北京時(shí)間2022年10月31日15時(shí)37分，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙在文昌航天發(fā)射場(chǎng)成功發(fā)射，這也是中國(guó)天宮空間站三艙T字構(gòu)型組合體的最后一個(gè)部分。
(資料圖片僅供參考)
夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙主要面向微重力科學(xué)研究，中國(guó)科學(xué)院作為國(guó)家戰(zhàn)略科技力量主力軍，研制了超冷原子物理實(shí)驗(yàn)柜、高精度時(shí)頻實(shí)驗(yàn)柜、高溫材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜、兩相系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)柜、流體物理實(shí)驗(yàn)柜、燃燒科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜、在線維修裝調(diào)實(shí)驗(yàn)柜等7個(gè)方面的8個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，能夠在微重力基礎(chǔ)物理、空間材料科學(xué)、微重力流體物理與燃燒科學(xué)等方向開展相關(guān)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用研究。
中科院空間應(yīng)用中心研究員、空間應(yīng)用系統(tǒng)副總師劉國(guó)寧告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》：“夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙裝載的8個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜已經(jīng)規(guī)劃安排約40項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，后續(xù)將根據(jù)實(shí)驗(yàn)規(guī)劃持續(xù)開展在軌實(shí)驗(yàn)，預(yù)期能夠產(chǎn)出具有國(guó)際水平的科學(xué)成果，揭示重要的科學(xué)規(guī)律，并同步推進(jìn)應(yīng)用和技術(shù)轉(zhuǎn)移，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)空間科學(xué)整體水平的提升。”
超冷原子物理實(shí)驗(yàn)柜：提供更高精度檢驗(yàn)
超冷原子物理實(shí)驗(yàn)柜是世界領(lǐng)先的中國(guó)首個(gè)微重力超冷原子物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，主要利用空間微重力環(huán)境條件，建立具有超低溫、大尺度、高質(zhì)量、適合精密測(cè)量的玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)（BEC）工作物質(zhì)的開放實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，開展前沿基礎(chǔ)物理研究。
中科院上海光機(jī)所副研究員、超冷原子物理實(shí)驗(yàn)柜科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)副主任設(shè)計(jì)師汪斌表示，超冷原子物理實(shí)驗(yàn)柜有望制備地面無法實(shí)現(xiàn)的距離絕對(duì)零度以上千億分之一度范圍內(nèi)（10-12K量級(jí)）的超低溫量子氣體，觀測(cè)到肉眼可見的宏觀量子現(xiàn)象，原子之間相互作用時(shí)間增長(zhǎng)3個(gè)數(shù)量級(jí)以上。
超冷原子物理實(shí)驗(yàn)柜
“具有這些特性的原子氣體給我們提供了一個(gè)獨(dú)特窗口和全新視角來直接觀察其獨(dú)特的原子行為，以地面上不可能的方式進(jìn)入量子力學(xué)的奇異世界，為基本物理定律提供更高精度的檢驗(yàn)。”汪斌說。
高精度時(shí)頻實(shí)驗(yàn)柜：開展基礎(chǔ)物理研究
高精度時(shí)頻實(shí)驗(yàn)柜是空間站中最復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)柜，由2個(gè)艙內(nèi)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜和4臺(tái)艙外設(shè)備組成一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
“高精度時(shí)頻實(shí)驗(yàn)柜主要是通過不同特性原子鐘組合，在空間站構(gòu)建超高精度時(shí)間頻率產(chǎn)生和運(yùn)行的系統(tǒng)，開展基礎(chǔ)物理理論檢驗(yàn)，并支持通過微波和激光傳遞鏈路向地面提供超高精度時(shí)間頻率信號(hào)。”中科院國(guó)家授時(shí)中心主任，高精度時(shí)頻實(shí)驗(yàn)柜科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)指揮、責(zé)任科學(xué)家張首剛說。
高精度時(shí)頻系統(tǒng)將對(duì)相關(guān)基礎(chǔ)物理研究、相關(guān)工程應(yīng)用、我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和國(guó)際原子時(shí)精度的提高做出重要貢獻(xiàn)。
高精度時(shí)頻實(shí)驗(yàn)柜
張首剛表示，應(yīng)用高精度時(shí)頻系統(tǒng)提供的超高精度時(shí)間頻率信號(hào)，可以開展相關(guān)基礎(chǔ)物理研究實(shí)驗(yàn)，如引力紅移的測(cè)量，精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)變化的探測(cè)等，支撐相對(duì)論及相關(guān)理論的高精度檢驗(yàn)?？梢酝街卮罂萍荚O(shè)施和工程技術(shù)設(shè)施的各部分時(shí)間，改善重大設(shè)施性能，未來有可能填補(bǔ)洲際地面光鐘比對(duì)技術(shù)空白，支撐時(shí)間單位“秒”定義的變更。
燃燒科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜：完善燃燒基礎(chǔ)理論
燃燒科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜是能夠支持在軌開展微重力燃燒基礎(chǔ)科學(xué)研究的一套科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，氣體供給、點(diǎn)火燃燒、圖像拍攝、廢氣排放等燃燒實(shí)驗(yàn)流程可以全自動(dòng)進(jìn)行，能夠測(cè)量火焰形貌、結(jié)構(gòu)、溫度、速度、產(chǎn)物組分等信息。
燃燒科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜
值得一提的是，燃燒科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭載了一套PIV（粒子圖像測(cè)速技術(shù)）設(shè)備，實(shí)現(xiàn)國(guó)際上首次利用該技術(shù)在空間站環(huán)境中開展燃燒速度場(chǎng)測(cè)量。燃燒科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜可以幫助科學(xué)家在燃燒基礎(chǔ)科學(xué)問題、空天推進(jìn)、航天器防火滅火、燃燒污染物控制等基礎(chǔ)及應(yīng)用技術(shù)展開深入研究。
高溫材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜：為空間材料科學(xué)提供先進(jìn)技術(shù)
中科院上海硅酸鹽研究所研究員、高溫材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師劉學(xué)超介紹，高溫材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜為空間材料科學(xué)研究提供了多樣化的先進(jìn)技術(shù)條件和功能，豐富了材料科學(xué)家在太空中進(jìn)行高溫金屬及合金材料、先進(jìn)半導(dǎo)體材料、功能晶體材料、復(fù)合材料、能源材料、生物材料、納米材料和新材料研究。
高溫材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜
“X射線透射成像實(shí)時(shí)觀察是高溫材料柜的又一特色，是國(guó)際上首次在空間站上行X射線實(shí)驗(yàn)裝置，可以實(shí)現(xiàn)材料熔融凝固過程的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)成像與實(shí)時(shí)觀察。”劉學(xué)超說。
高溫材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜首批上行了16支科學(xué)實(shí)驗(yàn)樣品，研制團(tuán)隊(duì)將對(duì)每個(gè)上行樣品在地面進(jìn)行了大量的匹配實(shí)驗(yàn)，并設(shè)計(jì)了具有抗力學(xué)振動(dòng)功能的3個(gè)高溫材料樣品貨包。
流體物理實(shí)驗(yàn)柜：揭示流體運(yùn)動(dòng)新機(jī)制
流體物理實(shí)驗(yàn)柜主要用于空間微重力環(huán)境中流體的宏觀、微觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究，配置了10套宏觀尺度的流體動(dòng)力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)和4套微觀尺度的復(fù)雜流體測(cè)試系統(tǒng)，還配置了專門的主動(dòng)懸浮隔振系統(tǒng)，可使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的環(huán)境微重力水平比空間站本底好100倍。
流體物理實(shí)驗(yàn)柜
中科院力學(xué)研究所研究員，流體物理實(shí)驗(yàn)柜科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師、責(zé)任科學(xué)家康琦表示，微重力環(huán)境為流體創(chuàng)造了近乎理想的各向同性研究條件，在失重環(huán)境中流體可以形成地面無法構(gòu)建的新體系，流體的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出許多新規(guī)律、新機(jī)制。
流體物理實(shí)驗(yàn)柜可開展多種流體體系的動(dòng)力學(xué)過程、擴(kuò)散過程，相變及自組織行為的在軌微重力實(shí)驗(yàn)，超越了國(guó)際空間站3個(gè)已有的專用流體實(shí)驗(yàn)柜形成的綜合測(cè)試手段和能力，它將成為國(guó)際上技術(shù)最完備、設(shè)備最先進(jìn)的空間流體物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
兩相系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)柜：為空間應(yīng)用流體物理提供新理論
兩相系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)柜是針對(duì)國(guó)際空間應(yīng)用兩相系統(tǒng)前沿科學(xué)方向研制的國(guó)際首個(gè)專門用于開展空間相變界面流動(dòng)、蒸發(fā)與冷凝、沸騰和熱管傳熱、兩相流動(dòng)、空間在軌流體管理等科學(xué)研究與技術(shù)驗(yàn)證的整柜級(jí)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
依托該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)通過系列空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究，可以發(fā)展熱、質(zhì)交換復(fù)雜界面動(dòng)力學(xué)科學(xué)理論，為解決我國(guó)載人航天工程和深空探測(cè)活動(dòng)中遇到的空間應(yīng)用流體物理及其兩相系統(tǒng)關(guān)鍵科學(xué)問題和工程技術(shù)研究提供新理論、新概念和新方法。
兩相系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)柜
整柜設(shè)計(jì)具有我國(guó)空間實(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)的獨(dú)創(chuàng)性和先進(jìn)性，可滿足未來10年以上多相流與傳熱研究的空間實(shí)驗(yàn)需求。實(shí)驗(yàn)柜開展的三個(gè)首批實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目將開展與歐空局之間的國(guó)際合作研究，提高我國(guó)空間站應(yīng)用研究國(guó)際影響力和應(yīng)用效果。
在線維修裝調(diào)操作柜：太空“維修工廠”
夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙設(shè)置的在線維修裝調(diào)操作柜（簡(jiǎn)稱在線柜），是一個(gè)太空“維修工廠”。
線維修裝調(diào)操作柜
中科院空間應(yīng)用中心研究員、在線維修裝調(diào)實(shí)驗(yàn)柜主任設(shè)計(jì)師張璐說：“在線柜最核心的部分就是多功能操作箱，前面有個(gè)透明的面板，可以看到箱內(nèi)的環(huán)境，也可以通過面板上的兩個(gè)操作孔，利用手套，從外部對(duì)箱體內(nèi)的載荷進(jìn)行操作；或者把透明面板打開，直接對(duì)里面的載荷進(jìn)行操作。”
同時(shí)，在線柜還裝有一套風(fēng)路循環(huán)系統(tǒng)，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)風(fēng)冷散熱、廢棄顆粒物的吸附和部分氣體的吸收處理。箱體里配備有一套靈巧的“機(jī)械手”，可以實(shí)現(xiàn)多種類的精密操作，操作精度可以達(dá)到0.1毫米。
“在線柜還有一套基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的智能誘導(dǎo)維修系統(tǒng)，航天員如果需要維修操作一些復(fù)雜的設(shè)備，可以不再使用傳統(tǒng)的說明書、操作手冊(cè)等產(chǎn)品，而是選擇戴上增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡，配合誘導(dǎo)維修軟件的指引，在真實(shí)的待操作產(chǎn)品上疊加預(yù)先制作好的操作指引動(dòng)畫，使航天員能夠更輕松、更清晰、更直觀地完成操作。”張璐說。
（本文圖片均來源于中科院）
標(biāo)簽：
