中国骄傲丨把空间站搬到地球！中国航天首个“地面空间站”试运行

【导语】从神舟五号一飞冲天到中国空间站遨游苍穹，如今，已经有十艘载人飞船、16名中国航天员造访太空。如何更好保障航天员在舱外工作时的生命安全？如何提升航天器的使用寿命？能不能在地球上建造“空间站”来模拟太空环境呢？

在中国最北的黑龙江省有一个“地面空间站”——空间环境地面模拟装置，可以综合模拟多类空间环境因素。目前装置主体建设已经完成，正在进行联合调试试运行工作，可以预见的是，曾经许多需要抵达太空才能进行的实验，未来在这里就可以完成。这标志着我国航天领域又新增一个大国重器，这对于我国航天事业和空间科学探测能力发展有着不可言喻的推动作用。

将空间站“搬”到地球上

大约五十个足球场大小的园区内，分布着“一大三小”四栋实验楼，“一大”即空间综合环境实验楼，“三小”即空间等离子体科学实验楼、空间磁环境科学实验楼、动物培养室。这就是位于哈尔滨新区的“空间环境地面模拟装置”，也被称为“地面空间站”，由哈尔滨工业大学和中国航天科技集团联合建造，是我国航天领域首个大科学装置。

空间环境地面模拟装置建设园区。（图源：哈尔滨工业大学）

“目前，空间环境地面模拟装置主体建设已经完成，正在开展联合调试试运行工作。部分装置已经在为用户提供科研服务。预计今年底整体工程完成验收。”哈尔滨工业大学空间环境地面模拟装置常务副总指挥、常务副总师、空间环境与物质科学研究院院长李立毅介绍。

“空间环境地面模拟装置，就是要在地球上建设一个与真实宇宙空间环境相似的‘地面空间站’，相当于把空间站‘搬’到地球上。”李立毅表示，“未来，许多需要抵达太空才能进行的实验，在这里就可以完成。届时，科学家们开展空间实验将不再‘难于登天’。未来，航天员们还可以在这里体验和适应月球、火星等星球的表面环境。”

模拟九类空间环境因素

在这个超级空间环境模拟实验室中，可以综合模拟九类空间环境因素，如专用空间辐照和辐射耦合效应实验条件，航天材料多因素空间环境影响实验条件，多因素空间生命科学实验条件等，可以创造弱磁、高低温、原子氧、真空等空间或行星表面环境。主要设施包括模拟空间辐射粒子的加速器、月尘舱、火星尘舱等。这些特殊的空间环境模拟设施建成后，将在此建设模拟月球、火星表面环境等。

月表环境模拟系统。（图源：人民日报）

·空间综合环境模拟与研究系统

空间综合环境模拟与研究系统能够在地面模拟太阳系典型空间环境因素，包括真空、高低温、原子氧、空间粉尘、粒子辐照、电磁辐射等，实现了同一空间多环境因素及其强关联效应和极端环境的地面模拟。

空间综合辐照环境模拟系统能够在地面实现真空、低温、太阳/紫外电磁及带电粒子综合辐照环境地面模拟，目前正在进行联合调试试运行。

月表环境模拟系统能够模拟真空、低温、电子辐照、紫外辐照、微米/亚微米级带电粉尘等月表多因素综合环境及效应，目前已通过验收，开始为科研院所提供服务。

火星尘环境模拟系统为国内首台直流引射式低密度风洞，技术指标达到国际领先水平，平台致力于火星表面尘暴环境的模拟，目前已通过验收，开始服务用户。

高速粉尘环境模拟系统是国内首台用于空间高速粉尘环境模拟的大型装置，技术指标达到国际领先水平，目前正在进行联合调试。

高能粒子辐照环境模拟已完成300MeV质子重离子加速器、器件高能离子辐照终端和多因素耦合生物学辐照终端建设工作，并为多家科研单位提供服务。

300MeV质子重离子加速器。（图源：人民日报）

·空间磁环境模拟与研究系统

空间磁环境模拟与研究系统能够在地面实现亚纳特级-亚毫特级、大尺度、多功能的磁环境模拟，目前已经完成全部建设工作、系统工艺测试大纲评审以及系统自测试，为相关科研院所用户单位提供了服务。

·空间等离子体环境模拟与研究系统

空间等离子体环境模拟与研究系统能够在地面实现对近地空间和临近空间等离子体环境的模拟，近地空间等离子体环境模拟分系统已完成主体设备安装与自测试，临近空间等离子体环境模拟分系统已完成全部单体设备验收及分系统联合调试。

解决全球尖端科研难题

“地面空间站”的中央监控大厅。（图源：科技日报）

事实上，空间环境地面模拟装置早在2005年就开始了调研、分析和系统论证，经过相关领域科学家和有关部门反复论证、审慎决策，于2017年底开始动工建设，目前已基本建成，进入试运行。

“模拟空间环境因素最多的系统级综合辐照试验舱，首个可实现动态月尘充正电和负电的大型月球多因素极端环境模拟器——月尘舱，直流引射式低气压风洞——火星尘舱，可实现空间微纳粉尘最高速度达到70km/s的高速粉尘舱……”空间综合环境模拟系统副研究员李丽芳介绍，这些设备都配备了先进的原位测试仪器，可以在舱内实现实时在线动态测量。

李丽芳表示，空间综合环境模拟系统建成后，将为我国载人航天、深空探测、空间站建设等重大工程提供世界领先的科研平台和型号产品试验标校环境，解决高性能航天材料和器件等“卡脖子”问题，保障航天器高可靠、长寿命在轨服役。

“‘地面空间站’工程兼具科学研究与工程建设的特性，科研探索始终贯穿建设之中，需要不断攻关、不断调试、不断改进，有一些全球都很少碰触的尖端难题，更需要以‘钢牙啃硬骨头’的劲头，反复进行研究试验。”李立毅解释，在这里，科研与建设实现同步推进，哈工大有关科研建设团队联合其他协作单位一起攻克了多项关键核心技术。“未来，‘地面空间站’还将在脑科学、生命健康、高端仪器研发等方面发挥重要作用。”

“装置建设的溢出效应非常明显，围绕空间环境模拟的许多关键技术在建设需求牵引下得到突破。目前，我们已累计申请国际和国内发明专利120余项。”李立毅透露，国内外的科学家们已经迫不及待地想要进入“地面空间站”开展科学实验。目前，已有国内外110余家高校和科研院所与该装置签署了用户协议。

为航天强国建设提供支撑

这个被称为“地面空间站”的国家重大科技基础设施为何而建？与真正的太空实验室有何不同？它的建成投用对于我国航天事业和空间科学探测能力发展有何助力作用？

在太空中的空间站是一个长期开展空间科学研究和实验的基地。由于空间站轨道具有与地面完全不同的极端环境，比如极端粒子辐射、微重力环境等，对物质的演化和作用有特殊的效果。“开展太空实验不仅有助于我们认识宇宙起源、揭示物质本质和运动规律，还有助于我们探索甚至遨游星辰大海。”李立毅说。

火星尘环境模拟系统。（图源：人民日报）

不过，空间站轨道的实际环境是不断动态变化的综合环境，会受到太阳、地磁等自然环境的干扰。这给在理论上开展空间环境条件下的物质演化规律和相关演化本质的研究造成困扰。另外，在空间站开展相应的研究还存在其他诸多困难，比如很多仪器设备没有办法“搬”到太空；一些大质量的设备、材料和物质上天，需要付出极大的成本和代价；只有少数航天员科学家能够前往空间站进行实验操作……

因此，建设可以模拟不同空间环境因素的“地面空间站”意义非凡。特别重要的是，可以在环境模拟设备上设计、安装先进的分析和研究设备，为系统、深入开展空间极端环境模拟与物质演化行为的研究提供便利，“地面空间站”将成为空间科学、航天技术、物质科学等领域最先进的技术研究与工程应用平台。

随着空间环境地面模拟装置的建成，我国将构建起空间在轨实验、地面模拟实验、计算机数值模拟“三位一体”的天地一体化的空间环境与物质作用研究体系，为航天发展和空间探索提供保障。

(资料来源：央视新闻、人民日报、中新网、科技日报、中国纪检监察报)