中国空间站首个实验舱最全解密！能掌控重力、研究生命起源……
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题 记
一舱何所有，飞棹赴天宫。
消重张旋壁，冯虚御宇风。
为求知造化，先试养苗虫。
谁许逍遥梦，神奇在手中。
今天，中国空间站的首个实验舱“问天”发射成功！
来，你也能“坐进”问天实验舱↓↓↓
三维视频制作：中国科普博览
让我们把时间回拨到北京时间2021年4月29日中午11时23分15.613秒。长征五号B遥二运载火箭在文昌航天发射场点火升空，成功将天和核心舱送入预定轨道，标志着我国天宫空间站的正式开建，也标志着中国载人航天工程“三步走”发展战略开始走出第三步——建造空间站，解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。
而如今，经过一年多的技术验证和调试之后，科学家们又成功地将问天实验舱送入太空，天和终于不再孤单啦！
读者朋友们除了为这一消息感到开心、振奋的同时，一定也很好奇问天实验舱里都有哪些神奇的装置吧！别急，我们请到了任务组的相关专家，让他们来为大家讲解一下空间站与实验舱的奥秘。
天宫空间站的使命和意义
人类为什么要发展航天事业？一般认为，人类通过航天可以实现三个主要的目标，分别是：探索宇宙（例如深空望远镜、登月等），军事和民事应用（例如导航、通信、气象等），以及科学与应用探索。
那么，什么样的实验在地面不能完成，非要去太空呢？我们知道，地球表面，有很多“基础参数设定”：例如每个物体都会受到重力，无法完全抽成真空的实验空间（即便能够有很高的真空度，但同时会使容器承受很大的大气压力，增加危险），随处可见的细菌、灰尘等污染物。为了消除这些因素对实验的影响，科学家已经发展了很多相关的技术，但想要完全将这些因素除去，就必须脱离地球表面，来到太空。
而这些在太空中进行的实验，有一些在短期内就能够产生应用价值，例如我国已经进行多次的太空育种实验，获得了许多有推广价值的新品种农作物。而还有一些科学实验则可能近期产生不了应用价值。例如，在地面上的蜡烛燃烧，火苗会呈现摇曳的液滴形状，而在太空中，火苗会是一个蓝色球形，就像下图右边这样：
这个蓝色的火球似乎并没有什么实际意义。但经过分析后，科学家告诉我们，这种火焰的形成，是因为在太空中由于不存在空气对流，未完全燃烧的燃料不会被对流带走，从而能够发生充分燃烧，进而呈现完美的蓝色火焰。由此看来，研究这个蓝色的火球，可以为我们研究化石燃料的充分燃烧、节能减排带来一些启发。所以，有些看似没有短期应用价值的太空实验，也会为未来的科技发展铺路领航。
然而，想要建设并维护一个空间站，只有大国才能组织起足够的人力、物力和财力。因此，目前在轨的空间站，就只有欧美主导的国际空间站以及我国的天宫空间站两艘了。而国际空间站预计将在2030年左右退役，届时天宫空间站可能成为全球唯一的地球轨道空间站。
一方面，我国的综合国力足以“养”得起这么大的一个空间站项目，而天宫空间站也会反过来为我国的科学事业发展乃至经济的发展创造无法估量的效益。另一方面，我们始终坚持空间站的开放性和国际合作性，致力于将天宫打造为一个为全世界科学家提供空间科学实验服务的平台，体现了国际精神和大国担当。
问天实验舱里有些什么？
天宫空间站的第一阶段共有三个组分：天和核心舱，以及“问天”和“梦天”实验舱。三者组装完毕后，会组成一个“T”字型结构。天和号核心舱所提供的就是宇航员生活起居的空间，而如今刚刚发射成功的问天号实验舱则是一间“实验室”，里面搭载了经过精心设计的各种实验装置和器材。
在问天号实验舱中，完成某一特定实验的装置被称为一个“实验柜”，本次发射所搭载的实验柜分别是：变重力科学实验柜、生命生态实验柜、生物技术实验柜、科学手套箱与低温存储柜等。其中两个生命科学实验柜和变重力科学实验柜是开展科学实验的场所，手套箱支持航天员对科学样品精细操作，低温装置用于实验样品在轨存储，这些实验柜联合支持科学实验项目在轨全任务链实施需求。另外，实验舱内还为这些实验装置配置了应用共用支持设备。
下面简单介绍一下几个个实验柜：
变重力科学实验柜为科学实验提供0-2g（零重力到两倍重力范围）高精度模拟重力环境，支持开展模拟月球重力、火星重力下的科学研究，提供无线传能、载波通信技术，支持多种标准实验单元组合使用。
生命生态实验柜主要为植物、水生生物、小型模式动物和小型哺乳动物等多类别生物样品提供相应的培养环境与生命保障，用于研究小型生物在太空中的生长发育；而生物技术实验柜则支持开展以生物细胞培养和组织构建、空间蛋白质结晶、蛋白与核酸共起源、空间生物力学等生物技术及应用研究，关注细胞、生化、分子等生命科学尖端学科。
科学手套箱提供洁净密闭空间，配置灵巧机械臂，支持各类科学实验样品的隔离密闭和精细操作。简单地说，科学手套箱就是航天员的科研助手，有了它的帮助，非科学专业出身的航天员也能轻松完成专业科学家才能进行的复杂实验。
低温存储装置则是一个大冰箱，有冷冻还有冷藏（-80℃、-20℃、+4℃），满足样品不同低温存储要求，这样实验用品就可以长期保存了。
发射入轨后，应用系统将按照飞行程序安排开展初始状态设置和在轨测试，之后开展规划的各项科学实验，空间站转入运营阶段后就可以开展较大规模空间科学实验了。
结语
宇宙是人类最后的边疆。到达太空以后，人类获得了无限的活动空间，这是重大的边界突破。身处太空的天宫空间站如今也迎来了第一个实验舱，很快，又有一大批科学的奥秘将在天宫中得到解答。让我们一起期待这些来自“天上”的启示吧！
未完待续
如果你还想了解更多“那些实验柜的事”，我们将继续请科学家们为大家详细解读上述实验柜的构成、原理和意义，请大家持续关注哦。
（本文图片除注明来源者之外，均由撰稿人提供）
撰稿：李成智（北京航空航天大学） 牟福朋
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