2023年8月18日下午，載人航天工程空間應(yīng)用與發(fā)展情況介紹會在中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心召開，集中介紹載人航天工程立項實施以來特別是空間站建造期間空間科學(xué)、空間應(yīng)用、空間技術(shù)領(lǐng)域取得的進(jìn)展成果，以及未來發(fā)展前景。會上，空間應(yīng)用系統(tǒng)副總指揮王強介紹了空間科學(xué)研究與應(yīng)用領(lǐng)域的有關(guān)情況。
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“造船為建站、建站為應(yīng)用”，載人航天工程立項伊始，專門建立了空間應(yīng)用系統(tǒng)，由中國科學(xué)院牽頭負(fù)責(zé)，主要利用載人飛行器開展空間科學(xué)與應(yīng)用領(lǐng)域的前沿任務(wù)。
在載人航天工程第一步和第二步任務(wù)中，從無到有，建成了空間科學(xué)與應(yīng)用研究研制體系，組織了國內(nèi)外眾多科研單位在對地觀測、空間科學(xué)、應(yīng)用新技術(shù)等領(lǐng)域，開展了60余項空間科學(xué)和應(yīng)用研究任務(wù)，攻克500余項關(guān)鍵技術(shù)，全新研制了600余臺套有效載荷，圓滿完成了歷次飛行試驗任務(wù)，取得了一批國際水準(zhǔn)和國內(nèi)開創(chuàng)性成果，推動我國空間科學(xué)與應(yīng)用水平整體躍升，相關(guān)成果在應(yīng)用衛(wèi)星型號實現(xiàn)了推廣應(yīng)用，產(chǎn)生了突出的經(jīng)濟和社會效益，彰顯了載人航天應(yīng)用的前瞻引領(lǐng)作用。具體來說：
01 在對地觀測領(lǐng)域
攻關(guān)研制的中分辨率成像光譜儀、多模態(tài)微波遙感器、超光譜成像儀、多角度寬譜段成像儀、三維成像微波高度計等一系列對地觀測及地球科學(xué)研究儀器，采用全新技術(shù)體制、技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，突破了一大批核心關(guān)鍵技術(shù)，率先實現(xiàn)了在軌驗證，并在國土資源調(diào)查、海洋應(yīng)用、林業(yè)應(yīng)用、城市環(huán)境監(jiān)測、水文生態(tài)監(jiān)測和應(yīng)急災(zāi)害監(jiān)測等方面開展了試應(yīng)用，跨越了一個又一個的里程碑，相關(guān)技術(shù)成果迅速在風(fēng)云、氣象、海洋等業(yè)務(wù)衛(wèi)星上進(jìn)行了轉(zhuǎn)化應(yīng)用，取得了突出效益。
02 在微重力基礎(chǔ)物理領(lǐng)域
研制了國際上首臺，也是截至目前國際上唯一一臺在軌運行的冷原子鐘，實現(xiàn)頻率穩(wěn)定度7.2E-16(3000萬年誤差小于1秒），成功搶占國際空間時頻基準(zhǔn)研究的制高點。
03在空間天文觀測領(lǐng)域
伽馬暴偏振探測獲得重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)，開辟了伽馬射線偏振探測新窗口，同時在國內(nèi)首次利用觀測到的蟹狀星云（Crab）脈沖星的脈沖信號進(jìn)行定軌研究，推動了脈沖星觀測和導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展。
04 在空間生命科學(xué)領(lǐng)域
在我國首次完成了高等植物“從種子到種子”的空間長周期培養(yǎng)，實現(xiàn)了植物生長調(diào)控，為未來人類長期太空生活的生態(tài)系統(tǒng)建立及地面高品質(zhì)育種提供了有力手段；國際上首次在空間實現(xiàn)了人類胚胎干細(xì)胞體外分化為原始生殖細(xì)胞并存活33天，對于未來人類空間生殖及健康提供了重要的實驗依據(jù)。
05 在空間材料科學(xué)領(lǐng)域
開展了半導(dǎo)體光電子材料、金屬合金、納米及復(fù)合材料等數(shù)十種新型材料的空間制備實驗研究，獲得了高質(zhì)量的材料樣品，發(fā)現(xiàn)了一批新的材料生長現(xiàn)象，提高了對于相關(guān)科學(xué)規(guī)律的認(rèn)知，研究成果對于地面材料加工工藝的改進(jìn)與發(fā)展具有重要指導(dǎo)意義，并已在國民經(jīng)濟當(dāng)中實現(xiàn)了成功應(yīng)用。
06 在應(yīng)用新技術(shù)領(lǐng)域
首次在空間飛行器上在軌二次釋放微小衛(wèi)星并實現(xiàn)了對非合作目標(biāo)的近距離成像觀測、精確繞飛或飛越觀測，為航天器編隊飛行奠定技術(shù)基礎(chǔ)。非牛頓引力實驗檢驗的關(guān)鍵技術(shù)驗證項目高水平驗證了空間高精度靜電懸浮加速度計，對我國相關(guān)空間計劃在弱力測量和慣性參考方面具有重要支撐作用。
在載人空間站任務(wù)中，空間應(yīng)用系統(tǒng)瞄準(zhǔn)世界科技前沿及國家重大需求，前瞻規(guī)劃、攻關(guān)研制和在軌部署了近30個國際一流的科學(xué)研究與技術(shù)試驗設(shè)施，正在抓緊研制旗艦級的巡天空間望遠(yuǎn)鏡。其中，高精度時頻系統(tǒng)、高微重力實驗柜等設(shè)施為國際首創(chuàng)，超冷原子物理實驗柜、生命生態(tài)實驗柜、無容器材料實驗柜、燃燒科學(xué)實驗柜等實驗設(shè)施達(dá)到國際領(lǐng)先或先進(jìn)水平。這些設(shè)施上配備了多種先進(jìn)的精密檢測、實驗支持儀器，如材料實驗X射線實時診斷、流體實驗的數(shù)字全息、燃燒實驗的弱光ICCD檢測、超冷原子的兩級交叉光阱冷卻，生物實驗的微通道 PCR 芯片擴增、人機協(xié)同高精度微操作器等。這些設(shè)施體系架構(gòu)開放，可通過擴展升級長期保持高水平穩(wěn)定運行，有力支撐空間站成為我國當(dāng)前覆蓋學(xué)科領(lǐng)域最全、在軌支持能力最強，且兼?zhèn)溆腥藚⑴c和上下行運輸?shù)泉毺貎?yōu)勢的“國家太空實驗室”。
空間應(yīng)用系統(tǒng)還在地面建成了實物鏡像系統(tǒng)、數(shù)字鏡像系統(tǒng)及空-地“云”計算平臺，創(chuàng)新發(fā)展了人機融合、數(shù)字伴飛的空間科學(xué)實驗?zāi)Ｊ?，形成了“端到端”低延時遙科學(xué)實驗和海量科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)能力；建成了全壽命周期載荷研制支持平臺、電磁彈射微重力實驗設(shè)施和太空實驗室地面實驗基地，為載荷設(shè)計、總裝、集成測試等研制工作，以及科學(xué)項目遴選與培育、地基研究和匹配實驗等，形成了實驗載荷/樣品全壽命周期研制試驗支持能力。通過以上設(shè)施/平臺，實現(xiàn)了天地高效協(xié)同，大幅提升了在軌實驗效率，形成了集約高效開展大規(guī)?？臻g科學(xué)實驗與應(yīng)用能力。
空間站作為我國最重要的綜合性近地空間研究基地，努力爭取在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域進(jìn)入國際前沿，在應(yīng)用基礎(chǔ)和新技術(shù)方面解決國家重大需求，為經(jīng)濟社會發(fā)展提供高質(zhì)量科技供給。當(dāng)前，空間站科學(xué)實驗設(shè)施基本完成在軌測試，在軌運行穩(wěn)定可靠，具備了大規(guī)模開展空間科學(xué)研究的能力。截至目前，已開展了60余項實驗項目、上萬次在軌實驗，獲得了原始實驗數(shù)據(jù)近60TB。目前，科學(xué)家正在開展實驗樣品的地面研究，部分領(lǐng)域已取得階段性成果，以下對兩個典型領(lǐng)域展開介紹。
01 在空間生命科學(xué)方面
在空間首次實現(xiàn)人類胚胎干細(xì)胞誘導(dǎo)分化為精原細(xì)胞以及卵泡樣細(xì)胞，系統(tǒng)解答空間微重力環(huán)境對干細(xì)胞譜系分化的影響，并開發(fā)了多類生殖細(xì)胞體外分化的體系及裝置，有望推進(jìn)輔助生殖治療不孕不育的技術(shù)革新；研究揭示了骨骼肌細(xì)胞的重力感應(yīng)分子機制，明確靶向自噬或靶向特定微小RNA抵抗肌肉萎縮的可行性，為肌肉萎縮的治療提供了新思路和新手段。
02在空間材料科學(xué)方面
發(fā)現(xiàn)了鈮硅合金的快速共晶生長動力機理，為研制下一代高性能航發(fā)用鈮合金材料奠定了技術(shù)基礎(chǔ)；實現(xiàn)了硒化銦材料的空間制備，發(fā)現(xiàn)了鉍（Bi）摻雜硒化銦（InSe）材料性能優(yōu)異、遷移率是超薄硅材料的15倍，且具有穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)，其開發(fā)應(yīng)用將有望推動場效應(yīng)管的升級換代，獲取顯著的經(jīng)濟效益。
隨著空間站建成，載人航天工程進(jìn)入應(yīng)用與發(fā)展階段，為進(jìn)一步加大空間站應(yīng)用力度，空間應(yīng)用系統(tǒng)面向全國科研機構(gòu)、高等院校、產(chǎn)業(yè)用戶等，廣泛征集了空間站科學(xué)、技術(shù)與應(yīng)用需求，組織了近百名院士、近千位國內(nèi)外一流科學(xué)家進(jìn)行了深入研究和論證，形成了系統(tǒng)性、體系化的空間站應(yīng)用與發(fā)展工程應(yīng)用任務(wù)規(guī)劃，主要包括空間生命科學(xué)及人體研究、微重力物理科學(xué)、空間天文與地球科學(xué)、空間新技術(shù)及應(yīng)用等4大領(lǐng)域、30余個研究主題，將實施60余項研究計劃、上千項研究項目。
今年6月，載人航天辦公室面向全國發(fā)布了《空間站應(yīng)用與發(fā)展工程空間科學(xué)與應(yīng)用項目征集公告》，空間應(yīng)用系統(tǒng)在北京、上海、武漢、西安、廣州等地開展了項目征集宣講活動，引起國內(nèi)外科學(xué)家的高度關(guān)注，目前已征集到一大批項目建議，為空間站應(yīng)用項目的滾動實施奠定了基礎(chǔ)，預(yù)期將在科學(xué)、技術(shù)和應(yīng)用方面產(chǎn)出重大成果和效益。
如在科學(xué)前沿探索方面，預(yù)期將在超低溫量子物態(tài)、軟物質(zhì)非平衡動力學(xué)、生命起源的分子機制、多波段巡天及宇宙學(xué)、天體極端物理過程等前沿科學(xué)研究取得具有國際影響的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)，為人類知識寶庫貢獻(xiàn)新內(nèi)容；在技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用方面，將在干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)、合成生物制造、生物納米藥物開發(fā)等生物技術(shù)取得重要突破，服務(wù)于改善人民生命健康；研究制備高性能航空發(fā)動機葉片材料、紅外探測器材料、高端制造用高熵合金等國家急需的先進(jìn)材料，助力解決國家卡脖子材料問題；發(fā)展新一代信息技術(shù)、超低溫量子精密測量、高精度時頻系統(tǒng)技術(shù)等并推廣應(yīng)用，獲取顯著的經(jīng)濟和社會效益。
空間站的建設(shè)運營為推進(jìn)我國空間科學(xué)和應(yīng)用發(fā)展提供了重大歷史機遇，空間應(yīng)用系統(tǒng)將按照國家太空實驗室的總體目標(biāo)，堅持“四個面向”，持續(xù)論證優(yōu)選具備重大科技價值、重大戰(zhàn)略應(yīng)用潛力的高水平項目，持續(xù)產(chǎn)出重大科技成果，為“加快建設(shè)科技強國、實現(xiàn)高水平科技自立自強”做出更大貢獻(xiàn)。
拍攝/吳馥桐
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