導讀

　　9月17日13點(diǎn)34分，神舟十二號載人飛船返回艙在東風(fēng)著(zhù)陸場(chǎng)順利著(zhù)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(mǎn)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(shí)間的紀錄。

　　下一步，中國空間站還有怎樣的未來(lái)規劃？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用系統總指揮、中國科學(xué)院空間應用工程與技術(shù)中心主任高銘此前接受《國家科學(xué)評論》專(zhuān)訪(fǎng)進(jìn)行了詳細介紹。

高銘 （受訪(fǎng)者供圖）

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

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

　　從1994年開(kāi)始，高銘就服務(wù)于中國載人航天的應用系統，從神舟系列載人飛船到中國空間站建設，她幾乎參與了中國載人航天事業(yè)發(fā)展的全過(guò)程。在這次訪(fǎng)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(shí)踐

　　NSR：過(guò)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(jìn)行過(guò)幾千項實(shí)驗。主要是哪些實(shí)驗？取得了什么重要成果？

　　高銘：和平號空間站從開(kāi)始建造到最終墜毀，有15年的時(shí)間，根據官方的數據，有100多位航天員在和平號空間站工作過(guò)，總共進(jìn)行了1700多項實(shí)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(guān)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(kāi)展的實(shí)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(guān)測、地球觀(guān)測，以及新技術(shù)開(kāi)發(fā)驗證等等，迄今已開(kāi)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(zhuān)利，部分科技成果已經(jīng)在地面獲得了廣泛應用。

　　具體來(lái)講，國際空間站在生命體對微重力環(huán)境的響應機理、冷焰燃燒、玻色-愛(ài)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；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(jìn)展并獲得地面應用。國際空間站的研究及結果為我國空間站的科學(xué)研究規劃提供了很好的參考。

　　NSR：我想這些實(shí)驗至少可以在三個(gè)方面造福人類(lèi)：一是幫助我們理解基礎的物理學(xué)和宇宙學(xué)規律，二是通過(guò)生物醫學(xué)、材料學(xué)等研究提升人類(lèi)在地球上的生活質(zhì)量，三是為人類(lèi)未來(lái)走向深空而做一些知識和技術(shù)上的儲備。

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

　　空間科學(xué)探索要著(zhù)力研究宇宙起源與演化、物質(zhì)本質(zhì)規律等重大科學(xué)問(wèn)題，取得新的科學(xué)發(fā)現，這不僅會(huì )加深我們對世界的理解和認知，還會(huì )推動(dòng)相關(guān)技術(shù)進(jìn)步。例如冷焰燃燒的發(fā)現將有助于我們改進(jìn)燃油發(fā)動(dòng)機設計、降低污染物排放。

　　空間技術(shù)開(kāi)發(fā)的直接目標是增強太空探索活動(dòng)能力，與此同時(shí)，技術(shù)成果也可應用于地面，改善人類(lèi)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。

　　空間應用是開(kāi)展直接服務(wù)于地面應用的太空活動(dòng)。例如，空間對地觀(guān)測在全球氣候變化監測、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）的設計效果圖 （供圖：中國科學(xué)院空間應用工程與技術(shù)中心）

　　中國空間站的科學(xué)理想

　　NSR：中國空間站規劃了哪些科學(xué)研究？

　　高銘：在我們的整體規劃中，在空間站的艙內會(huì )有超過(guò)20個(gè)實(shí)驗柜；在三個(gè)艙段的外側，會(huì )有3個(gè)大型載荷掛點(diǎn)和2個(gè)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(huì )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(shí)候，它會(huì )?？吭诳臻g站上，由航天員進(jìn)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)與應用等4個(gè)重要領(lǐng)域制定了系統的、長(cháng)期的規劃，將研制一大批科學(xué)研究設施，支持在軌開(kāi)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(cháng)發(fā)育與繁衍規律及人類(lèi)太空長(cháng)期生存面臨的健康保障問(wèn)題，并利用空間特殊環(huán)境發(fā)展創(chuàng )新的藥物和醫療技術(shù)。

　　微重力物理科學(xué)主要研究物質(zhì)運動(dòng)的本質(zhì)規律，建立空間高精度時(shí)間頻率系統，進(jìn)行廣義相對論高精度檢驗、全球重力位測量等研究；實(shí)現100 pK超低溫玻色-愛(ài)因斯坦凝聚（BEC），開(kāi)展極端條件下超冷原子物理、低溫量子相變等基礎前沿實(shí)驗；開(kāi)展多相流與相變傳熱、基礎燃燒特性與機理、新材料空間制備等研究及應用。

　　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施等天文觀(guān)測設施，開(kāi)展長(cháng)期深入的天文觀(guān)測研究，研究暗物質(zhì)與暗能量、宇宙線(xiàn)起源、宇宙形成與早期演化等重大問(wèn)題；著(zhù)眼全球氣候變化等關(guān)系人類(lèi)社會(huì )可持續發(fā)展，發(fā)展對地觀(guān)測新技術(shù)和新體制。

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

　　NSR：這些項目是如何規劃、確定的？是自頂向下的設計，還是自底向上的征集？

　　高銘：空間應用項目的規劃采取了自頂向下和自底向上相結合的方式。我們首先建立了各個(gè)領(lǐng)域的專(zhuān)家組，通過(guò)專(zhuān)家組提議、研討和設計提出頂層規劃，再按照頂層規劃廣泛征集項目建議。

　　這些項目建議通過(guò)科學(xué)評估后，通過(guò)整合、凝練、提升，形成一系列研究計劃。然后進(jìn)行工程可實(shí)現性論證，通過(guò)反復討論與迭代，形成空間站應用任務(wù)總體規劃和工程實(shí)施方案。

　　空間站應用項目采取滾動(dòng)征集、遴選和實(shí)施的機制。每?jì)芍寥臧凑找巹澾M(jìn)行一次項目征集，通過(guò)遴選的項目進(jìn)入項目池，根據工程可實(shí)現性分別進(jìn)入預先研究和工程立項階段。通過(guò)預先研究，培育項目的實(shí)驗方案和實(shí)驗技術(shù)、優(yōu)選實(shí)驗樣品，確保高質(zhì)量項目在軌實(shí)施。

　　NSR：我國正在建設一個(gè)面向空間站的地面實(shí)驗基地，可以進(jìn)行您所說(shuō)的項目前期培育。這個(gè)基地的建設情況如何？

　　高銘：這個(gè)地面實(shí)驗基地位于懷柔科學(xué)城，目前已經(jīng)基本建設完成，預計在年底投入使用?？臻g站地面實(shí)驗基地非常重要，不僅可以開(kāi)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(kāi)展大量的地面實(shí)驗來(lái)驗證實(shí)驗方案在空間中是否可行。地面實(shí)驗基地通過(guò)提供與空間站環(huán)境類(lèi)似的實(shí)驗條件，使科學(xué)家們能夠驗證實(shí)驗方法，確保未來(lái)的空間實(shí)驗能夠順利開(kāi)展。在空間實(shí)驗進(jìn)行過(guò)程中，實(shí)驗基地可支持開(kāi)展天地比對實(shí)驗。在空間實(shí)驗之后，實(shí)驗基地可支持開(kāi)展后續研究，以獲得研究成果。

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

　　NSR：“問(wèn)天”和“夢(mèng)天”這兩個(gè)實(shí)驗艙的建造進(jìn)度如何？

　　高銘：我們計劃在明年6月底前發(fā)射實(shí)驗艙I“問(wèn)天”，9月底前發(fā)射實(shí)驗艙II“夢(mèng)天”，屆時(shí)，空間站組合體將建造完成。未來(lái)如果有需要，也可在這個(gè)基礎上進(jìn)行適當擴展。

　　NSR：首批三位航天員已經(jīng)進(jìn)入“天和”核心艙一個(gè)多月了，他們開(kāi)始參與實(shí)驗工作了嗎？

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

　　NSR：之后會(huì )有科學(xué)家進(jìn)入空間站工作嗎？

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

　　首批三位航天員在科學(xué)實(shí)驗方面可以進(jìn)行一些人機協(xié)同的操作，包括我們之前說(shuō)的更換樣品、實(shí)驗操作等。此外，他們還會(huì )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(kāi)展艙外操作，包括艙外設備安裝與維護、巡天望遠鏡的維護等。

　　而載荷專(zhuān)家的工作主要就是科學(xué)研究，他們有空間實(shí)驗相關(guān)的科學(xué)背景，可以根據空間實(shí)驗條件和實(shí)驗結果來(lái)靈活地調整實(shí)驗設計，在空間站中更好地掌握實(shí)驗進(jìn)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(zhuān)家，正在航天員中心接受訓練，會(huì )在空間站進(jìn)入運營(yíng)階段之后陸續開(kāi)始工作。

　　國際合作與未來(lái)規劃

　　NSR：我國空間站會(huì )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(zhù)對外開(kāi)放、合作共贏(yíng)的基本原則，愿意和其他國家進(jìn)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進(jìn)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(cháng)期的合作關(guān)系。

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

　　現在的中國空間站項目中，我們和歐空局有10個(gè)合作項目正在進(jìn)行，中歐科學(xué)家會(huì )利用雙方的空間資源共同進(jìn)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用設施和資源條件，并向全世界科學(xué)家征集科研項目。我們收到了來(lái)自27個(gè)國家的42份項目申請，從中遴選出了第一批共9個(gè)國際合作項目，目前均已簽署了合作協(xié)議。未來(lái)，與國內的項目征集類(lèi)似，我們也會(huì )每?jì)傻饺隄L動(dòng)式地向國際征集新項目建議。

　　NSR：中國載人航天后續有哪些計劃？

　　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(shí)，我們正在持續開(kāi)展載人月球探測方案的深化論證，相關(guān)研究工作正穩步推進(jìn)，不遠的將來(lái)將會(huì )實(shí)現載人登月，長(cháng)遠的目標是建立月球基地。當然，在更加遙遠的未來(lái)，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(lái)發(fā)展，您有什么建議？

　　高銘：從上個(gè)世紀90年代開(kāi)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(lái)我們要更加注重科學(xué)問(wèn)題導向，工程實(shí)現的過(guò)程要更加符合科學(xué)規律，以更好地獲取科學(xué)成果?？臻g站已經(jīng)到了應用的階段，空間科學(xué)研究的價(jià)值和引領(lǐng)作用也會(huì )越來(lái)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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