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科研人員在實驗室中觀察“小黑鼠”狀態(tài)。空間應(yīng)用中心供圖距離地球約400公里的中國空間站已然成為太空的“新地標(biāo)”。“十四五”期間，隨著“天和”“問天”“夢天”三艙組裝完成，中國空間站正式建成。“十四五”期間，曾經(jīng)仰望的星空中有了中國人的“太空家園”。它成為長期有人照料的國家太空實驗室。不久前，來自中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的載荷專家張洪章抵達中國空間站。自己參與的科研項目能夠在神舟二十一號任務(wù)中搭載上行，這令他感到無比幸運。“國之大者在我心！在中國空間站這個國家級實驗室里，我們將竭盡全力完成好每一個凝聚著每一位科技工作者智慧與汗水的科研項目，助力中國在科技領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更大的跨越與突破。”張洪章說。科學(xué)實驗柜“中國科學(xué)院造”2021年4月29日，天和核心艙成功發(fā)射，標(biāo)志著中國空間站建設(shè)拉開序幕。此后，問天實驗艙、夢天實驗艙相繼對接，2022年11月3日，中國空間站“T”字基本構(gòu)型在軌組裝完成。2023年8月18日，國家太空實驗室正式啟用，建立起獨具中國特色的近地空間科學(xué)與應(yīng)用體系。大規(guī)模開展空間科學(xué)研究離不開一個個“方寸”大小卻功能強大的科學(xué)實驗柜。這些高約1.7米、寬1.1米、深0.9米的柜體是空間站科學(xué)研究的核心載體。“把實驗室搬進太空”是中國科學(xué)家的共同夢想。“太空實驗室能夠為我們提供很好的研究條件，比如長期的微重力、輻射條件，讓我們可以研究這種環(huán)境下新的生命科學(xué)、物理科學(xué)現(xiàn)象，研究產(chǎn)生這些現(xiàn)象的機理，掌握未來人類長期在太空生存需要的技術(shù)。”中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員張偉表示。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，中國科學(xué)院牽頭研制了生命生態(tài)實驗柜、流體物理實驗柜、無容器材料實驗柜、高精度時頻實驗柜等14個科學(xué)實驗柜，每一個都相當(dāng)于一個綜合性實驗室。研制過程充滿挑戰(zhàn)。科研團隊需要將整間實驗室的設(shè)備集成到不足兩立方米的空間內(nèi)，同時確保其輕便、牢固且具備10年以上的科學(xué)前瞻性。除了破解共性和個性的技術(shù)難題外，團隊還要爭分奪秒，在有限的時間里交付科學(xué)實驗柜。為此，團隊進行了數(shù)百次仿真和力學(xué)試驗，通過“材料優(yōu)選、輕量化設(shè)計、仿真分析、力學(xué)試驗驗證”的迭代優(yōu)化，使實驗柜主結(jié)構(gòu)重量不足100公斤，卻能承載高達500公斤的科學(xué)載荷，承重能力遠超國際空間站同類設(shè)備。在張偉看來，科學(xué)家就像大腦，醞釀出科學(xué)想法，而工程師就像雙手，把科學(xué)想法變成現(xiàn)實。作為空間站中最復(fù)雜的實驗柜，高精度時頻實驗柜的研制令人記憶猶新。它由13臺單機組成，是世界上第一套由主動型氫原子鐘、冷原子銣鐘、冷原子光鐘組成的空間高精度時頻系統(tǒng)。由于技術(shù)難度超出預(yù)想，項目一度進展緩慢。為破解這一難題，2019年，中國科學(xué)院整合國家授時中心、上海技術(shù)物理研究所等十余家單位資源，突破多項關(guān)鍵技術(shù)，建成了目前世界上在軌設(shè)計指標(biāo)最高的空間時間頻率系統(tǒng)。“太空特產(chǎn)”結(jié)碩果太空實驗室建成后，科研成果隨之涌現(xiàn)。截至神舟二十號乘組返回，中國空間站已在軌實施140余個科學(xué)與應(yīng)用項目，上行實驗?zāi)K、單元及樣品等近3.1噸科學(xué)物資，下行空間科學(xué)實驗樣品212.5千克，產(chǎn)出一系列原創(chuàng)性科學(xué)成果。2024年12月30日，在即將迎來中國空間站全面建成兩周年之際，《中國空間站科學(xué)研究與應(yīng)用進展報告（2024年）》（以下簡稱《報告》）發(fā)布。在《報告》展示的34個科學(xué)研究項目中，由中國科學(xué)院牽頭的有19項。其中，在空間生命科學(xué)領(lǐng)域，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心科研團隊在國際上首次對空間站里水稻“從種子到種子”全生命周期的培養(yǎng)過程進行研究。太空水稻返回地面后已種植至第三代，其堊白率較高，意味著口感更佳、營養(yǎng)更豐富，為未來太空農(nóng)業(yè)提供了寶貴種質(zhì)資源。中國科學(xué)院水生生物研究所聯(lián)合上海技術(shù)物理研究所科研團隊共同研制出一套水生生態(tài)系統(tǒng)，將斑馬魚送上空間站，在軌穩(wěn)定運行43天，創(chuàng)下我國空間水生生態(tài)系統(tǒng)運行最長紀(jì)錄。在微重力物理領(lǐng)域，中國科學(xué)院物理研究所科研團隊利用變重力科學(xué)實驗柜，首次發(fā)現(xiàn)“反巴西果效應(yīng)”——在低重力環(huán)境下，大顆粒反而向下沉降。這一發(fā)現(xiàn)為未來人類在月球、火星等低重力星球活動提供了理論支持。中國科學(xué)院力學(xué)研究所科研團隊則通過研究油箱在微重力下的液體行為，為航天器“油箱”設(shè)計提供了新理念，相關(guān)成果已應(yīng)用于我國多顆衛(wèi)星，并有望推動在軌加注技術(shù)發(fā)展。此外，科學(xué)家還利用無容器材料實驗柜制備出性能更優(yōu)的多元偏晶合金；利用高溫科學(xué)實驗柜獲得地面難以生長的高質(zhì)量晶體；利用生物技術(shù)實驗柜研究骨細(xì)胞分化，為防治骨質(zhì)疏松、肌萎縮等疾病提供新方案；在軌繁育三代果蠅，通過分析其太空中的特殊行為模式，研究微重力對生命活動的影響。這些成果不僅推動科學(xué)前沿發(fā)展，還具有廣闊應(yīng)用前景。據(jù)統(tǒng)計，目前科學(xué)家基于地面研究和空間站返回的實驗樣品等，已經(jīng)在空間生命科學(xué)、空間材料科學(xué)、微重力流體物理等方向取得重要成果，在國際期刊發(fā)表論文430多篇。踏上新征程中國空間站的科學(xué)探索從未停歇。2025年10月31日，神舟二十一號載人飛船成功發(fā)射。此次任務(wù)中，張洪章要開展為期6個月的在軌任務(wù)。據(jù)了解，張洪章將在軌開展“面向空間應(yīng)用的鋰離子電池電化學(xué)光學(xué)原位研究”，探索電池在太空環(huán)境下的性能變化，為未來空間能源系統(tǒng)提供技術(shù)支撐。同樣引人注目的是，此次任務(wù)上行了4只C57BL/6品系的“小黑鼠”，意味著我國首次在中國空間站開展哺乳動物生命科學(xué)實驗。項目旨在研制中國空間站小型哺乳動物飼養(yǎng)裝置，通過實現(xiàn)小鼠進入中國空間站，建立哺乳動物天地研究全流程的實驗體系，驗證小鼠空間飼養(yǎng)的核心關(guān)鍵技術(shù)，探索小鼠各器官系統(tǒng)對空間環(huán)境的應(yīng)激響應(yīng)，為未來系統(tǒng)開展哺乳動物空間科學(xué)研究奠定重要基礎(chǔ)。這4只“小黑鼠”經(jīng)過嚴(yán)格篩選和適應(yīng)性訓(xùn)練，在特制的“太空公寓”中生活。科研人員則通過視頻采集系統(tǒng)，觀察它們在太空環(huán)境中的行為表現(xiàn)。目前，小鼠已隨飛船返回，科研團隊正在開展進一步科學(xué)研究，探索小鼠多組織器官在空間環(huán)境中的應(yīng)激響應(yīng)和適應(yīng)性變化規(guī)律。正在進行的神舟二十一號任務(wù)在軌開展27個科學(xué)與應(yīng)用項目，涵蓋空間生命科學(xué)、航天醫(yī)學(xué)、微重力燃燒、航天新技術(shù)等多個領(lǐng)域，其中包括探索氨基酸手性與重力關(guān)系的實驗、空間在軌智能算力平臺試驗等前沿課題。依托中國空間站，中國科學(xué)家正引領(lǐng)我國空間科學(xué)一步一個腳印堅定前行，走向深空、走向未來。科研人員表示：“我們正站在巨人的肩膀上，向著未知的科學(xué)疆域邁進。”（原載于《中國科學(xué)報》 ?2026-01-12 第1版 要聞）