2021年6月17日，神舟12號(hào)飛船搭載三名中國(guó)航天員進(jìn)入地球軌道，并分別與已發(fā)射和組裝的中國(guó)空間站（CSS）天和核心艙、天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船完成對(duì)接工作。預(yù)計(jì)2022年，問(wèn)天和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙將發(fā)射升空與天和實(shí)現(xiàn)對(duì)接組成CSS的基本結(jié)構(gòu)。CSS設(shè)計(jì)至少使用10年，并將為來(lái)自多個(gè)學(xué)科的研究人員提供外太空實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。未來(lái)幾年在國(guó)際空間站退役之后，CCS會(huì)成為太空中唯一的人類空間站！目前在27個(gè)申請(qǐng)的國(guó)家中已有17個(gè)國(guó)家被批準(zhǔn)入駐CCS。
2021年7月23日，《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》雜志（NSR）專訪了中國(guó)載人航天工程空間應(yīng)用系統(tǒng)總指揮高銘女士。
高銘，出生于1964年，畢業(yè)于北京大學(xué)，現(xiàn)任中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用中心主任、研究員，中國(guó)載人航天工程空間應(yīng)用系統(tǒng)總指揮，也是目前我國(guó)載人航天八大系統(tǒng)中唯一的女性總指揮，國(guó)際宇航科學(xué)院院士。目前從事載人航天戰(zhàn)略研究、空間站任務(wù)規(guī)劃和數(shù)據(jù)利用等研究工作。曾獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步特等獎(jiǎng)1項(xiàng)，一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、全軍武器裝備科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，獲中國(guó)十大女杰、全國(guó)五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)?、曾憲梓載人航天基金獎(jiǎng)、載人航天突出貢獻(xiàn)者等，并入選新世紀(jì)百千萬(wàn)人才工程國(guó)家級(jí)人選。
高銘院士從1994年開(kāi)始參與中國(guó)載人航天工程，經(jīng)歷了從神舟飛船到CSS的整個(gè)發(fā)展過(guò)程。在這次采訪中，她介紹了CSS的科學(xué)目標(biāo)、計(jì)劃和愿望。
和平號(hào)空間站和國(guó)際空間站的經(jīng)驗(yàn)
NSR：過(guò)去幾十年，俄羅斯和平號(hào)空間站和國(guó)際空間站上進(jìn)行了數(shù)千次實(shí)驗(yàn)，包括哪些類型的實(shí)驗(yàn)？取得了哪些主要成就？
高院士：和平號(hào)從1986年到2001年運(yùn)行了長(zhǎng)達(dá)15年。據(jù)官方報(bào)道，有100多名宇航員在此工作，進(jìn)行了1700多次實(shí)驗(yàn)。在和平號(hào)上，蘇聯(lián)和俄羅斯在人體生理學(xué)、生命科學(xué)、材料科學(xué)和地球觀測(cè)等方面做了大量工作，在生物醫(yī)學(xué)科學(xué)、新材料合成和礦產(chǎn)資源勘探等方面取得了重大成果。
在國(guó)際空間站，科學(xué)家們做了更多的實(shí)驗(yàn)，涵蓋了更多學(xué)科，包括生命科學(xué)、微重力物理、空間觀測(cè)、地球觀測(cè)，以及新技術(shù)的開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證。截至目前，國(guó)際空間站已進(jìn)行3600余項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，發(fā)表高水平研究論文3000余篇，獲得多項(xiàng)專利。
具體來(lái)說(shuō)，在國(guó)際空間站上，研究人員在生物體對(duì)微重力環(huán)境的反應(yīng)、冷火焰的穩(wěn)定燃燒、玻色-愛(ài)因斯坦凝聚和暗物質(zhì)探測(cè)等方面取得了重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)；在空間3D打印、空間機(jī)器人、天地激光通信等技術(shù)上取得突破；他們的一些成果已經(jīng)應(yīng)用于地面，如治療骨質(zhì)疏松癥等疾病的藥物、人造肌肉等新材料，以及地球上CO2含量的測(cè)量。這些都為CSS的科學(xué)規(guī)劃提供了寶貴的參考。
NSR：我認(rèn)為這些實(shí)驗(yàn)至少可以在三個(gè)方面對(duì)人類社會(huì)有益：加深我們對(duì)基本物理和宇宙學(xué)規(guī)律的理解，改善我們?cè)诘厍蛏系纳睿瑸槲覀兾磥?lái)的太空探索做好準(zhǔn)備。
高院士：是的，人類在太空中的活動(dòng)包括三個(gè)密切相關(guān)的方面：科學(xué)探索、技術(shù)開(kāi)發(fā)和實(shí)際應(yīng)用。
太空科學(xué)探索的目的是研究宇宙起源與演化、物質(zhì)基本規(guī)律等基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題。這將加深我們對(duì)自然世界的了解，同時(shí)推動(dòng)技術(shù)的發(fā)展。例如，冷火焰穩(wěn)定燃燒的發(fā)現(xiàn)將有助于我們改進(jìn)燃料發(fā)動(dòng)機(jī)并減少污染物排放。
空間技術(shù)開(kāi)發(fā)的直接目標(biāo)是提高人類在太空中生活和探索的能力。另一方面，這些新技術(shù)可以應(yīng)用在地球上提高我們的生活質(zhì)量。比如激光通信技術(shù)奠定了全球高速通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。
空間應(yīng)用也可直接服務(wù)于地面應(yīng)用和人類空間活動(dòng)。例如從太空進(jìn)行地球觀測(cè)在監(jiān)測(cè)全球氣候變化以及保護(hù)我們的海洋和陸地環(huán)境方面發(fā)揮了重要作用。
NSR：中國(guó)空間站上將進(jìn)行哪些實(shí)驗(yàn)？
高院士：在我們的規(guī)劃中，CSS艙內(nèi)將有20多個(gè)實(shí)驗(yàn)架；在CSS的外側(cè)，將有三個(gè)暴露測(cè)試平臺(tái)和兩個(gè)大型有效載荷懸掛點(diǎn)。此外，中國(guó)空間站望遠(yuǎn)鏡（CSST）將于2024年發(fā)射，與CSS共享同一軌道但會(huì)保持一定的距離；并且每?jī)扇辏蛘咝枰臅r(shí)候，會(huì)對(duì)接CSS進(jìn)行維護(hù)或者升級(jí)。
我們制定了生命科學(xué)與人體研究、微重力物理、空間與地球科學(xué)、空間技術(shù)與應(yīng)用四大學(xué)科系統(tǒng)的長(zhǎng)期研究規(guī)劃，開(kāi)發(fā)新設(shè)施并開(kāi)展 1000多個(gè)研究項(xiàng)目。
生命科學(xué)和人體研究領(lǐng)域?qū)⒀芯考?xì)胞、器官和組織對(duì)太空環(huán)境的反應(yīng)及其潛在機(jī)制。探索空間植物和動(dòng)物的發(fā)育和繁殖過(guò)程，開(kāi)發(fā)在長(zhǎng)期太空飛行中維持人類健康的方法，并利用太空的特殊環(huán)境發(fā)明新的藥物和醫(yī)療技術(shù)。
微重力物理學(xué)旨在學(xué)習(xí)自然的基本規(guī)律，建立高精度時(shí)頻系統(tǒng)，驗(yàn)證廣義相對(duì)論，測(cè)量全球引力場(chǎng)。研究人員希望在100 pK的超低溫下實(shí)現(xiàn)玻色-愛(ài)因斯坦凝聚，以進(jìn)行超冷原子物理和低溫量子相變的基礎(chǔ)研究。他們還將研究多相流、相變過(guò)程中的傳熱、燃燒的特性和機(jī)制并開(kāi)發(fā)新材料。
空間與地球科學(xué)學(xué)科，研究人員將充分利用CSST、高能宇宙輻射探測(cè)等設(shè)備進(jìn)行各種宇宙學(xué)觀測(cè)。他們將研究暗物質(zhì)、暗能量、宇宙射線的起源、宇宙的開(kāi)始和早期演化以及其他基本問(wèn)題。努力開(kāi)發(fā)新的地球觀測(cè)技術(shù)和系統(tǒng)，以監(jiān)測(cè)氣候變化并幫助全球可持續(xù)發(fā)展努力。
空間技術(shù)與應(yīng)用方面，發(fā)展在軌制造與建造、太空機(jī)器人與自動(dòng)化系統(tǒng)、空間信息采集與精密測(cè)量等技術(shù)，提高人類探索和利用太空的能力。
NSR：這些研究項(xiàng)目是如何提出和批準(zhǔn)的？它是自上而下的過(guò)程還是自下而上的過(guò)程？
高院士：兩者兼而有之。我們首先成立了重點(diǎn)學(xué)科專家委員會(huì)，專家們合作提出總體方案，然后委員會(huì)發(fā)布公告，向全國(guó)科學(xué)家征求建議。提交的提案將經(jīng)過(guò)多輪科學(xué)審查，并整合和細(xì)化為一系列研究計(jì)劃。其次是工程可行性驗(yàn)證，經(jīng)過(guò)多輪討論和細(xì)化，我們制定了CSS項(xiàng)目的最終研究和工程計(jì)劃。
重要的是，研究計(jì)劃將不斷更新，新計(jì)劃將每?jī)傻饺陠?dòng)一次。選定的項(xiàng)目將進(jìn)入我們的“項(xiàng)目庫(kù)”——可行的項(xiàng)目將被批準(zhǔn)并實(shí)施，未準(zhǔn)備好的項(xiàng)目將進(jìn)行一兩年的初步研究，在此期間可能會(huì)進(jìn)一步改進(jìn)研究設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)方法。最終選定的太空實(shí)驗(yàn)質(zhì)量需要得到保證。
NSR：中國(guó)正在建設(shè)CSS地面研究中心，可以用于您提到的初步研究。這個(gè)中心的建設(shè)進(jìn)展如何？
高院士：該中心建在北京懷柔科學(xué)城，已基本完工，有望在今年年底投入使用。地面中心是不僅對(duì)初步研究很重要，它將在實(shí)際空間實(shí)驗(yàn)之前、之中和之后發(fā)揮重要作用。
在空間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，需要進(jìn)行大量的地面實(shí)驗(yàn)以保證其可行性。地面中心可以提供類似于空間站的實(shí)驗(yàn)條件，使科學(xué)家能夠測(cè)試他們的實(shí)驗(yàn)設(shè)置。在空間實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家可以在地面上進(jìn)行鏡像實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較。空間實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，科學(xué)家可以在中心進(jìn)行進(jìn)一步研究，以驗(yàn)證和擴(kuò)展在空間中獲得的結(jié)果。
將CSS與地面中心相結(jié)合，打造天地協(xié)同開(kāi)放實(shí)驗(yàn)體系，為空間科學(xué)提供理想的研究平臺(tái)。
NSR：這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙什么時(shí)候發(fā)射？
高院士：明年六月底前問(wèn)天發(fā)射，九月底前夢(mèng)天發(fā)射。到那時(shí)，CSS的主要結(jié)構(gòu)就完成了。如果將來(lái)需要，結(jié)構(gòu)可能會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展。
NSR：前三名宇航員進(jìn)入CSS已經(jīng)一個(gè)多月了。他們開(kāi)始幫助實(shí)驗(yàn)了嗎？
高院士：是的，他們幫助了幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，比如高微重力實(shí)驗(yàn)裝置的測(cè)試。現(xiàn)在我們?cè)谔旌佑袃蓚€(gè)實(shí)驗(yàn)架，一個(gè)用于無(wú)容器材料研究，另一個(gè)用于高微重力研究。宇航員將進(jìn)一步幫助進(jìn)行高微重力測(cè)試和無(wú)容器材料裝置的樣品更換。
NSR：會(huì)有科學(xué)家在空間站工作嗎？
高院士：是的，當(dāng)然。宇航員分為三種類型：飛行員宇航員、空間工程師和有效載荷專家。
我們已經(jīng)講過(guò)了前三名宇航員可以進(jìn)行更換樣品、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)等人機(jī)交互操作，他們還充當(dāng)工程師來(lái)修理和維護(hù)儀器。此外，他們還負(fù)責(zé)艙外的操作，包括儀表安裝和CSST的維護(hù)。
另一方面，有效載荷專家具有科學(xué)背景，他們的主要工作是做實(shí)驗(yàn)。他們可以根據(jù)實(shí)時(shí)情況重新調(diào)整實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，更好地控制空間中的研究過(guò)程。我們已經(jīng)招募了四名具有不同研究領(lǐng)域背景的有效載荷專家，他們目前正在宇航員中心接受培訓(xùn)，將在CSS組裝完成后開(kāi)始他們的任務(wù)。
NSR：會(huì)有外國(guó)宇航員在CSS工作嗎？
高院士：是的，原則上是可以的。中國(guó)載人航天工程始終對(duì)國(guó)際合作持開(kāi)放態(tài)度，多個(gè)國(guó)家表示有興趣在中國(guó)空間站開(kāi)展其空間研究項(xiàng)目。
高院士：我們多年來(lái)一直與歐洲航天局（ESA）、德國(guó)航天中心（DLR）和意大利航天局（ASI）等外國(guó)機(jī)構(gòu)合作。我們?cè)谏裰郯颂?hào)飛船上與 DLR成功合作，使用共享生物孵化器進(jìn)行了六個(gè) DLR 實(shí)驗(yàn)、十個(gè)中國(guó)實(shí)驗(yàn)和一個(gè)協(xié)作實(shí)驗(yàn)。在CSS項(xiàng)目中，目前我們與ESA有10個(gè)正在進(jìn)行的合作項(xiàng)目，中歐科學(xué)家將利用雙方的資源進(jìn)行聯(lián)合研究。
2018 年，我們與聯(lián)合國(guó)外層空間事務(wù)司一起發(fā)布了一項(xiàng)國(guó)際公告，呼吁世界各地的科學(xué)家提出研究項(xiàng)目。我們收到了來(lái)自27個(gè)國(guó)家的42個(gè)提案，從中選出了9個(gè)作為第一批國(guó)際合作項(xiàng)目。和國(guó)內(nèi)項(xiàng)目一樣，我們每?jī)扇昃蜁?huì)招新的國(guó)際項(xiàng)目。
NSR：中國(guó)載人航天項(xiàng)目未來(lái)的規(guī)劃是什么？
高院士：首先，CSS至少要運(yùn)行10年，到2035年左右。另外，我們正在對(duì)載人探月工程進(jìn)行深入評(píng)估。在不久的將來(lái)，我們的宇航員將踏上月球，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，我們計(jì)劃建造一個(gè)月球基地，在更遙遠(yuǎn)的未來(lái)，我們也希望探索更遠(yuǎn)的太空。
NSR：您對(duì)中國(guó)的載人航天工程有什么建議嗎？
高院士：中國(guó)載人航天工程從1990年代開(kāi)始已經(jīng)發(fā)展了近30年，多年來(lái)建立了完整的項(xiàng)目組織管理體系和技術(shù)質(zhì)量控制體系。我認(rèn)為未來(lái)應(yīng)該更加重視對(duì)科學(xué)問(wèn)題的追求，工程過(guò)程應(yīng)該更好地適應(yīng)科學(xué)追求?，F(xiàn)在CSS已經(jīng)進(jìn)入應(yīng)用階段，科學(xué)目標(biāo)的意義應(yīng)該得到更多的關(guān)注。
Scientific Aspiration of the Chinese Space Station Program: an Interview with Ming Gao,?National Science Review?2021. DOI: 10.1093/nsr/nwab161
原創(chuàng)文章，作者：Gloria，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/12/8de6f8c726/
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