朱國順
11月1日4時27分,從海南文昌發射場搭乘長征五號B升空13小時后,夢天實驗艙與天和核心艙成功對接,中國空間站天和、問天、夢天三艙基本構型就此全面建成,即將進入全功能運行狀態。
以夢天實驗艙的到來為標志,中國的太空“夢工廠”正式開工!
衛星讓人類與太空建立聯系,飛船讓人類感知太空,如果要在太空長時間工作實驗,就需要更加寬敞可長期生活工作的多功能空間站。在中國載人航天起步30年之后的2022年,中國首次在太空建成了長期有人駐守的“天宮”空間站,這既是中國航天事業的偉大成就,更讓中國人在太空擁有了最先進的“夢工廠”。
中國空間站將建設成為水平先進的國家太空實驗室。為了實現這一目標,最新上天的夢天實驗艙上匯聚了一大批國際領先裝備,搭載了8個科學實驗柜,包括超冷原子物理實驗柜、高精度時頻實驗柜、高溫材料科學實驗柜等,是一座名副其實的太空硬核科技“夢工廠”。
“T”形“夢工廠”三個艙段中,天和核心艙是中樞和生活區,問天、夢天兩個實驗艙,主要開展各項實驗工作。問天艙主要研究細胞、動植物等生命科學,兼顧人員出入、生活;夢天艙主要研究材料、原子等微重力科學,兼顧貨物進出運輸。因為運貨的需求比較多,夢天艙做成艙中艙結構,有一個托運貨物進出艙的“電梯”,航天員出艙工作不用隨身攜帶貨物,可以讓“電梯”來搬運。
夢天艙上天后,帶有一套特殊重要設備:世界第一套空間冷原子鐘。
我們常常感嘆,時間都去哪兒了?但是,我們有沒有想過,時間在哪兒呢?
時間決定著世間萬物的長度,但是我們看不見也摸不著時間。人類嘗試用沙漏來衡量時間,用鐘表刻度來標注時間,但不能不說,這其實是不夠準確的。沙粒大小不同、位于海拔高度不同,會影響精度;鐘表機械磨損、是否足夠潤滑,會影響精度。機械表通常每天的誤差就有1秒。
衡量時間最準確的是什么呢?原子鐘。
世間萬物皆由原子構成,原子的基本結構由一個原子核加若干電子組成。原子有一個特性,如果外界有能量作用于原子,電子會在一定范圍內來回運動,向外遠離原子核的過程吸收能量,向內回來的過程釋放能量,學術上把它叫做能量躍遷。如果外界能量恒定,來回波動的節奏是固定的。
那么,一個實用性的測量方法就誕生了:如果找到一種波動穩定準確的原子,給以恒定的能量,不就可以準確衡量時間嗎?是的,這就是原子鐘的原理,迄今最準確的時間測量方法。銫、銣、氫是目前可信的波動特別穩定的原子,常用的銫原子鐘,每震蕩波動9192631770次的時間,標定為1秒鐘。通常原子鐘精度每10萬年誤差不超過1秒,最高可以達到2000萬年誤差不超過1秒。
在太空設置原子鐘的好處在于,它盡最大可能排除了地球引力、溫度等對電子波動的干擾,確保精準。
在夢天艙,搭載了氫鐘、冷原子銣鐘、冷原子光鐘。冷原子鐘是原子鐘的一種,它用激光定住原子,讓它近似處于絕對零度也就是-273.15攝氏度,以盡可能消除原子熱運動產生的干擾,測量更精準。這三組原子鐘啟用后,將成為世界第一套空間冷原子鐘組,意味著中國在“天宮”建立了一套異常精準的計時系統,實際上很可能是世界最精準的計時系統。
精準的時間對于人類來說,實在是太重要了。它不僅能準確衡量萬物,更能更好探索宇宙。在以光年為計量單位的茫茫宇宙間,一秒鐘就是30萬公里,差之毫秒,失之千里。宇宙巡航、引力波探測、暗物質搜尋,屬于中國的世界第一套空間冷原子鐘,都將大放光彩。
從1992年9月21日中國載人航天工程起步,歷經星辰大海跋涉,在30年后的2022年,如愿建成了中國太空“夢工廠”。
這是一代人的奮斗,這是無數人的奮斗。