在天上做实验，亮相“天宫课堂”的它是个关键角色

• 2022-03-31 10:40:34 来源：科技日报

几天前，“天宫课堂”第二课圆满落幕，“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富又为我们上了一堂精彩的太空科普课。一幕幕神奇而唯美的实验亮相距离地球约400公里的中国空间站。

这次，神舟十三号航天员除了在轨演示科学实验与地面同学互动问答之外，还重点介绍展示了核心舱内的高微重力科学实验柜和无容器科学实验柜。这两个科学实验柜引起了很多青少年的好奇。我们为什么要到天上做实验？天上能做哪些实验？作为国家太空实验室首批入轨的科学实验柜，它们究竟有什么神奇之处？

每个科学实验柜就是一个综合实验室

到太空能够做哪些实验与空间站的特点密切相关。由于空间站能够提供长期的微重力等特殊研究环境，科研人员可以发现被重力掩盖的物质本质规律。

空间站里的科学实验柜有什么作用？载人航天工程空间应用系统副总师王珂研究员告诉科技日报记者，科学实验柜安装在密封舱，也就是核心舱、问天实验舱I和梦天实验舱II内，用于开展航天医学、空间生命科学与生物技术、微重力流体物理、微重力燃烧科学、空间材料科学、微重力基础物理等研究方向的科学实验。

“每一个科学实验柜相当于一个综合实验室，支持开展单学科或多学科交叉的空间科学实验。类似于把地面上数十平方米实验室的实验设备高度集成到一个2立方米的实验柜空间里。”王珂介绍，实验柜采用模块化设计，在轨可通过航天员操作更换实验单元或实验样品，支持整个运营期上千项科学研究项目的滚动实施，大大降低科学实验项目实施难度及准入门槛，减轻科学家的工程负担。

高微重力科学实验柜助力基础科学研究

“天宫课堂”上，我们看到这样一段视频：叶光富用手轻轻推动悬浮实验台，实验台并没有飘走，而是略微移动后又回到原位。

悬浮实验台是高微重力实验柜的核心部件，采用双层结构设计。内层采用的是磁悬浮技术，外层采用喷气控制，既可以在实验柜体内进行实验，又可以在柜体外进行实验。

叶光富在太空授课中讲到，在高微重力环境下,科学家利用冷原子干涉仪对原子进行加速度测量比对，可以对爱因斯坦广义相对论中的等效原理进行高精度检验，这些都是基础科学领域的前沿性研究。

高微重力科学实验柜副主任设计师王蜀泉补充道，高微重力科学实验柜未来还可以开展微重力流体动力学及材料科学研究、惯性和加速度传感器研究等领域的实验。

无容器实验可避免容器材料对样品的影响

王亚平在“天宫课堂”上视频展示了锆金属熔化与凝固实验。

一个金属小球悬浮在实验腔体中，先后经过悬浮控制、激光加热、测量物性、再辉、样品冷却凝固、回收等环节。

这就是无容器材料实验。顾名思义，实验样品可以在微重力环境下通过静电场实现悬浮稳定控制，与容器的内表面完全不接触,所以叫作“无容器”。

空间应用系统科学实验柜总体主任设计师张立宪介绍，无容器实验柜由无容器实验平台、真空与加压模块、实验电控模块等组成。其中，核心功能模块是包含一个实验腔体的无容器实验平台，科学实验腔上通过窗口安装了半导体激光器、CO2激光器等加热装置，以及单波长测温仪、双波长测温仪、全景相机、高速相机等多种观察与物性测量设备，支持空间材料样品无容器加工实验和热物性测量。

无容器实验能够避免容器材料对样品的影响,可以更精确地测量样品的重要物理性质。“在无容器平台中，后续还要开展模拟合成陨石及月幔物质的熔融结晶实验，加热星云物质进行物性测量，研究太阳系早期热环境的制约因素，从而更好认识太阳系早期的环境特征。”空间应用系统核心舱总体主任设计师于喜河表示。

今年，随着问天实验舱和梦天实验舱发射，我们的国家太空实验室将初具规模。

“问天实验舱内有4个科学实验柜，梦天实验舱内有8个实验柜，可以开展更多领域的研究项目。未来，中国天宫空间站将支持空间生命科学与人体研究、微重力物理科学、空间天文与地球科学、空间新技术与应用等四大学科领域的上千项科学实验项目。”空间应用工程与技术中心集成技术中心副主任张璐对记者表示。

标签： 科学实验 应用系统 材料科学

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