空间科学研究与应用领域：持续产出重大科技成果

本文转自【中国载人航天】；

2023年8月18日下午，载人航天工程空间应用与发展情况介绍会在中国科学院空间应用工程与技术中心召开，集中介绍载人航天工程立项实施以来特别是空间站建造期间空间科学、空间应用、空间技术领域取得的进展成果，以及未来发展前景。会上，空间应用系统副总指挥王强介绍了空间科学研究与应用领域的有关情况。

(资料图)

“造船为建站、建站为应用”，载人航天工程立项伊始，专门建立了空间应用系统，由中国科学院牵头负责，主要利用载人飞行器开展空间科学与应用领域的前沿任务。

在载人航天工程第一步和第二步任务中，从无到有，建成了空间科学与应用研究研制体系，组织了国内外众多科研单位在对地观测、空间科学、应用新技术等领域，开展了60余项空间科学和应用研究任务，攻克500余项关键技术，全新研制了600余台套有效载荷，圆满完成了历次飞行试验任务，取得了一批国际水准和国内开创性成果，推动我国空间科学与应用水平整体跃升，相关成果在应用卫星型号实现了推广应用，产生了突出的经济和社会效益，彰显了载人航天应用的前瞻引领作用。具体来说：

01 在对地观测领域

攻关研制的中分辨率成像光谱仪、多模态微波遥感器、超光谱成像仪、多角度宽谱段成像仪、三维成像微波高度计等一系列对地观测及地球科学研究仪器，采用全新技术体制、技术指标先进，突破了一大批核心关键技术，率先实现了在轨验证，并在国土资源调查、海洋应用、林业应用、城市环境监测、水文生态监测和应急灾害监测等方面开展了试应用，跨越了一个又一个的里程碑，相关技术成果迅速在风云、气象、海洋等业务卫星上进行了转化应用，取得了突出效益。

02 在微重力基础物理领域

研制了国际上首台，也是截至目前国际上唯一一台在轨运行的冷原子钟，实现频率稳定度7.2E-16(3000万年误差小于1秒），成功抢占国际空间时频基准研究的制高点。

03在空间天文观测领域

伽马暴偏振探测获得重大科学发现，开辟了伽马射线偏振探测新窗口，同时在国内首次利用观测到的蟹状星云（Crab）脉冲星的脉冲信号进行定轨研究，推动了脉冲星观测和导航技术发展。

04 在空间生命科学领域

在我国首次完成了高等植物“从种子到种子”的空间长周期培养，实现了植物生长调控，为未来人类长期太空生活的生态系统建立及地面高品质育种提供了有力手段；国际上首次在空间实现了人类胚胎干细胞体外分化为原始生殖细胞并存活33天，对于未来人类空间生殖及健康提供了重要的实验依据。

05 在空间材料科学领域

开展了半导体光电子材料、金属合金、纳米及复合材料等数十种新型材料的空间制备实验研究，获得了高质量的材料样品，发现了一批新的材料生长现象，提高了对于相关科学规律的认知，研究成果对于地面材料加工工艺的改进与发展具有重要指导意义，并已在国民经济当中实现了成功应用。

06 在应用新技术领域

首次在空间飞行器上在轨二次释放微小卫星并实现了对非合作目标的近距离成像观测、精确绕飞或飞越观测，为航天器编队飞行奠定技术基础。非牛顿引力实验检验的关键技术验证项目高水平验证了空间高精度静电悬浮加速度计，对我国相关空间计划在弱力测量和惯性参考方面具有重要支撑作用。

在载人空间站任务中，空间应用系统瞄准世界科技前沿及国家重大需求，前瞻规划、攻关研制和在轨部署了近30个国际一流的科学研究与技术试验设施，正在抓紧研制旗舰级的巡天空间望远镜。其中，高精度时频系统、高微重力实验柜等设施为国际首创，超冷原子物理实验柜、生命生态实验柜、无容器材料实验柜、燃烧科学实验柜等实验设施达到国际领先或先进水平。这些设施上配备了多种先进的精密检测、实验支持仪器，如材料实验X射线实时诊断、流体实验的数字全息、燃烧实验的弱光ICCD检测、超冷原子的两级交叉光阱冷却，生物实验的微通道 PCR 芯片扩增、人机协同高精度微操作器等。这些设施体系架构开放，可通过扩展升级长期保持高水平稳定运行，有力支撑空间站成为我国当前覆盖学科领域最全、在轨支持能力最强，且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”。

空间应用系统还在地面建成了实物镜像系统、数字镜像系统及空-地“云”计算平台，创新发展了人机融合、数字伴飞的空间科学实验模式，形成了“端到端”低延时遥科学实验和海量科学数据共享服务能力；建成了全寿命周期载荷研制支持平台、电磁弹射微重力实验设施和太空实验室地面实验基地，为载荷设计、总装、集成测试等研制工作，以及科学项目遴选与培育、地基研究和匹配实验等，形成了实验载荷/样品全寿命周期研制试验支持能力。通过以上设施/平台，实现了天地高效协同，大幅提升了在轨实验效率，形成了集约高效开展大规模空间科学实验与应用能力。

空间站作为我国最重要的综合性近地空间研究基地，努力争取在基础研究领域进入国际前沿，在应用基础和新技术方面解决国家重大需求，为经济社会发展提供高质量科技供给。当前，空间站科学实验设施基本完成在轨测试，在轨运行稳定可靠，具备了大规模开展空间科学研究的能力。截至目前，已开展了60余项实验项目、上万次在轨实验，获得了原始实验数据近60TB。目前，科学家正在开展实验样品的地面研究，部分领域已取得阶段性成果，以下对两个典型领域展开介绍。

01 在空间生命科学方面

在空间首次实现人类胚胎干细胞诱导分化为精原细胞以及卵泡样细胞，系统解答空间微重力环境对干细胞谱系分化的影响，并开发了多类生殖细胞体外分化的体系及装置，有望推进辅助生殖治疗不孕不育的技术革新；研究揭示了骨骼肌细胞的重力感应分子机制，明确靶向自噬或靶向特定微小RNA抵抗肌肉萎缩的可行性，为肌肉萎缩的治疗提供了新思路和新手段。

02在空间材料科学方面

发现了铌硅合金的快速共晶生长动力机理，为研制下一代高性能航发用铌合金材料奠定了技术基础；实现了硒化铟材料的空间制备，发现了铋（Bi）掺杂硒化铟（InSe）材料性能优异、迁移率是超薄硅材料的15倍，且具有稳定的物理化学性质，其开发应用将有望推动场效应管的升级换代，获取显著的经济效益。

随着空间站建成，载人航天工程进入应用与发展阶段，为进一步加大空间站应用力度，空间应用系统面向全国科研机构、高等院校、产业用户等，广泛征集了空间站科学、技术与应用需求，组织了近百名院士、近千位国内外一流科学家进行了深入研究和论证，形成了系统性、体系化的空间站应用与发展工程应用任务规划，主要包括空间生命科学及人体研究、微重力物理科学、空间天文与地球科学、空间新技术及应用等4大领域、30余个研究主题，将实施60余项研究计划、上千项研究项目。

今年6月，载人航天办公室面向全国发布了《空间站应用与发展工程空间科学与应用项目征集公告》，空间应用系统在北京、上海、武汉、西安、广州等地开展了项目征集宣讲活动，引起国内外科学家的高度关注，目前已征集到一大批项目建议，为空间站应用项目的滚动实施奠定了基础，预期将在科学、技术和应用方面产出重大成果和效益。

如在科学前沿探索方面，预期将在超低温量子物态、软物质非平衡动力学、生命起源的分子机制、多波段巡天及宇宙学、天体极端物理过程等前沿科学研究取得具有国际影响的重大科学发现，为人类知识宝库贡献新内容；在技术开发与应用方面，将在干细胞与再生医学、合成生物制造、生物纳米药物开发等生物技术取得重要突破，服务于改善人民生命健康；研究制备高性能航空发动机叶片材料、红外探测器材料、高端制造用高熵合金等国家急需的先进材料，助力解决国家卡脖子材料问题；发展新一代信息技术、超低温量子精密测量、高精度时频系统技术等并推广应用，获取显著的经济和社会效益。

空间站的建设运营为推进我国空间科学和应用发展提供了重大历史机遇，空间应用系统将按照国家太空实验室的总体目标，坚持“四个面向”，持续论证优选具备重大科技价值、重大战略应用潜力的高水平项目，持续产出重大科技成果，为“加快建设科技强国、实现高水平科技自立自强”做出更大贡献。

拍摄/吴馥桐

关键词：