在天上做實(shí)驗(yàn)，亮相“天宮課堂”的它是個(gè)關(guān)鍵角色

幾天前，“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(shí)驗(yàn)亮相距離地球約400公里的中國空間站。

這次，神舟十三號(hào)航天員除了在軌演示科學(xué)實(shí)驗(yàn)與地面同學(xué)互動(dòng)問答之外，還重點(diǎn)介紹展示了核心艙內(nèi)的高微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜和無容器科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜。這兩個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜引起了很多青少年的好奇。我們?yōu)槭裁匆教焐献鰧?shí)驗(yàn)？天上能做哪些實(shí)驗(yàn)？作為國家太空實(shí)驗(yàn)室首批入軌的科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，它們究竟有什么神奇之處？

每個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜就是一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)室

到太空能夠做哪些實(shí)驗(yàn)與空間站的特點(diǎn)密切相關(guān)。由于空間站能夠提供長期的微重力等特殊研究環(huán)境，科研人員可以發(fā)現(xiàn)被重力掩蓋的物質(zhì)本質(zhì)規(guī)律。

空間站里的科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜有什么作用？載人航天工程空間應(yīng)用系統(tǒng)副總師王珂研究員告訴科技日報(bào)記者，科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜安裝在密封艙，也就是核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙I和夢天實(shí)驗(yàn)艙II內(nèi)，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、微重力燃燒科學(xué)、空間材料科學(xué)、微重力基礎(chǔ)物理等研究方向的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

“每一個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜相當(dāng)于一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)室，支持開展單學(xué)科或多學(xué)科交叉的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)。類似于把地面上數(shù)十平方米實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)設(shè)備高度集成到一個(gè)2立方米的實(shí)驗(yàn)柜空間里。”王珂介紹，實(shí)驗(yàn)柜采用模塊化設(shè)計(jì)，在軌可通過航天員操作更換實(shí)驗(yàn)單元或?qū)嶒?yàn)樣品，支持整個(gè)運(yùn)營期上千項(xiàng)科學(xué)研究項(xiàng)目的滾動(dòng)實(shí)施，大大降低科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施難度及準(zhǔn)入門檻，減輕科學(xué)家的工程負(fù)擔(dān)。

高微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜助力基礎(chǔ)科學(xué)研究

“天宮課堂”上，我們看到這樣一段視頻：葉光富用手輕輕推動(dòng)懸浮實(shí)驗(yàn)臺(tái)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)并沒有飄走，而是略微移動(dòng)后又回到原位。

懸浮實(shí)驗(yàn)臺(tái)是高微重力實(shí)驗(yàn)柜的核心部件，采用雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。內(nèi)層采用的是磁懸浮技術(shù)，外層采用噴氣控制，既可以在實(shí)驗(yàn)柜體內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，又可以在柜體外進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

葉光富在太空授課中講到，在高微重力環(huán)境下,科學(xué)家利用冷原子干涉儀對原子進(jìn)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(jìn)行高精度檢驗(yàn)，這些都是基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域的前沿性研究。

高微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜副主任設(shè)計(jì)師王蜀泉補(bǔ)充道，高微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜未來還可以開展微重力流體動(dòng)力學(xué)及材料科學(xué)研究、慣性和加速度傳感器研究等領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)。

無容器實(shí)驗(yàn)可避免容器材料對樣品的影響

王亞平在“天宮課堂”上視頻展示了鋯金屬熔化與凝固實(shí)驗(yàn)。

一個(gè)金屬小球懸浮在實(shí)驗(yàn)腔體中，先后經(jīng)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(huán)節(jié)。

這就是無容器材料實(shí)驗(yàn)。顧名思義，實(shí)驗(yàn)樣品可以在微重力環(huán)境下通過靜電場實(shí)現(xiàn)懸浮穩(wěn)定控制，與容器的內(nèi)表面完全不接觸,所以叫作“無容器”。

空間應(yīng)用系統(tǒng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜總體主任設(shè)計(jì)師張立憲介紹，無容器實(shí)驗(yàn)柜由無容器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、真空與加壓模塊、實(shí)驗(yàn)電控模塊等組成。其中，核心功能模塊是包含一個(gè)實(shí)驗(yàn)腔體的無容器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，科學(xué)實(shí)驗(yàn)腔上通過窗口安裝了半導(dǎo)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(jī)、高速相機(jī)等多種觀察與物性測量設(shè)備，支持空間材料樣品無容器加工實(shí)驗(yàn)和熱物性測量。

無容器實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虮苊馊萜鞑牧蠈悠返挠绊?可以更精確地測量樣品的重要物理性質(zhì)。“在無容器平臺(tái)中，后續(xù)還要開展模擬合成隕石及月幔物質(zhì)的熔融結(jié)晶實(shí)驗(yàn)，加熱星云物質(zhì)進(jìn)行物性測量，研究太陽系早期熱環(huán)境的制約因素，從而更好認(rèn)識(shí)太陽系早期的環(huán)境特征。”空間應(yīng)用系統(tǒng)核心艙總體主任設(shè)計(jì)師于喜河表示。

今年，隨著問天實(shí)驗(yàn)艙和夢天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射，我們的國家太空實(shí)驗(yàn)室將初具規(guī)模。

“問天實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)有4個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，夢天實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)有8個(gè)實(shí)驗(yàn)柜，可以開展更多領(lǐng)域的研究項(xiàng)目。未來，中國天宮空間站將支持空間生命科學(xué)與人體研究、微重力物理科學(xué)、空間天文與地球科學(xué)、空間新技術(shù)與應(yīng)用等四大學(xué)科領(lǐng)域的上千項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。”空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心集成技術(shù)中心副主任張璐對記者表示。