太空实验室，求索天地间

“你们知道世界上最冷的地方在哪里吗？”

“就在我头顶。”

2023年9月21日，在“天宫课堂”第四课上

神舟十六号航天员桂海潮

指着身边的超冷原子物理实验柜说

与此同时

中国科学院空间应用工程与技术中心研究员张璐

正在电视台“天宫课堂”的直播现场

给孩子们深入讲解国家太空实验室里的高科技

张璐等来自中国科学院的科学家

属于最了解太空实验的一群人

他们为国家太空实验室的诞生

提供了强有力的科技支撑

▲中国空间站国家太空实验室。

建立国家太空实验室

是中国早在30多年前就已明确的目标

1992年，我国批准实施载人航天工程

明确“三步走”的战略

“造船为建站，建站为应用”

这是我国载人航天工程建设发展的初衷

也是工程“三步走”战略实施过程中

一直努力的方向

载人航天工程确立之初

国家就把载人航天空间科学与应用的重任

交付给中国科学院

中国科学院建立了空间科学与应用研究研制体系

在载人航天工程第一步和第二步任务中

在对地观测、空间科学、应用新技术等领域

组织开展了60余项空间科学与应用任务

全新研制了600余台套有效载荷

取得了一批具备国际水准和国内开创性的成果

推动我国空间科学与应用水平整体跃升

进入空间站规划及建造阶段

中国科学院瞄准世界科技前沿及国家重大需求

前瞻制定了空间站空间科学与应用发展战略

规划并完成近30个重大研究设施攻关研制

2022年11月3日

“梦天”实验舱顺利完成转位

中国空间站“T”字基本构型在轨组装完成

建成后的中国空间站

成为了一座国家太空实验室

也成为中国航天史上

规模最大、长期有人照料的空间实验平台

▲空间站水生生态系统研究。

高精度时频系统、高微重力实验柜等设施国际首创

超冷原子物理实验柜、生命生态实验柜、

无容器材料实验柜等实验设施

达到国际领先或先进水平……

空间站正在成为我国当前

覆盖学科领域最全、在轨支持能力最强

且成为兼备有人参与和上下行运输等独特优势的

“国家太空实验室”

中国科学院牵头完成14个科学实验柜

它们共同的研制难点之一是“小”

相当于要把在地面上一整间屋子里的实验装置

塞进不到两立方米的柜子里

难点之二是实验柜要既轻便又牢固

用最小的重量搭载最多的科学载荷

难点之三是要有科学前瞻性

满足后续十年的科学实验需求

▲空间站科学实验柜及其分布情况。

每一个科学实验柜都相当于一个综合性实验室

而柜子只有“方寸”大小

技术创新是唯一的办法

通过多次“材料优选、轻量化设计、

仿真分析、力学试验验证”

实验柜在柜体主结构不到100公斤的情况下

承重能力达到500公斤

载荷承载比比国际空间站实验柜高出两倍以上

但14个实验柜，也各有各的研制难点

高精度时频实验柜作为空间站中

最复杂的实验柜之一

在该研制项目立项后的一段时间

研制工作一直推进缓慢

到2019年，中国科学院整合全院资源

成立工程攻关组

自此之后

高精度时频实验柜的研制进入快车道

通过强强联合

中国科学院科研团队建成了

目前世界上在轨设计指标最高的空间时间频率系统

▲2020年国庆节前夕，张璐团队与实验柜合影。

所有的努力都得到了最直接的回报

2024年5月1日凌晨

神舟十七号乘组回到地球的几个小时后

20多位科学家在空间应用中心的大厅里

满怀期待地等待着

总重量约31.5公斤

32种生命实验样品以及18种材料样品

经过拆包、称重、检测

连夜回到科学家手中

▲神舟十七号载人飞船返回的样品。

这些实验样品被科学家亲切地称为“太空特产”

之后

这些“太空特产”被科学家带回各自的实验室

从神舟十二号到神舟十七号

航天员先后乘坐6艘载人飞船

为科学家们带回了6批、300多份科学实验样品

▲空间站返回的水稻实验样品。

包括中国科学院在内的

国内外百余家科研院所参与研究

科学家基于空间站返回样品

已经在空间生命科学与生物技术、空间材料科学、

微重力基础物理等多个领域取得重要研究成果

在国际一流期刊发表论文300余篇

这其中的每一项科研成果背后

都离不开太空实验室里

一个个科学实验柜的支撑

尽管成果丰硕

国家太空实验室的科研团队

仍没有停下脚步

他们还在做三件重要的事

一是每年滚动实施科学实验项目

二是规划新装置、新实验平台

三是加强成果推广与应用

不断获取应用效益