“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(xué)實驗與地面同學(xué)互動問答之外，還重點介紹展示了核心艙內(nèi)的高微重力科學(xué)實驗柜和無容器科學(xué)實驗柜。這兩個科學(xué)實驗柜引起了很多青少年的好奇。我們?yōu)槭裁匆教焐献鰧嶒?天上能做哪些實驗?作為國家太空實驗室首批入軌的科學(xué)實驗柜，它們究竟有什么神奇之處呢?

每個科學(xué)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(guān)。由于空間站能夠提供長期的微重力等特殊研究環(huán)境，科研人員就可以發(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)實驗柜有什么作用?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記者，科學(xué)實驗柜安裝在密封艙內(nèi)，也就是核心艙、問天實驗艙I和夢天實驗艙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)實驗。

“每一個科學(xué)實驗柜相當(dāng)于一個綜合實驗室，支持開展單學(xué)科或多學(xué)科交叉的空間科學(xué)實驗，相當(dāng)于把地面上數(shù)十平米實驗室的實驗設(shè)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(shè)計，在軌可通過航天員操作更換實驗單元或?qū)嶒灅悠罚С终麄€運營期上千項科學(xué)研究項目的滾動實施，大大降低科學(xué)實驗項目實施難度及準(zhǔn)入門檻，減輕科學(xué)家的工程負(fù)擔(dān)。

高微重力科學(xué)實驗柜助力基礎(chǔ)科學(xué)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(jié)構(gòu)設(shè)計。內(nèi)層采用的是磁懸浮技術(shù)，外層采用噴氣控制，既可以在實驗柜體內(nèi)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(huán)境下，科學(xué)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(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域的前沿性研究。

高微重力科學(xué)實驗柜副主任設(shè)計師王蜀泉補充道，高微重力科學(xué)實驗柜未來還可以開展微重力流體動力學(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(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)。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(huán)境下通過靜電場實現(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)實驗柜總體主任設(shè)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(xué)實驗腔上，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、高速相機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驗和熱物性測量。

無容器實驗?zāi)軌虮苊馊萜鞑牧蠈悠返挠绊懀梢愿_地測量樣品的重要物理性質(zhì)。“在無容器平臺中，后續(xù)還要開展模擬合成隕石及月幔物質(zhì)的熔融結(jié)晶實驗，加熱星云物質(zhì)進行物性測量，研究太陽系早期熱環(huán)境的制約因素，從而有望更好認(rèn)識太陽系早期的環(huán)境特征。”空間應(yīng)用系統(tǒng)核心艙總體主任設(shè)計師于喜河表示。

國家太空實驗室將初具規(guī)模

“今年，隨著問天實驗艙和夢天實驗艙發(fā)射，我們的國家太空實驗室將初具規(guī)模。問天實驗艙內(nèi)有4個科學(xué)實驗柜，夢天實驗艙內(nèi)有8個實驗柜，開展更多領(lǐng)域的研究項目。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)域的上千項科學(xué)實驗項目。”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。

關(guān)鍵詞： 科學(xué)實驗 應(yīng)用系統(tǒng) 生命科學(xué) 材料科學(xué) 進行實驗