把“空間站”建在地球上——走進(jìn)我國航天領(lǐng)域首個(gè)大科學(xué)裝置

在距離地球400多公里的軌道上，中國空間站遨游蒼穹，成為我國航天事業(yè)的重要里程碑之一。

【資料圖】

遙望祖國東北角，一座被稱為“地面空間站”的空間環(huán)境地面模擬裝置前不久正式建設(shè)完成，進(jìn)入試運(yùn)行階段，諸多指標(biāo)達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

作為我國航天領(lǐng)域首個(gè)大科學(xué)裝置，“地面空間站”是國際上首個(gè)綜合環(huán)境因素最多、可實(shí)現(xiàn)多尺度和跨尺度環(huán)境效應(yīng)研究的綜合性研究裝置，將為我國航天事業(yè)發(fā)展及人類太空探索貢獻(xiàn)智慧和力量。

圓夢：把“空間站”建到地球上

空間環(huán)境嚴(yán)苛復(fù)雜，不僅航天器的可靠性受到考驗(yàn)，航天員的健康安全也面臨挑戰(zhàn)。如何增強(qiáng)宇宙探索能力，是亟待解決的難題。

“要想飛得更遠(yuǎn)、駐得更久、探得更細(xì)，就要更加了解空間環(huán)境。”空間環(huán)境地面模擬裝置常務(wù)副總指揮、哈爾濱工業(yè)大學(xué)空間環(huán)境與物質(zhì)科學(xué)研究院院長李立毅說，“地面空間站”就是要在地球上建設(shè)一個(gè)與真實(shí)宇宙空間環(huán)境相似的基礎(chǔ)科學(xué)研究平臺，相當(dāng)于把“空間站”建到地球上。

“地面空間站”位于黑龍江省哈爾濱新區(qū)科技創(chuàng)新城，由哈爾濱工業(yè)大學(xué)聯(lián)合中國航天科技集團(tuán)承建。在建設(shè)園區(qū)，分布著“一大三小”四棟實(shí)驗(yàn)樓，“一大”即空間綜合環(huán)境實(shí)驗(yàn)樓，“三小”即空間等離子體科學(xué)實(shí)驗(yàn)樓、空間磁環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)樓和動(dòng)物培養(yǎng)室。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)空間環(huán)境地面模擬裝置科研人員進(jìn)行空間生命科學(xué)分系統(tǒng)調(diào)試（4月6日攝）。新華社記者 王松 攝

按照設(shè)計(jì)規(guī)劃，“地面空間站”可以模擬真空、高低溫、帶電粒子、電磁輻射、空間粉塵、等離子體、弱磁場、中性氣體、微重力等9大類空間環(huán)境因素，能夠闡釋空間環(huán)境對材料、器件、系統(tǒng)及生命體的影響規(guī)律和作用機(jī)制。

相較于把實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備搬到太空，“地面空間站”既能節(jié)省成本、減少安全隱患，又可以根據(jù)科學(xué)問題和工程需要，設(shè)置特定的環(huán)境因素，不受時(shí)空限制進(jìn)行多次重復(fù)驗(yàn)證，從而打造更加安全便捷的實(shí)驗(yàn)條件和科研手段。

隨著圓形拱門緩緩移動(dòng)，月塵艙映入眼簾，這便是“模擬月球”實(shí)驗(yàn)艙。在一人多高的空間里，一米見方的平臺閃著銀光，懸置于頂部的探照燈和射線源造型各異。

團(tuán)隊(duì)成員孫承月說，月塵艙攻克了多源輻照充電裝備集成、微小粉塵均勻淋撒、強(qiáng)靜電環(huán)境光學(xué)原位在線檢測等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，將為我國探月工程、月球基地建設(shè)和載人航天等重大航天工程提供科研平臺。

這是哈爾濱工業(yè)大學(xué)空間環(huán)境地面模擬裝置月塵倉（4月6日攝）。新華社記者 王松 攝

“未來，許多需要抵達(dá)太空才能進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，在地面上就能完成。”哈爾濱工業(yè)大學(xué)空間環(huán)境與物質(zhì)科學(xué)研究院副院長閆繼宏說，這是科學(xué)家夢寐以求的。

攻堅(jiān)：把“冷板凳”坐熱

談起“地面空間站”的緣起，李立毅說，空間環(huán)境導(dǎo)致航天故障頻發(fā)，成為制約航天器長壽命和高可靠運(yùn)行的關(guān)鍵所在。

早在2005年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)開始聯(lián)合中國航天科技集團(tuán)組建團(tuán)隊(duì)，就空間環(huán)境與物質(zhì)相互作用基礎(chǔ)科學(xué)問題的研究平臺條件展開調(diào)研和分析。

“科技攻關(guān)就是要奔著最緊迫的問題去。”哈爾濱工業(yè)大學(xué)空間環(huán)境與物質(zhì)科學(xué)研究院副院長鄂鵬說，大科學(xué)裝置建設(shè)對諸多基礎(chǔ)前沿研究、戰(zhàn)略高技術(shù)研究起著重要支撐作用。

這是哈爾濱工業(yè)大學(xué)空間環(huán)境地面模擬裝置粒子加速系統(tǒng)（4月6日攝）。新華社記者 王松 攝

經(jīng)過相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)家和有關(guān)部門的反復(fù)論證、審慎決策，2015年9月，“空間環(huán)境地面模擬裝置”立項(xiàng)獲批；

2017年1月，其可行性研究獲批，同年7月，裝置初步設(shè)計(jì)獲批，年底開工建設(shè)；

2019年9月，哈爾濱工業(yè)大學(xué)空間環(huán)境與物質(zhì)科學(xué)研究院成立，團(tuán)隊(duì)從籌建之初的幾個(gè)人增加到百余人，覆蓋物理、材料、機(jī)電、電氣、化工、航天、生命等多個(gè)學(xué)科；

2023年2月，哈爾濱工業(yè)大學(xué)空間環(huán)境與物質(zhì)作用前沿科學(xué)中心獲批立項(xiàng)建設(shè)……

不同于其他科研項(xiàng)目和基礎(chǔ)設(shè)施，大科學(xué)裝置既是一個(gè)科學(xué)項(xiàng)目，又是一個(gè)工程項(xiàng)目，兼具科學(xué)研究與工程建設(shè)的雙重特性，技術(shù)難度大、周期長、風(fēng)險(xiǎn)高，可借鑒經(jīng)驗(yàn)幾乎空白。

作為“地面空間站”的重要組成部分，零磁空間環(huán)境的目標(biāo)是構(gòu)建一個(gè)屏蔽外界環(huán)境磁場干擾的近零磁空間。在導(dǎo)師帶領(lǐng)下，“90后”團(tuán)隊(duì)成員孫芝茵讀博時(shí)，創(chuàng)新提出“套娃”式磁屏蔽設(shè)計(jì)方案。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)空間環(huán)境地面模擬裝置科研人員展示空間磁環(huán)境模擬與研究系統(tǒng)（4月6日攝）。新華社記者 王松 攝

“地面空間站”離子加速器系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師劉劍利回憶說，由于大量設(shè)備沒有成熟產(chǎn)品，團(tuán)隊(duì)需要從零起步。設(shè)計(jì)、加工、安裝、調(diào)試運(yùn)行、數(shù)據(jù)分析……每一個(gè)環(huán)節(jié)都要拿出“120%的精力”投入。

“作為科研‘國家隊(duì)’，不能只考慮我會(huì)做什么、能做什么，更要考慮該做什么、要做什么”“摸著石頭過河，哪里有石頭就把哪里的石頭搬走”……團(tuán)隊(duì)成員坦言，大科學(xué)裝置通常需要三四百人的團(tuán)隊(duì)，但“地面空間站”約百人就完成了，周末假期不休息、一天工作十幾個(gè)小時(shí)是常態(tài)，很多時(shí)候“一個(gè)人當(dāng)兩個(gè)人用”。

“‘地面空間站’為什么能？關(guān)鍵要靠自主創(chuàng)新，拿出了‘鋼牙啃硬骨頭’的勁頭。”哈爾濱工業(yè)大學(xué)校長、空間環(huán)境地面模擬裝置總師韓杰才說，學(xué)校聯(lián)合多家協(xié)作單位不斷攻關(guān)，科研探索始終貫穿建設(shè)之中，實(shí)現(xiàn)同步推進(jìn)。

展望：拉開科技交流合作新篇章

夏日的哈爾濱，草木蔥蘢。來自華中科技大學(xué)物理學(xué)院引力中心的“95后”博士研究生俞遠(yuǎn)陽坐在零磁裝置前，仔細(xì)觀測電腦屏幕上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。他將在這里進(jìn)行為期一個(gè)月的引力波探測相關(guān)試驗(yàn)。

“我們使用的關(guān)鍵部件磁性很弱，在特定零磁環(huán)境下，才能得到更精準(zhǔn)的測量結(jié)果。”俞遠(yuǎn)陽說，“地面空間站”是國之重器，更是科研利器，將助推一大批科研成果產(chǎn)出。

眼下，國內(nèi)外科學(xué)家競相申請進(jìn)入“地面空間站”開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)。110余家機(jī)構(gòu)已簽署用戶協(xié)議，覆蓋30多個(gè)國家和地區(qū)。

大科學(xué)裝置承載著人類探索未知世界的美好愿望，更吸引著一批青年科技工作者。他們來自多個(gè)高校和科研院所，將自身成長成才與國家發(fā)展需求更緊密地結(jié)合。

今年，“80后”聶秋月迎來在哈爾濱工業(yè)大學(xué)任教的第十個(gè)年頭。2014年，她從清華大學(xué)博士后工作站出站后，毅然選擇一路北上，參與到空間等離子體環(huán)境模擬與研究系統(tǒng)的研制工作。

這是哈爾濱工業(yè)大學(xué)空間環(huán)境地面模擬裝置空間等離子體環(huán)境模擬與研究系統(tǒng)（4月6日攝）。新華社記者 王松 攝

“大科學(xué)裝置將成為搶占科技競爭制高點(diǎn)的一個(gè)新的策源地。”從南方一所高校到哈爾濱工業(yè)大學(xué)任職的金成剛說，從航天電子元器件檢驗(yàn)到引力波探測，從農(nóng)業(yè)育種到生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)，越來越多科研攻關(guān)將在這里展開，越來越多高層次科研人才將在這里匯聚。

當(dāng)前，“地面空間站”建設(shè)的溢出效應(yīng)已經(jīng)顯現(xiàn)，已累計(jì)獲得國際和國內(nèi)發(fā)明專利80余項(xiàng)，將在腦科學(xué)、生命健康、高端儀器、輻照育種等方面發(fā)揮重要作用。

這是哈爾濱工業(yè)大學(xué)空間環(huán)境地面模擬裝置火星塵倉（4月6日攝）。新華社記者 王松 攝

業(yè)內(nèi)人士坦言，在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革驅(qū)動(dòng)下，“地面空間站”有望解決航天產(chǎn)品一體化設(shè)計(jì)、模塊化制造、空間環(huán)境適應(yīng)性等方面的瓶頸問題，帶動(dòng)衛(wèi)星制造、電子信息、人工智能、新材料、生物醫(yī)學(xué)等新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

創(chuàng)新無止境，謀創(chuàng)新就是謀未來。哈爾濱工業(yè)大學(xué)黨委書記熊四皓說，學(xué)校將努力把“地面空間站”打造成先進(jìn)技術(shù)研究與工程應(yīng)用平臺，為科技強(qiáng)國建設(shè)、探尋未知奧秘作出更大貢獻(xiàn)。

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