2023年8月18日下午，載人航天工程空間應(yīng)用與發(fā)展情況介紹會(huì)在中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心召開，集中介紹載人航天工程立項(xiàng)實(shí)施以來特別是空間站建造期間空間科學(xué)、空間應(yīng)用、空間技術(shù)領(lǐng)域取得的進(jìn)展成果，以及未來發(fā)展前景。會(huì)上，空間應(yīng)用系統(tǒng)副總指揮王強(qiáng)介紹了空間科學(xué)研究與應(yīng)用領(lǐng)域的有關(guān)情況。
(相關(guān)資料圖)
“造船為建站、建站為應(yīng)用”，載人航天工程立項(xiàng)伊始，專門建立了空間應(yīng)用系統(tǒng)，由中國科學(xué)院牽頭負(fù)責(zé)，主要利用載人飛行器開展空間科學(xué)與應(yīng)用領(lǐng)域的前沿任務(wù)。
在載人航天工程第一步和第二步任務(wù)中，從無到有，建成了空間科學(xué)與應(yīng)用研究研制體系，組織了國內(nèi)外眾多科研單位在對(duì)地觀測、空間科學(xué)、應(yīng)用新技術(shù)等領(lǐng)域，開展了60余項(xiàng)空間科學(xué)和應(yīng)用研究任務(wù)，攻克500余項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，全新研制了600余臺(tái)套有效載荷，圓滿完成了歷次飛行試驗(yàn)任務(wù)，取得了一批國際水準(zhǔn)和國內(nèi)開創(chuàng)性成果，推動(dòng)我國空間科學(xué)與應(yīng)用水平整體躍升，相關(guān)成果在應(yīng)用衛(wèi)星型號(hào)實(shí)現(xiàn)了推廣應(yīng)用，產(chǎn)生了突出的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，彰顯了載人航天應(yīng)用的前瞻引領(lǐng)作用。具體來說：
01 在對(duì)地觀測領(lǐng)域
攻關(guān)研制的中分辨率成像光譜儀、多模態(tài)微波遙感器、超光譜成像儀、多角度寬譜段成像儀、三維成像微波高度計(jì)等一系列對(duì)地觀測及地球科學(xué)研究儀器，采用全新技術(shù)體制、技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，突破了一大批核心關(guān)鍵技術(shù)，率先實(shí)現(xiàn)了在軌驗(yàn)證，并在國土資源調(diào)查、海洋應(yīng)用、林業(yè)應(yīng)用、城市環(huán)境監(jiān)測、水文生態(tài)監(jiān)測和應(yīng)急災(zāi)害監(jiān)測等方面開展了試應(yīng)用，跨越了一個(gè)又一個(gè)的里程碑，相關(guān)技術(shù)成果迅速在風(fēng)云、氣象、海洋等業(yè)務(wù)衛(wèi)星上進(jìn)行了轉(zhuǎn)化應(yīng)用，取得了突出效益。
02 在微重力基礎(chǔ)物理領(lǐng)域
研制了國際上首臺(tái)，也是截至目前國際上唯一一臺(tái)在軌運(yùn)行的冷原子鐘，實(shí)現(xiàn)頻率穩(wěn)定度7.2E-16(3000萬年誤差小于1秒），成功搶占國際空間時(shí)頻基準(zhǔn)研究的制高點(diǎn)。
03在空間天文觀測領(lǐng)域
伽馬暴偏振探測獲得重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)，開辟了伽馬射線偏振探測新窗口，同時(shí)在國內(nèi)首次利用觀測到的蟹狀星云（Crab）脈沖星的脈沖信號(hào)進(jìn)行定軌研究，推動(dòng)了脈沖星觀測和導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展。
04 在空間生命科學(xué)領(lǐng)域
在我國首次完成了高等植物“從種子到種子”的空間長周期培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)了植物生長調(diào)控，為未來人類長期太空生活的生態(tài)系統(tǒng)建立及地面高品質(zhì)育種提供了有力手段；國際上首次在空間實(shí)現(xiàn)了人類胚胎干細(xì)胞體外分化為原始生殖細(xì)胞并存活33天，對(duì)于未來人類空間生殖及健康提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
05 在空間材料科學(xué)領(lǐng)域
開展了半導(dǎo)體光電子材料、金屬合金、納米及復(fù)合材料等數(shù)十種新型材料的空間制備實(shí)驗(yàn)研究，獲得了高質(zhì)量的材料樣品，發(fā)現(xiàn)了一批新的材料生長現(xiàn)象，提高了對(duì)于相關(guān)科學(xué)規(guī)律的認(rèn)知，研究成果對(duì)于地面材料加工工藝的改進(jìn)與發(fā)展具有重要指導(dǎo)意義，并已在國民經(jīng)濟(jì)當(dāng)中實(shí)現(xiàn)了成功應(yīng)用。
06 在應(yīng)用新技術(shù)領(lǐng)域
首次在空間飛行器上在軌二次釋放微小衛(wèi)星并實(shí)現(xiàn)了對(duì)非合作目標(biāo)的近距離成像觀測、精確繞飛或飛越觀測，為航天器編隊(duì)飛行奠定技術(shù)基礎(chǔ)。非牛頓引力實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證項(xiàng)目高水平驗(yàn)證了空間高精度靜電懸浮加速度計(jì)，對(duì)我國相關(guān)空間計(jì)劃在弱力測量和慣性參考方面具有重要支撐作用。
在載人空間站任務(wù)中，空間應(yīng)用系統(tǒng)瞄準(zhǔn)世界科技前沿及國家重大需求，前瞻規(guī)劃、攻關(guān)研制和在軌部署了近30個(gè)國際一流的科學(xué)研究與技術(shù)試驗(yàn)設(shè)施，正在抓緊研制旗艦級(jí)的巡天空間望遠(yuǎn)鏡。其中，高精度時(shí)頻系統(tǒng)、高微重力實(shí)驗(yàn)柜等設(shè)施為國際首創(chuàng)，超冷原子物理實(shí)驗(yàn)柜、生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜、無容器材料實(shí)驗(yàn)柜、燃燒科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜等實(shí)驗(yàn)設(shè)施達(dá)到國際領(lǐng)先或先進(jìn)水平。這些設(shè)施上配備了多種先進(jìn)的精密檢測、實(shí)驗(yàn)支持儀器，如材料實(shí)驗(yàn)X射線實(shí)時(shí)診斷、流體實(shí)驗(yàn)的數(shù)字全息、燃燒實(shí)驗(yàn)的弱光ICCD檢測、超冷原子的兩級(jí)交叉光阱冷卻，生物實(shí)驗(yàn)的微通道 PCR 芯片擴(kuò)增、人機(jī)協(xié)同高精度微操作器等。這些設(shè)施體系架構(gòu)開放，可通過擴(kuò)展升級(jí)長期保持高水平穩(wěn)定運(yùn)行，有力支撐空間站成為我國當(dāng)前覆蓋學(xué)科領(lǐng)域最全、在軌支持能力最強(qiáng)，且兼?zhèn)溆腥藚⑴c和上下行運(yùn)輸?shù)泉?dú)特優(yōu)勢的“國家太空實(shí)驗(yàn)室”。
空間應(yīng)用系統(tǒng)還在地面建成了實(shí)物鏡像系統(tǒng)、數(shù)字鏡像系統(tǒng)及空-地“云”計(jì)算平臺(tái)，創(chuàng)新發(fā)展了人機(jī)融合、數(shù)字伴飛的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，形成了“端到端”低延時(shí)遙科學(xué)實(shí)驗(yàn)和海量科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)能力；建成了全壽命周期載荷研制支持平臺(tái)、電磁彈射微重力實(shí)驗(yàn)設(shè)施和太空實(shí)驗(yàn)室地面實(shí)驗(yàn)基地，為載荷設(shè)計(jì)、總裝、集成測試等研制工作，以及科學(xué)項(xiàng)目遴選與培育、地基研究和匹配實(shí)驗(yàn)等，形成了實(shí)驗(yàn)載荷/樣品全壽命周期研制試驗(yàn)支持能力。通過以上設(shè)施/平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了天地高效協(xié)同，大幅提升了在軌實(shí)驗(yàn)效率，形成了集約高效開展大規(guī)?？臻g科學(xué)實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用能力。
空間站作為我國最重要的綜合性近地空間研究基地，努力爭取在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域進(jìn)入國際前沿，在應(yīng)用基礎(chǔ)和新技術(shù)方面解決國家重大需求，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供高質(zhì)量科技供給。當(dāng)前，空間站科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)施基本完成在軌測試，在軌運(yùn)行穩(wěn)定可靠，具備了大規(guī)模開展空間科學(xué)研究的能力。截至目前，已開展了60余項(xiàng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、上萬次在軌實(shí)驗(yàn)，獲得了原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)近60TB。目前，科學(xué)家正在開展實(shí)驗(yàn)樣品的地面研究，部分領(lǐng)域已取得階段性成果，以下對(duì)兩個(gè)典型領(lǐng)域展開介紹。
01 在空間生命科學(xué)方面
在空間首次實(shí)現(xiàn)人類胚胎干細(xì)胞誘導(dǎo)分化為精原細(xì)胞以及卵泡樣細(xì)胞，系統(tǒng)解答空間微重力環(huán)境對(duì)干細(xì)胞譜系分化的影響，并開發(fā)了多類生殖細(xì)胞體外分化的體系及裝置，有望推進(jìn)輔助生殖治療不孕不育的技術(shù)革新；研究揭示了骨骼肌細(xì)胞的重力感應(yīng)分子機(jī)制，明確靶向自噬或靶向特定微小RNA抵抗肌肉萎縮的可行性，為肌肉萎縮的治療提供了新思路和新手段。
02在空間材料科學(xué)方面
發(fā)現(xiàn)了鈮硅合金的快速共晶生長動(dòng)力機(jī)理，為研制下一代高性能航發(fā)用鈮合金材料奠定了技術(shù)基礎(chǔ)；實(shí)現(xiàn)了硒化銦材料的空間制備，發(fā)現(xiàn)了鉍（Bi）摻雜硒化銦（InSe）材料性能優(yōu)異、遷移率是超薄硅材料的15倍，且具有穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)，其開發(fā)應(yīng)用將有望推動(dòng)場效應(yīng)管的升級(jí)換代，獲取顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
隨著空間站建成，載人航天工程進(jìn)入應(yīng)用與發(fā)展階段，為進(jìn)一步加大空間站應(yīng)用力度，空間應(yīng)用系統(tǒng)面向全國科研機(jī)構(gòu)、高等院校、產(chǎn)業(yè)用戶等，廣泛征集了空間站科學(xué)、技術(shù)與應(yīng)用需求，組織了近百名院士、近千位國內(nèi)外一流科學(xué)家進(jìn)行了深入研究和論證，形成了系統(tǒng)性、體系化的空間站應(yīng)用與發(fā)展工程應(yīng)用任務(wù)規(guī)劃，主要包括空間生命科學(xué)及人體研究、微重力物理科學(xué)、空間天文與地球科學(xué)、空間新技術(shù)及應(yīng)用等4大領(lǐng)域、30余個(gè)研究主題，將實(shí)施60余項(xiàng)研究計(jì)劃、上千項(xiàng)研究項(xiàng)目。
今年6月，載人航天辦公室面向全國發(fā)布了《空間站應(yīng)用與發(fā)展工程空間科學(xué)與應(yīng)用項(xiàng)目征集公告》，空間應(yīng)用系統(tǒng)在北京、上海、武漢、西安、廣州等地開展了項(xiàng)目征集宣講活動(dòng)，引起國內(nèi)外科學(xué)家的高度關(guān)注，目前已征集到一大批項(xiàng)目建議，為空間站應(yīng)用項(xiàng)目的滾動(dòng)實(shí)施奠定了基礎(chǔ)，預(yù)期將在科學(xué)、技術(shù)和應(yīng)用方面產(chǎn)出重大成果和效益。
如在科學(xué)前沿探索方面，預(yù)期將在超低溫量子物態(tài)、軟物質(zhì)非平衡動(dòng)力學(xué)、生命起源的分子機(jī)制、多波段巡天及宇宙學(xué)、天體極端物理過程等前沿科學(xué)研究取得具有國際影響的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)，為人類知識(shí)寶庫貢獻(xiàn)新內(nèi)容；在技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用方面，將在干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)、合成生物制造、生物納米藥物開發(fā)等生物技術(shù)取得重要突破，服務(wù)于改善人民生命健康；研究制備高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片材料、紅外探測器材料、高端制造用高熵合金等國家急需的先進(jìn)材料，助力解決國家卡脖子材料問題；發(fā)展新一代信息技術(shù)、超低溫量子精密測量、高精度時(shí)頻系統(tǒng)技術(shù)等并推廣應(yīng)用，獲取顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
空間站的建設(shè)運(yùn)營為推進(jìn)我國空間科學(xué)和應(yīng)用發(fā)展提供了重大歷史機(jī)遇，空間應(yīng)用系統(tǒng)將按照國家太空實(shí)驗(yàn)室的總體目標(biāo)，堅(jiān)持“四個(gè)面向”，持續(xù)論證優(yōu)選具備重大科技價(jià)值、重大戰(zhàn)略應(yīng)用潛力的高水平項(xiàng)目，持續(xù)產(chǎn)出重大科技成果，為“加快建設(shè)科技強(qiáng)國、實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)”做出更大貢獻(xiàn)。
拍攝/吳馥桐
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