空實驗室今年將初具規模
2022-03-28 10:31:15 來源: 科技日報
“天宮課堂”第二課圓滿落幕，“太空教師”翟志剛、王亞平、葉光富又為我們上了一堂精彩的太空科普課。一幕幕神奇而唯美的實驗亮相距離地球約400公里的中國空間站。
這次，神舟十三號航天員除了在軌演示了科學實驗與地面同學互動問答之外，還重點介紹展示了核心艙內的高微重力科學實驗柜和無容器科學實驗柜。這兩個科學實驗柜引起了很多青少年的好奇。我們為什么要到天上做實驗?天上能做哪些實驗?作為國家太空實驗室首批入軌的科學實驗柜，它們究竟有什么神奇之處呢?
每個科學實驗柜就是一個綜合實驗室
到太空做實驗，這與空間站的特點密切相關。由于空間站能夠提供長期的微重力等特殊研究環境，科研人員就可以發現被重力掩蓋的物質本質規律。
空間站里的科學實驗柜有什么作用?載人航天工程空間應用系統副總師王珂研究員告訴科技日報記者，科學實驗柜安裝在密封艙內，也就是核心艙、問天實驗艙I和夢天實驗艙II內，用于開展航天醫學、空間生命科學與生物技術、微重力流體物理、微重力燃燒科學、空間材料科學、微重力基礎物理等研究方向的科學實驗。
“每一個科學實驗柜相當于一個綜合實驗室，支持開展單學科或多學科交叉的空間科學實驗，相當于把地面上數十平米實驗室的實驗設備高度集成到一個2立方米的實驗柜空間里。”王珂介紹，實驗柜采用模塊化設計，在軌可通過航天員操作更換實驗單元或實驗樣品，支持整個運營期上千項科學研究項目的滾動實施，大大降低科學實驗項目實施難度及準入門檻，減輕科學家的工程負擔。
高微重力科學實驗柜助力基礎科學研究
課堂上，我們看到這樣一段視頻：葉光富用手輕輕推動懸浮實驗臺，實驗臺并沒有飄走，而是略微移動后又回到原位。
懸浮實驗臺是高微重力實驗柜的核心部件，采用雙層結構設計。內層采用的是磁懸浮技術，外層采用噴氣控制，既可以在實驗柜體內進行實驗，也可以在柜體外進行實驗。
葉光富在太空授課中講到，在高微重力環境下，科學家利用冷原子干涉儀對原子進行加速度測量比對，可以對愛因斯坦廣義相對論中的等效原理進行高精度檢驗，這些都是基礎科學領域的前沿性研究。
高微重力科學實驗柜副主任設計師王蜀泉補充道，高微重力科學實驗柜未來還可以開展微重力流體動力學及材料科學研究、慣性和加速度傳感器研究等領域的實驗。
無容器實驗可避免容器材料對樣品的影響
本次課堂，王亞平視頻展示了鋯金屬熔化與凝固實驗。
一個金屬小球懸浮在實驗腔體中，先后經過懸浮控制、激光加熱、測量物性、再輝、樣品冷卻凝固、回收等環節。實驗便如此流暢完成。
這就是無容器材料實驗。顧名思義，實驗樣品可以在微重力環境下通過靜電場實現懸浮穩定控制，與容器的內表面完全不接觸，所以叫作“無容器”。
空間應用系統科學實驗柜總體主任設計師張立憲介紹，無容器實驗柜由無容器實驗平臺、真空與加壓模塊、實驗電控模塊等組成。其中，核心功能模塊是包含一個實驗腔體的無容器實驗平臺，在科學實驗腔上，通過窗口安裝了半導體激光器、CO2激光器等加熱裝置，以及單波長測溫儀、雙波長測溫儀、全景相機、高速相機等多種觀察與物性測量設備，支持空間材料樣品無容器加工實驗和熱物性測量。
無容器實驗能夠避免容器材料對樣品的影響，可以更精確地測量樣品的重要物理性質。“在無容器平臺中，后續還要開展模擬合成隕石及月幔物質的熔融結晶實驗，加熱星云物質進行物性測量，研究太陽系早期熱環境的制約因素，從而有望更好認識太陽系早期的環境特征。”空間應用系統核心艙總體主任設計師于喜河表示。
國家太空實驗室將初具規模
“今年，隨著問天實驗艙和夢天實驗艙發射，我們的國家太空實驗室將初具規模。問天實驗艙內有4個科學實驗柜，夢天實驗艙內有8個實驗柜，開展更多領域的研究項目。未來，中國天宮空間站將支持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、空間新技術與應用等四大學科領域的上千項科學實驗項目。”空間應用工程與技術中心集成技術中心副主任張璐對記者表示。
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