導(dǎo)讀

　　9月17日13點34分，神舟十二號載人飛船返回艙在東風著陸場順利著陸。航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波狀態(tài)良好，我國空間站階段首次載人飛行任務(wù)取得圓滿成功。

　　從6月17日升空至今，神舟十二號航天員乘組已在空間站組合體工作生活了 90 天，刷新了中國航天員單次飛行任務(wù)太空駐留時間的紀錄。

　　下一步，中國空間站還有怎樣的未來規(guī)劃？就中國空間站的科學(xué)目標、計劃與愿景，中國載人航天工程空間應(yīng)用系統(tǒng)總指揮、中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心主任高銘此前接受《國家科學(xué)評論》專訪進行了詳細介紹。

高銘 （受訪者供圖）

　　2021年7月23日，《國家科學(xué)評論》（National Science Review， NSR）采訪了中國載人航天工程空間應(yīng)用系統(tǒng)總指揮、中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心主任、國際宇航科學(xué)院院士高銘。

　　“空間應(yīng)用系統(tǒng)”負責中國空間站工程中的“科學(xué)”部分，是空間站中科學(xué)研究項目的主要規(guī)劃和組織者。

　　從1994年開始，高銘就服務(wù)于中國載人航天的應(yīng)用系統(tǒng)，從神舟系列載人飛船到中國空間站建設(shè)，她幾乎參與了中國載人航天事業(yè)發(fā)展的全過程。在這次訪談中，她對中國空間站的科學(xué)目標、計劃與愿景做了全方位的介紹與展望。

　　前人經(jīng)驗：和平號與國際空間站的科研實踐

　　NSR：過去幾十年中，各國科學(xué)家在和平號空間站、國際空間站上進行過幾千項實驗。主要是哪些實驗？取得了什么重要成果？

　　高銘：和平號空間站從開始建造到最終墜毀，有15年的時間，根據(jù)官方的數(shù)據(jù)，有100多位航天員在和平號空間站工作過，總共進行了1700多項實驗。

　　蘇聯(lián)利用和平號空間站在人體與生命科學(xué)研究、材料科學(xué)、地球觀測等方面做了很多工作，在生物制藥、新材料制備、礦產(chǎn)資源探測等方面也取得了一些重要成果。

　　國際空間站上開展的實驗更多，覆蓋學(xué)科領(lǐng)域更廣，包括人體研究與生命科學(xué)研究、微重力物理科學(xué)、天文觀測、地球觀測，以及新技術(shù)開發(fā)驗證等等，迄今已開展了3600多項研究，發(fā)表了3000多篇高水平論文并申請了大批專利，部分科技成果已經(jīng)在地面獲得了廣泛應(yīng)用。

　　具體來講，國際空間站在生命體對微重力環(huán)境的響應(yīng)機理、冷焰燃燒、玻色-愛因斯坦凝聚、暗物質(zhì)探測等方面取得了一些重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)；在太空3D打印、空間機器人、天地激光通信等空間技術(shù)方面取得了重要突破；在靶向藥物和骨質(zhì)疏松等藥物研發(fā)、合成肌肉等新材料制備、地球二氧化碳含量測量等方面取得了重要進展并獲得地面應(yīng)用。國際空間站的研究及結(jié)果為我國空間站的科學(xué)研究規(guī)劃提供了很好的參考。

　　NSR：我想這些實驗至少可以在三個方面造福人類：一是幫助我們理解基礎(chǔ)的物理學(xué)和宇宙學(xué)規(guī)律，二是通過生物醫(yī)學(xué)、材料學(xué)等研究提升人類在地球上的生活質(zhì)量，三是為人類未來走向深空而做一些知識和技術(shù)上的儲備。

　　高銘：太空活動包括空間科學(xué)探索、空間技術(shù)開發(fā)和空間應(yīng)用三個方面，而科學(xué)、技術(shù)和應(yīng)用這三個方面是緊密聯(lián)系、相輔相成的。

　　空間科學(xué)探索要著力研究宇宙起源與演化、物質(zhì)本質(zhì)規(guī)律等重大科學(xué)問題，取得新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，這不僅會加深我們對世界的理解和認知，還會推動相關(guān)技術(shù)進步。例如冷焰燃燒的發(fā)現(xiàn)將有助于我們改進燃油發(fā)動機設(shè)計、降低污染物排放。

　　空間技術(shù)開發(fā)的直接目標是增強太空探索活動能力，與此同時，技術(shù)成果也可應(yīng)用于地面，改善人類的生活質(zhì)量。例如，天地激光通信技術(shù)可以為建立全球高速通信網(wǎng)奠定基礎(chǔ)。

　　空間應(yīng)用是開展直接服務(wù)于地面應(yīng)用的太空活動。例如，空間對地觀測在全球氣候變化監(jiān)測、海洋和陸地環(huán)境保護等方面發(fā)揮了重要作用。

中國空間站（CSS）與中國空間站工程巡天望遠鏡（CSST）的設(shè)計效果圖 （供圖：中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心）

　　中國空間站的科學(xué)理想

　　NSR：中國空間站規(guī)劃了哪些科學(xué)研究？

　　高銘：在我們的整體規(guī)劃中，在空間站的艙內(nèi)會有超過20個實驗柜；在三個艙段的外側(cè)，會有3個大型載荷掛點和2個艙外暴露平臺；此外，中國空間站工程巡天望遠鏡（CSST）將于2024年發(fā)射升空，它會與空間站保持一定的距離，共軌獨立飛行，但是每隔兩到三年，或者在需要的時候，它會?？吭诳臻g站上，由航天員進行維護和升級。

　　我國空間站在空間生命科學(xué)與人體研究、微重力物理科學(xué)、空間天文與地球科學(xué)，以及空間新技術(shù)與應(yīng)用等4個重要領(lǐng)域制定了系統(tǒng)的、長期的規(guī)劃，將研制一大批科學(xué)研究設(shè)施，支持在軌開展1000余項研究項目。

　　空間生命科學(xué)與人體研究要深入研究空間環(huán)境各因素對生命體細胞、組織、器官等各層次的影響與作用機理，探索認知生命體太空生長發(fā)育與繁衍規(guī)律及人類太空長期生存面臨的健康保障問題，并利用空間特殊環(huán)境發(fā)展創(chuàng)新的藥物和醫(yī)療技術(shù)。

　　微重力物理科學(xué)主要研究物質(zhì)運動的本質(zhì)規(guī)律，建立空間高精度時間頻率系統(tǒng)，進行廣義相對論高精度檢驗、全球重力位測量等研究；實現(xiàn)100 pK超低溫玻色-愛因斯坦凝聚（BEC），開展極端條件下超冷原子物理、低溫量子相變等基礎(chǔ)前沿實驗；開展多相流與相變傳熱、基礎(chǔ)燃燒特性與機理、新材料空間制備等研究及應(yīng)用。

　　天文與地球科學(xué)領(lǐng)域利用巡天光學(xué)望遠鏡、高能宇宙輻射探測設(shè)施等天文觀測設(shè)施，開展長期深入的天文觀測研究，研究暗物質(zhì)與暗能量、宇宙線起源、宇宙形成與早期演化等重大問題；著眼全球氣候變化等關(guān)系人類社會可持續(xù)發(fā)展，發(fā)展對地觀測新技術(shù)和新體制。

　　空間新技術(shù)與應(yīng)用領(lǐng)域要發(fā)展在軌制造與建造、空間機器人與自主系統(tǒng)、空間信息及精密測量等空間新技術(shù)，提升人類探索、開發(fā)與利用太空的能力。

　　NSR：這些項目是如何規(guī)劃、確定的？是自頂向下的設(shè)計，還是自底向上的征集？

　　高銘：空間應(yīng)用項目的規(guī)劃采取了自頂向下和自底向上相結(jié)合的方式。我們首先建立了各個領(lǐng)域的專家組，通過專家組提議、研討和設(shè)計提出頂層規(guī)劃，再按照頂層規(guī)劃廣泛征集項目建議。

　　這些項目建議通過科學(xué)評估后，通過整合、凝練、提升，形成一系列研究計劃。然后進行工程可實現(xiàn)性論證，通過反復(fù)討論與迭代，形成空間站應(yīng)用任務(wù)總體規(guī)劃和工程實施方案。

　　空間站應(yīng)用項目采取滾動征集、遴選和實施的機制。每兩至三年按照規(guī)劃進行一次項目征集，通過遴選的項目進入項目池，根據(jù)工程可實現(xiàn)性分別進入預(yù)先研究和工程立項階段。通過預(yù)先研究，培育項目的實驗方案和實驗技術(shù)、優(yōu)選實驗樣品，確保高質(zhì)量項目在軌實施。

　　NSR：我國正在建設(shè)一個面向空間站的地面實驗基地，可以進行您所說的項目前期培育。這個基地的建設(shè)情況如何？

　　高銘：這個地面實驗基地位于懷柔科學(xué)城，目前已經(jīng)基本建設(shè)完成，預(yù)計在年底投入使用?？臻g站地面實驗基地非常重要，不僅可以開展前期的項目培育，在空間研究的前、中、后期都可發(fā)揮重要作用。

　　在項目上天之前，需要開展大量的地面實驗來驗證實驗方案在空間中是否可行。地面實驗基地通過提供與空間站環(huán)境類似的實驗條件，使科學(xué)家們能夠驗證實驗方法，確保未來的空間實驗?zāi)軌蝽樌_展。在空間實驗進行過程中，實驗基地可支持開展天地比對實驗。在空間實驗之后，實驗基地可支持開展后續(xù)研究，以獲得研究成果。

　　空間站和地面實驗基地將形成一個天地協(xié)同的開放系統(tǒng)，為空間科學(xué)研究提供最好的實驗條件。

　　NSR：“問天”和“夢天”這兩個實驗艙的建造進度如何？

　　高銘：我們計劃在明年6月底前發(fā)射實驗艙I“問天”，9月底前發(fā)射實驗艙II“夢天”，屆時，空間站組合體將建造完成。未來如果有需要，也可在這個基礎(chǔ)上進行適當擴展。

　　NSR：首批三位航天員已經(jīng)進入“天和”核心艙一個多月了，他們開始參與實驗工作了嗎？

　　高銘：首批航天員已經(jīng)輔助開展了一些測試試驗，例如高微重力實驗柜實驗裝置的測試。我們在核心艙中安排了無容器材料科學(xué)實驗柜和高微重力實驗柜，未來航天員還將參與無容器材料科學(xué)實驗的樣品更換，以及高微重力實驗項目的更多科學(xué)實驗。

　　NSR：之后會有科學(xué)家進入空間站工作嗎？

　　高銘：會的。在空間站中的航天員主要有三類，一類是航天駕駛員，一類是航天飛行工程師，還有一類是有科學(xué)研究背景的載荷專家。

　　首批三位航天員在科學(xué)實驗方面可以進行一些人機協(xié)同的操作，包括我們之前說的更換樣品、實驗操作等。此外，他們還會作為工程師，承擔一部分儀器維護、維修的工作。而且，他們還需要開展艙外操作，包括艙外設(shè)備安裝與維護、巡天望遠鏡的維護等。

　　而載荷專家的工作主要就是科學(xué)研究，他們有空間實驗相關(guān)的科學(xué)背景，可以根據(jù)空間實驗條件和實驗結(jié)果來靈活地調(diào)整實驗設(shè)計，在空間站中更好地掌握實驗進程。我國目前已經(jīng)選拔了4位具有不同學(xué)科背景的載荷專家，正在航天員中心接受訓(xùn)練，會在空間站進入運營階段之后陸續(xù)開始工作。

　　國際合作與未來規(guī)劃

　　NSR：我國空間站會接收外國的航天員嗎？

　　高銘：原則上是可以的。我國的載人航天一直都保持著對外開放、合作共贏的基本原則，愿意和其他國家進行合作。目前，已經(jīng)有一些國家表達了這方面的需求，希望能在我們的空間站上繼續(xù)進行空間科學(xué)研究。

　　NSR：中國空間站的國際合作情況如何？

　　高銘：我國的航天領(lǐng)域和歐空局、德宇航、意大利空間局等都有長期的合作關(guān)系。

　　之前在神舟八號飛船上，我們和德宇航進行了一次非常成功的合作，兩國的科學(xué)家共同使用一個生物培養(yǎng)箱，進行了6項德方的實驗、10項中方的實驗，以及1項雙方合作的研究。

　　現(xiàn)在的中國空間站項目中，我們和歐空局有10個合作項目正在進行，中歐科學(xué)家會利用雙方的空間資源共同進行合作項目的空間研究。

　　2018年，我們和聯(lián)合國外空司合作，公布了我國空間站的應(yīng)用設(shè)施和資源條件，并向全世界科學(xué)家征集科研項目。我們收到了來自27個國家的42份項目申請，從中遴選出了第一批共9個國際合作項目，目前均已簽署了合作協(xié)議。未來，與國內(nèi)的項目征集類似，我們也會每兩到三年滾動式地向國際征集新項目建議。

　　NSR：中國載人航天后續(xù)有哪些計劃？

　　高銘：首先，我國空間站將運行十年以上，可以工作到2035年左右。與此同時，我們正在持續(xù)開展載人月球探測方案的深化論證，相關(guān)研究工作正穩(wěn)步推進，不遠的將來將會實現(xiàn)載人登月，長遠的目標是建立月球基地。當然，在更加遙遠的未來，我們也希望能將載人空間探測推向更加遙遠的深空。

　　NSR：對于中國載人航天的未來發(fā)展，您有什么建議？

　　高銘：從上個世紀90年代開始，中國的載人航天工程已經(jīng)有將近30年的發(fā)展歷程。在這期間，我們形成了一套非常完整的工程組織管理和技術(shù)質(zhì)量管理體系。

　　我認為在未來我們要更加注重科學(xué)問題導(dǎo)向，工程實現(xiàn)的過程要更加符合科學(xué)規(guī)律，以更好地獲取科學(xué)成果。空間站已經(jīng)到了應(yīng)用的階段，空間科學(xué)研究的價值和引領(lǐng)作用也會越來越得到重視。

　　本文是《國家科學(xué)評論》（National Science Review， NSR）Interview文章“Scientific Aspiration of the Chinese Space Station Program： an Interview with Ming Gao”的中文版本。原文：https：//doi.org/10.1093/nsr/nwab161

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