太空“城堡”

空間站本身就是個(gè)“實(shí)驗(yàn)”

美國國家航空航天局（NASA）在討論國際空間站和倡議地月軌道空間站時(shí)，總談及這樣一個(gè)理念：積累知識(shí)和技術(shù)，為人類飛向更深遠(yuǎn)的宇宙做準(zhǔn)備。

雖然地球上還有大量的問題不曾解決，但人類終究要進(jìn)入宇宙去尋找更多值得開發(fā)和居住的星球。這就需要打造一整套技術(shù)和解決方案。其中涉及到幾個(gè)最基本的問題：人能不能在太空安全健康地生存？人如何在漫漫航程中獲取必需的生活資源？需要設(shè)計(jì)一艘什么樣的渡船，才能把人從地球運(yùn)送到下一個(gè)落腳點(diǎn)？

這些問題的答案，只能從近地軌道空間站開始，一點(diǎn)一點(diǎn)地摸索。就像人類要想在大海上航行，必須從獨(dú)木舟開始，漸漸地發(fā)明出越來越大的船只，直到今天的百萬噸巨輪。從這個(gè)角度說，今天的空間站或許只能算作一艘近海捕魚的小船?？臻g站的基本功能和結(jié)構(gòu)組成，將為遠(yuǎn)期飛向火星、木星及更遠(yuǎn)深空的大型飛船探索必要的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，還需要探索怎樣才能提高深空飛行器的壽命與可靠性，怎樣在遠(yuǎn)離地球的地方由船員自主修理和維護(hù)等。

太空的“超級實(shí)驗(yàn)室”

從蘇聯(lián)的“和平號”空間站到國際空間站，它們的主要角色就是扮演飛行在近地軌道上的實(shí)驗(yàn)室。美國國家科學(xué)院曾經(jīng)明確提出，要把國際空間站當(dāng)成美國的國家實(shí)驗(yàn)室。空間站的主要科學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，基本上可以按照生命科學(xué)研究、對地觀測研究、天文學(xué)、基礎(chǔ)物理、工程應(yīng)用、航天醫(yī)學(xué)等幾個(gè)類別加以劃分。

生命科學(xué)研究

生命科學(xué)是空間站上開展得最多的試驗(yàn)之一。目前，已經(jīng)上天的動(dòng)物和植物種類、數(shù)量都已不勝枚舉。比如，“和平號”上繁育過100多種植物，甚至還嘗試過繁育鵪鶉。從“和平號”上帶回地球的植物種子，在航天育種領(lǐng)域發(fā)揮了很大作用。再比如，國際空間站上的動(dòng)物研究范圍更大，曾嘗試過在宇宙中飼養(yǎng)老鼠、日本水虎魚，甚至是水熊蟲。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生活在下水道里的水熊蟲，比任何其他高等生物都更能夠適應(yīng)空間環(huán)境。

基礎(chǔ)物理研究

空間站這個(gè)“超級實(shí)驗(yàn)室”對基礎(chǔ)物理研究來說，簡直就是天堂，因?yàn)樵诘厍蛏虾茈y找到一種辦法來提供長期的失重環(huán)境?？茖W(xué)家們可以獲得近乎無限的失重時(shí)長，來展開關(guān)于燃燒、流體、晶體生長等現(xiàn)象的研究。特別是在失重環(huán)境下的火焰與地球上的火焰是完全不同的，燃燒施放出的產(chǎn)物也和地球上的大相徑庭，這讓人們對于火這種工具有了新的認(rèn)識(shí)。

對地觀測研究

空間科學(xué)和對地觀測研究可能是一個(gè)比較令人意外的空間站科學(xué)研究。從理論上說，遙感衛(wèi)星和無人操作的空間望遠(yuǎn)鏡就可以實(shí)施這類研究，而且運(yùn)行成本比載人空間站低得多。但是空間站上的實(shí)驗(yàn)表明，有人照料的空間科學(xué)和對地觀測，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)一些異常和新奇的科學(xué)現(xiàn)象，對新型天文及遙感儀器進(jìn)行調(diào)試，為無人系統(tǒng)的正常工作奠定基礎(chǔ)。

航天醫(yī)學(xué)研究

航天醫(yī)學(xué)就是把航天員作為實(shí)驗(yàn)對象，這可能是空間站科學(xué)實(shí)驗(yàn)中最基本的一項(xiàng)。航天員從火箭起飛的那一刻開始，就需要不停地關(guān)心和記錄自己的健康數(shù)據(jù)。在空間站上，這方面的實(shí)驗(yàn)和研究項(xiàng)目繁多，包括行為健康和表現(xiàn)、骨骼和肌肉生理學(xué)、運(yùn)動(dòng)對策、心血管生理學(xué)、營養(yǎng)學(xué)和免疫學(xué)等。

技術(shù)演示驗(yàn)證

技術(shù)演示驗(yàn)證是在科學(xué)和應(yīng)用之間搭建的一座橋梁。在空間站上，航天員曾在材料加工和藥物制品研究方面做過不少重要實(shí)驗(yàn)。此外，人類在空間站還開展過很多技術(shù)演示：空間推進(jìn)、空間動(dòng)力和能源、通信和導(dǎo)航、生命支持和居住系統(tǒng)等。特別是近年來，在國際空間站上開展的3D打印實(shí)驗(yàn)，為今后大型載人空間設(shè)施的在軌自主維修探索了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

“天宮”里實(shí)驗(yàn)也不少

中國載人航天工程總設(shè)計(jì)師周建平曾在論文中寫道，“我國空間站應(yīng)用將突出有人操控和空間站大平臺(tái)的特點(diǎn)，充分借鑒國際成功經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，瞄準(zhǔn)空間科學(xué)技術(shù)前沿，兼顧科學(xué)探索和空間資源開發(fā)需要，堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)原則，推動(dòng)原始創(chuàng)新?！?/p>

中國天宮空間站設(shè)置了3類實(shí)驗(yàn)場所，首先是加壓艙內(nèi)有16臺(tái)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，艙外設(shè)有暴露實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，另外還要在節(jié)點(diǎn)艙上對接專門的光學(xué)艙，支持在軌實(shí)施空間天文、空間生命科學(xué)與生物技術(shù)、微重力基礎(chǔ)物理、空間材料科學(xué)、航天醫(yī)學(xué)等11個(gè)學(xué)科方向30余個(gè)研究主題的數(shù)百項(xiàng)科學(xué)研究與應(yīng)用項(xiàng)目。

上面提到的16臺(tái)實(shí)驗(yàn)柜的樣機(jī)曾在國內(nèi)多個(gè)展會(huì)上露面。科學(xué)家說，“這就好像把專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室搬到了天上，并讓實(shí)驗(yàn)設(shè)備在嚴(yán)酷的太空環(huán)境下正常工作。”

在不遠(yuǎn)的將來，中國空間站會(huì)帶給世界哪些驚喜呢？讓我們一起期待！