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1000项科学实验正排队上“天宫”

神舟十二号飞船与天和核心舱交会对接模拟示意图。Credit:航天科技集团五院
 
- 导 读 -
 
全世界的研究人员都在热切地等待中国“天宫”竣工,研究从暗物质、引力波到癌症恶化和病原菌生长等课题。
 
撰文 | Smriti Mallapaty
 
翻译 | 施普林格·自然上海办公室
 
今年4月,中国发射了“天宫”空间站的核心舱,并于6月将三名航天员送上太空。尽管该空间站可能要到2022年底才能完全建成,但是来自世界各地的实验已经排起了长队。中国科学家告诉《自然》,中国载人航天工程办公室(CMSA)已经初步批准了1000多项实验,其中一些已经启动。
 
4月之前,国际空间站(ISS)是轨道上唯一的空间实验室。许多研究人员表示,“天宫”空间站的加入值得欢迎,它能用于天文和地球观测,以及研究微重力和空间辐射如何影响细菌生长和流体混合等现象。
 
然而,有人认为载人空间站成本太高,而且更多是出于政治而非科学目的。
 
美国国家航天局(NASA)总部负责人类探索与运行的首席科学家Julie Robinson说,“无论是谁建造和运行的空间站,增加太空科研渠道都有益于全球科学的发展。”
 
位于华沙的波兰国家核研究中心的天体物理学家Agnieszka Pollo也说,“我们需要更多空间站,只有一个空间站是不够的。”他是一个研究伽玛射线暴实验小组的成员。
 
向世界开放
 
国际空间站是1998年由美国、俄罗斯、欧洲、日本和加拿大的航天机构合作发射的。从那时起,该空间站已经容纳了3000多项实验,但是由于美国禁止NASA使用资金和中国合作,中国被禁止参与。
 
尽管计划在“天宫”进行的多数实验都有中国研究人员的参与,但是中国表示,其空间站将向包括美国在内的所有国家开放。
 
2019年6月,CMSA和促进太空合作的联合国外层空间事务办公室(UNOOSA)选择了9项实验(在中国初步批准的那1000项之外),计划在空间站建成后发射升空。UNOOSA主任Simonetta Di Pippo说,这些实验涉及17个国家的23个机构。
中国此前发射了两个小型空间实验室——天宫一号和天宫二号。它们共承接了100多项实验,围绕地球运行了数年,但是已经不在轨道上了。
 
挪威奥斯陆大学的医学研究员Tricia Larose表示,中国的空间站提供了全新的设施,中国也鼓励进行以前没有尝试过的太空实验,“他们说,你们研制新的实验载荷,尝试之前没有做过的事情,然后把它送到我们这里来”。她领导着一个计划于2026年实施的项目。
 
中国科学院高能物理研究所天体物理学家、CMSA顾问张双南说,尽管迄今为止批准的多数项目由中国研究人员主导,但是许多项目都有国际合作者参与。
 
“科学家们的乐园”
 
“天宫”空间站首个到达的舱段是“天和”核心舱。5月下旬,天舟二号货运飞船升空并与“天和”对接,运送燃料、宇航服和实验设备。6月,三名中国航天员(亦称太空人)乘坐神舟十二号载人飞船也完成对接,进入17米长的舱室,这将是他们未来三个月的家。
 
在未来一年多的时间里,CMSA将再向“天宫”发射八次任务。其中两次将发射“问天”和“梦天”两个实验舱,主要用于科学实验。
 
澳大利亚格里菲斯大学物理学家Paulo de Souza说,这些实验舱将成为“科学家们的乐园”,他的工作是开发太空用的传感器。
 
中国科学院空间应用工程与技术中心国际合作处处长杨扬说,空间站将有20多个实验柜,每个实验柜都是一个密封加压的微型实验室。舱外将有67个面向地球或天空的实验载荷接口,一台强大的中央计算机将直接处理实验数据,然后再将数据传回地球。
 
类器官和暗物质
 
即将被送往新空间站的实验涵盖了许多领域。张双南是高能宇宙辐射探测设施(HERD)的首席研究员,该项目计划于2027年启动,意大利、瑞士、西班牙和德国也参与其中。他说,这一粒子探测器将研究暗物质和宇宙射线,耗资约10亿至20亿元人民币。
 
张双南和Pollo还参与了POLAR-2,该项目将研究从远距离大爆炸中发出的伽玛射线的偏振,目的是阐明伽马射线暴、甚至引力波的特性。
 
Larose计划将健康和癌变的肠道组织的3D培养物(即类器官)送上“天宫”,以揭示极低重力环境是否会减缓或阻止癌细胞的生长,这可能会催生新疗法。
6月抵达“天宫”后,太空人刘伯明出舱,中国人再度实现太空“行走”。来源:金立旺/新华社/Eyevine
 
印度和墨西哥的科学家们的项目将研究星云的紫外线辐射和地球的红外线数据,以探究气象条件和产生强烈风暴的因素。
 
Larose指出,尽管很多项目是中西方科学家们之间的合作项目,但是地缘政治紧张局势令合作难上加难。她说,挪威尚未与中国签署一项会为她的项目开绿灯的双边协议。瑞士日内瓦大学天体物理学家Merlin Kole同样参与了POLAR-2项目,他补充道,更严格地遵守出口规定意味着向中国寄送电子硬件会受到更多官僚主义的阻碍。
 
但是Di Pippo表示,目前为止,UNOOSA选定的项目的进展并未受到紧张局势的影响。她补充说,UNOOSA正在与CMSA讨论明年年底前向“天宫”发射更多实验。
 
科学性价比
 
一些科学家认为载人空间站是在浪费金钱——“天宫”的成本尚未公布,但是国际空间站在第一个十年的建造和维护成本约为7700亿人民币。
 
总部位于麻省剑桥市的忧思科学家联盟(Union of Concerned Scientists)的中国安全问题分析师Gregory Kulacki说,“机器人项目带来的科学收益更大”。“和美国一样,中国那些想尽己所能专注科研、倾向于机器人太空项目的科学家们,与赋予载人航天项目更多政治考量的政府存在一定的紧张关系。”
 
但是其他研究人员指出,尽管卫星为一些观测提供了替代方法,但是对于许多实验,尤其是需要微重力的实验,载人空间站必不可少, 它们为执行维护任务和运行实验的航天员提供了可供长期观察、处理数据和访问的家园。
 
张双南进一步表示,除了容纳研究人员的实验外,“天宫”还将测试人类太空旅行技术,以支持中国的太空探索目标。
 
国际空间站目前的资金只能保证空间站运行到2024年至2028年之间,“天宫”也有可能最终成为地球上唯一在运行的空间站。
 
“天宫”空间站计划至少运行十年,中国已经计划发射其他航天器与之同步工作。中国巡天望远镜是一款2米口径光学望远镜,可媲美NASA的哈勃望远镜,将定期与“天宫”对接进行添加推进剂和维修。它将于2023年发射,与哈勃望远镜相比,其可视范围更大,能够更好地探测宇宙深处的奥秘。
 
注:原文以China’s space station is preparing to host 1,000 scientific experiments标题发表在2021年7月23日的《自然》的新闻版块上,由施普林格·自然上海办公室负责翻译,《知识分子》获授权转载中文译文。欢迎转发至朋友圈,如需转载,请邮件China@nature.com。



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