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浮力消失、液橋演示、水油分離……在中國(guó)空間站的“天宮課堂”上，充滿奇思妙想的太空實(shí)驗(yàn)，讓科學(xué)的種子在億萬(wàn)青少年的心里生根發(fā)芽。從上世紀(jì)70年代開(kāi)始，蘇聯(lián)、美國(guó)等國(guó)家相繼向近地軌道發(fā)射了幾代空間站，并將其作為開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗(yàn)的寶貴平臺(tái)。今年，中國(guó)神舟十四號(hào)執(zhí)行飛行任務(wù)期間，將全面完成以天和核心艙、問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙為基本構(gòu)型的天宮空間站建造，建成國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室。未來(lái)，將有上千項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在此展開(kāi)。
為何萬(wàn)里迢迢飛去太空做實(shí)驗(yàn)？因?yàn)轱h浮的空間站與地表差別很大，特別是具有地面實(shí)驗(yàn)室無(wú)法模擬的長(zhǎng)期失重環(huán)境。在這里，地球上常見(jiàn)的物質(zhì)會(huì)出現(xiàn)不可捉摸的物理特性變化，比如氣體和液體中的對(duì)流和浮力現(xiàn)象消失，因不同密度所引起的沉淀和分層現(xiàn)象也全然不見(jiàn)。在褪去重力作用的面紗后，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律往往以超出想象的方式浮現(xiàn)，對(duì)這些規(guī)律的理解和應(yīng)用也催生了微重力科學(xué)這一嶄新領(lǐng)域。
太空實(shí)驗(yàn)精妙復(fù)雜，不僅可以闡釋已知原理，還能檢驗(yàn)前沿科學(xué)設(shè)想、推動(dòng)科技應(yīng)用。從這里獲取的科研成果和對(duì)科學(xué)規(guī)律認(rèn)知的點(diǎn)滴進(jìn)步，都可能極大地推動(dòng)生產(chǎn)力的發(fā)展。以“燃燒”為例，這是地球上一種常見(jiàn)的現(xiàn)象，但人類至今仍缺乏完整的燃燒過(guò)程理論，也無(wú)法完全控制它所產(chǎn)生的負(fù)面作用。在太空，火焰呈球形，有時(shí)甚至?xí)半[形”，這些奇特的表現(xiàn)為探究燃燒原理開(kāi)辟了新途徑。相關(guān)研究成果對(duì)于解決污染、火災(zāi)、全球氣候變暖等問(wèn)題意義重大。要知道，石油的燃燒效率每提高1%，全球每年就能節(jié)省幾億桶石油。同樣，失重環(huán)境中幾乎沒(méi)有浮力引起的對(duì)流，科學(xué)家可以觀察表面張力、磁力和電子力對(duì)液體和氣體混合流動(dòng)的影響，有助于解決目前石油和天然氣輸送管道建設(shè)中的技術(shù)問(wèn)題。
在太空，人類還能制造出不可思議的特殊材料和工業(yè)產(chǎn)品。例如，在空間站里，將不同金屬混合后可以得到特種合金，向液體金屬注入氣泡后可以得到類似軟木塞的泡沫金屬，采用懸浮冶煉方式能在不使用容器的情況下煉出純度極高的金屬產(chǎn)品。此外，在太空產(chǎn)生的晶體更大更純凈，制造出的玻璃纖維可達(dá)幾百米長(zhǎng)，這都是“地球制造”難以實(shí)現(xiàn)的。
當(dāng)“太空制造”可以產(chǎn)生顯著經(jīng)濟(jì)效益時(shí)，就有望建造“太空工廠”了。日前，美國(guó)航天技術(shù)公司“紅線”宣布，將向俄亥俄州立大學(xué)電子顯微鏡與分析中心出售其在國(guó)際空間站制造的兩克光學(xué)晶體，價(jià)格合每千克200萬(wàn)美元，這項(xiàng)交易標(biāo)志著太空制造產(chǎn)品首次在地球銷售。2021年11月，美國(guó)太空探索技術(shù)公司宣布與初創(chuàng)公司瓦爾達(dá)簽約，計(jì)劃于2023年在地球低空軌道上建造第一家“太空工廠”，利用太空環(huán)境優(yōu)勢(shì)生產(chǎn)高價(jià)值產(chǎn)品。
空間站獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)條件在諸多領(lǐng)域具有巨大潛力：這里有不受大氣層影響的高遠(yuǎn)位置，為開(kāi)展觀地和望天實(shí)驗(yàn)提供得天獨(dú)厚的視角，可以更好地研究地球環(huán)境、探索宇宙世界；這里能直接揭示太空環(huán)境對(duì)于生命過(guò)程的作用與影響，為地球上研發(fā)新的生物技術(shù)貢獻(xiàn)靈感，為改善人類在太空的生活質(zhì)量提供依據(jù)……隨著航天事業(yè)的進(jìn)步，航天員在軌時(shí)間和人數(shù)將大大增加，復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)設(shè)備也能通過(guò)天地往返運(yùn)輸?shù)玫骄S修和升級(jí)，空間站的實(shí)驗(yàn)種類有望進(jìn)一步拓寬。太空實(shí)驗(yàn)的不斷拓展，將促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的跨越式發(fā)展，更好地造福人類。
（作者為全國(guó)空間探測(cè)技術(shù)首席科學(xué)傳播專家、北京空間科技信息研究所編審）
《 人民日?qǐng)?bào) 》（ 2022年07月26日 17 版）
(責(zé)編：牛鏞、袁勃)
標(biāo)簽： 失重環(huán)境 太空環(huán)境 科學(xué)實(shí)驗(yàn) 太空工廠 可以產(chǎn)生
