焦點(diǎn)訪談|揭秘中國地面空間站的硬核實(shí)力
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央視網(wǎng)消息(焦點(diǎn)訪談):4月24日是第十一個(gè)中國航天日,今年也是中國航天事業(yè)創(chuàng)建70周年。“七秩問天路 攜手探九霄”,從“神舟”問天、“嫦娥”攬?jiān)碌健氨倍贰敝嘎罚俚健白H凇碧交稹ⅰ棒撕汀敝鹑眨粋(gè)個(gè)飛天逐夢新紀(jì)錄的背后,是中國航天科技水平的跨越式發(fā)展。大屏幕上的這片白色建筑群,就是我國航天領(lǐng)域首個(gè)國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。它的占地面積將近有50個(gè)足球場大小,由哈爾濱工業(yè)大學(xué)和中國航天科技集團(tuán)聯(lián)合建設(shè),被科學(xué)家親切地稱為“地面空間站”。這些天,科研人員正在這里為我國載人登月工程,進(jìn)行相關(guān)的可靠性測試試驗(yàn)。
瞄準(zhǔn)2030年前實(shí)現(xiàn)中國人首次登月的目標(biāo),載人登月探測工程登月任務(wù)各項(xiàng)研制建設(shè)工作正在穩(wěn)步推進(jìn)。今年,“地面空間站”也承接了部分載人登月工程重要型號(hào)器件的試驗(yàn)工作。要實(shí)現(xiàn)登月,首先面對(duì)的就是月表帶電月塵環(huán)境帶來的挑戰(zhàn)。
國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施空間環(huán)境地面模擬裝置建設(shè)副總指揮閆繼宏:“從以前阿波羅登月計(jì)劃的資料,到目前我們探月,各個(gè)國家,美國、歐盟還有中國在地面的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,它是現(xiàn)在環(huán)境因素里的頭號(hào)‘殺手’。”

為什么月塵是登月的頭號(hào)“殺手”呢?因?yàn)樵虑虮砻媸艿诫E石和流星的撞擊,會(huì)產(chǎn)生許多帶有棱角的微小顆粒,這就是月塵的主要來源。加上月球表面沒有大氣的存在,這些月塵顆粒直接受到太陽和宇宙射線照射,每個(gè)顆粒都會(huì)帶上幾千個(gè)電荷。這些帶電的有棱角的月塵顆粒懸浮在月球表面,極易黏附在航天服上。當(dāng)航天員活動(dòng)時(shí),這些帶電月塵顆粒就會(huì)磨損航天服,危及航天員的生命安全和健康。
通過月塵艙模擬的帶電月塵環(huán)境,科研人員可以測試不同材質(zhì)的航天服,看看哪種材質(zhì)能夠更好地抵御帶電月塵的侵襲,還可以研究月球車太陽能帆板結(jié)構(gòu),找到避免被月塵覆蓋的最佳方案。這為我國載人登月工程提供了不可或缺的地面驗(yàn)證條件。
除了月塵,月球表面的極致零磁環(huán)境,也是載人登月任務(wù)必須面對(duì)的另一大挑戰(zhàn)。地球磁感應(yīng)強(qiáng)度約有5萬納特,這個(gè)強(qiáng)磁場環(huán)境是人類健康生存的基本條件之一。但是當(dāng)人類長期暴露在月球近乎為零的磁場環(huán)境中,會(huì)有什么樣的健康風(fēng)險(xiǎn)?有研究表明,在極低磁場環(huán)境中,生物體會(huì)出現(xiàn)多種功能變化,而想要深入研究這些問題,首先就得在地球上復(fù)刻出一模一樣的近零磁場環(huán)境。

在零磁空間,科研人員借助特制的腦磁儀,能夠捕捉航天員在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的極微弱腦磁信號(hào)變化。通過研究這些信號(hào),就能分析零磁環(huán)境對(duì)航天員身體機(jī)能的影響。
國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施空間環(huán)境地面模擬裝置空間磁環(huán)境模擬與研究系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師潘東華:“我們國家現(xiàn)在有更長遠(yuǎn)的規(guī)劃和打算,像月球,甚至更遠(yuǎn)的星際空間,磁場感應(yīng)強(qiáng)度近乎為零。在這里可以對(duì)未來服役的宇航員進(jìn)行低磁場暴露下的健康評(píng)測,所以它的意義非常大。”
剛開始建造這個(gè)零磁空間時(shí),科研團(tuán)隊(duì)面對(duì)的幾乎是一個(gè)不可能完成的任務(wù)。地球磁場無處不在,相比較之下,外太空存在的極其微弱的磁場環(huán)境,僅為地球磁場的近百萬分之一。打造一個(gè)幾乎沒有任何磁場干擾的零磁環(huán)境,相當(dāng)于要在洶涌澎湃的大海中建造一座完全不受海浪影響的小島。
零磁空間開工建設(shè)后近五年時(shí)間里,為了讓裝置的數(shù)據(jù)準(zhǔn)一點(diǎn),再準(zhǔn)一點(diǎn),科研人員常常在每天凌晨做試驗(yàn),因?yàn)槟菚r(shí)候人類活動(dòng)較少、影響最小、數(shù)據(jù)最準(zhǔn)。
國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施空間環(huán)境地面模擬裝置常務(wù)副總指揮、常務(wù)副總師李立毅:“為了對(duì)比白天和晚上的不同,要做很多對(duì)比試驗(yàn)和測試,來監(jiān)測設(shè)計(jì)是不是能達(dá)到非常優(yōu)秀的狀態(tài)。我們也提出了一種新的從外到內(nèi)的建造工藝,確保一次下來這個(gè)測試就達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果。”
通過這種新的建造工藝,科研團(tuán)隊(duì)用7層特種電磁屏蔽材料層層包裹,形成一個(gè)“套娃式”的結(jié)構(gòu),將原本5萬納特的地球磁場感應(yīng)強(qiáng)度,穩(wěn)定控制在0.02納特左右。
李立毅:“我們設(shè)計(jì)的時(shí)候給施工單位的技術(shù)指標(biāo)是0.2納特,但自己心里要達(dá)到的指標(biāo)是0.02納特,給自己增加10倍的難度。你一定得有追求,做零磁裝置為什么不做到世界第一?”

月塵艙和零磁空間對(duì)月球表面環(huán)境的模擬只是這座 “地面空間站” 所能模擬的兩類宇宙極端環(huán)境。目前,這里可以模擬接近絕對(duì)零攝氏度的超低溫、宇宙真空、強(qiáng)電磁輻射等九大類空間環(huán)境,憑借這個(gè)全球規(guī)模最大、模擬因素最多、功能最全的空間環(huán)境效應(yīng)研究平臺(tái),中國科學(xué)家在世界上首次實(shí)現(xiàn)了“多因素耦合”的科學(xué)設(shè)想。
國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施空間環(huán)境地面模擬裝置空間生命科學(xué)系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師李亮:“我們這個(gè)裝置相較于以前的,包括一些國外的空間環(huán)境模擬裝置來說,最大的優(yōu)勢就是我們進(jìn)行了更多因素的耦合。這意味著能夠更加接近于空間里的真實(shí)環(huán)境。”
在真實(shí)的太空環(huán)境里,粉塵、磁場、溫度、輻射這些影響因素從來都不是單獨(dú)存在的,它們相互交織、共同作用在航天器和航天員身上。
“地面空間站”就是要解決這個(gè)“1+1等于幾”的問題。通過在地面精準(zhǔn)模擬各種空間環(huán)境因素,就好像把宇宙“搬”到了地球上。科學(xué)家可以一個(gè)因素一個(gè)因素地研究,再逐步疊加,最終揭示多因素耦合的真實(shí)效應(yīng),為航天器的高可靠與長壽命運(yùn)行和航天員長期太空駐留等提供關(guān)鍵研究支撐。2022年底,中國空間站已全面建成并進(jìn)入應(yīng)用與發(fā)展階段。可能有人會(huì)問,我們不是已經(jīng)有了天上的空間站嗎?為什么還要在地面再建一個(gè)“空間站”呢?
李亮:“我們在天上做實(shí)驗(yàn),一方面成本比較高,周期很長,不能今天想做,明天就發(fā)一個(gè)火箭去上天;另外一方面很多地面很精細(xì)的大型設(shè)備,沒法在天上去用。所以我們在地面建這個(gè)裝置支撐國家航天,或者其他重大科研方向的研究。”

建設(shè)“地面空間站”還有一個(gè)更深層的挑戰(zhàn),就是航天領(lǐng)域的國際競爭激烈,很多關(guān)鍵核心技術(shù)和設(shè)備,花錢也買不來,只能靠我們自立自強(qiáng)。
從2005年組建團(tuán)隊(duì)開展調(diào)研論證,到2024年順利通過國家驗(yàn)收,科研團(tuán)隊(duì)通過19年的持續(xù)攻關(guān),攻克了17項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。它的建成,不僅讓我國徹底告別了航天實(shí)驗(yàn)“靠天吃飯”的困境,更標(biāo)志著我國空間環(huán)境模擬實(shí)現(xiàn)了從跟跑到領(lǐng)跑的跨越。
這座“地面空間站”運(yùn)行兩年多來,推動(dòng)超過2000款國產(chǎn)宇航元器件完成地面驗(yàn)證,成功應(yīng)用于神舟飛船、“天宮”空間站、嫦娥六號(hào)等十多項(xiàng)國家重大航天工程。不止航天領(lǐng)域,科研團(tuán)隊(duì)還在新材料、新能源、醫(yī)療健康、農(nóng)業(yè)育種等領(lǐng)域也取得了一系列進(jìn)展。

把宇宙“搬”到地球,在地面破解太空難題。這座“地面空間站”用實(shí)實(shí)在在的成果,為中國航天七十年輝煌征程寫下生動(dòng)注腳。中國航天事業(yè)走過從無到有、從弱到強(qiáng)的七十年,一代代航天人接續(xù)奮斗,鑄就了一個(gè)又一個(gè)大國重器,走出了中國航天勇攀高峰的自主創(chuàng)新之路。
1970年4月24日,“東方紅一號(hào)”人造地球衛(wèi)星成功發(fā)射,開創(chuàng)了中國航天史的新紀(jì)元。
2003年10月15日,神舟五號(hào)飛船成功發(fā)射并返回,中國首次實(shí)現(xiàn)載人航天飛行。
2022年底,中國“天宮”空間站全面建成,實(shí)現(xiàn)載人航天工程“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)。
2026年2月11日,長征十號(hào)火箭與夢舟載人飛船等實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證,中國載人登月工程研制取得重要階段性突破。
仰望星空,腳踏實(shí)地。航天既是一個(gè)高科技的事業(yè),也是一個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)的事業(yè)。航天強(qiáng)國的建設(shè)需要更多航天科技的支撐。“地面空間站”的建設(shè)者們用近二十年的不懈努力,為中國航天事業(yè)筑起了一座堅(jiān)實(shí)的“地面堡壘”。未來,像“地面空間站”這樣的大國重器將繼續(xù)為載人登月、深空探測等國家重大航天任務(wù)提供堅(jiān)實(shí)的地面科研支撐,為人類探索宇宙奧秘貢獻(xiàn)更多的中國智慧與中國力量。



