空間科學研究與應用領域：持續產出重大科技成果

本文轉自【中國載人航天】；

2023年8月18日下午，載人航天工程空間應用與發展情況介紹會在中國科學院空間應用工程與技術中心召開，集中介紹載人航天工程立項實施以來特別是空間站建造期間空間科學、空間應用、空間技術領域取得的進展成果，以及未來發展前景。會上，空間應用系統副總指揮王強介紹了空間科學研究與應用領域的有關情況。

“造船為建站、建站為應用”，載人航天工程立項伊始，專門建立了空間應用系統，由中國科學院牽頭負責，主要利用載人飛行器開展空間科學與應用領域的前沿任務。

【資料圖】

在載人航天工程第一步和第二步任務中，從無到有，建成了空間科學與應用研究研制體系，組織了國內外眾多科研單位在對地觀測、空間科學、應用新技術等領域，開展了60余項空間科學和應用研究任務，攻克500余項關鍵技術，全新研制了600余臺套有效載荷，圓滿完成了歷次飛行試驗任務，取得了一批國際水準和國內開創性成果，推動我國空間科學與應用水平整體躍升，相關成果在應用衛星型號實現了推廣應用，產生了突出的經濟和社會效益，彰顯了載人航天應用的前瞻引領作用。具體來說：

01 在對地觀測領域

攻關研制的中分辨率成像光譜儀、多模態微波遙感器、超光譜成像儀、多角度寬譜段成像儀、三維成像微波高度計等一系列對地觀測及地球科學研究儀器，采用全新技術體制、技術指標先進，突破了一大批核心關鍵技術，率先實現了在軌驗證，并在國土資源調查、海洋應用、林業應用、城市環境監測、水文生態監測和應急災害監測等方面開展了試應用，跨越了一個又一個的里程碑，相關技術成果迅速在風云、氣象、海洋等業務衛星上進行了轉化應用，取得了突出效益。

02 在微重力基礎物理領域

研制了國際上首臺，也是截至目前國際上唯一一臺在軌運行的冷原子鐘，實現頻率穩定度7.2E-16(3000萬年誤差小于1秒），成功搶占國際空間時頻基準研究的制高點。

03在空間天文觀測領域

伽馬暴偏振探測獲得重大科學發現，開辟了伽馬射線偏振探測新窗口，同時在國內首次利用觀測到的蟹狀星云（Crab）脈沖星的脈沖信號進行定軌研究，推動了脈沖星觀測和導航技術發展。

04 在空間生命科學領域

在我國首次完成了高等植物“從種子到種子”的空間長周期培養，實現了植物生長調控，為未來人類長期太空生活的生態系統建立及地面高品質育種提供了有力手段；國際上首次在空間實現了人類胚胎干細胞體外分化為原始生殖細胞并存活33天，對于未來人類空間生殖及健康提供了重要的實驗依據。

05 在空間材料科學領域

開展了半導體光電子材料、金屬合金、納米及復合材料等數十種新型材料的空間制備實驗研究，獲得了高質量的材料樣品，發現了一批新的材料生長現象，提高了對于相關科學規律的認知，研究成果對于地面材料加工工藝的改進與發展具有重要指導意義，并已在國民經濟當中實現了成功應用。

06 在應用新技術領域

首次在空間飛行器上在軌二次釋放微小衛星并實現了對非合作目標的近距離成像觀測、精確繞飛或飛越觀測，為航天器編隊飛行奠定技術基礎。非牛頓引力實驗檢驗的關鍵技術驗證項目高水平驗證了空間高精度靜電懸浮加速度計，對我國相關空間計劃在弱力測量和慣性參考方面具有重要支撐作用。

在載人空間站任務中，空間應用系統瞄準世界科技前沿及國家重大需求，前瞻規劃、攻關研制和在軌部署了近30個國際一流的科學研究與技術試驗設施，正在抓緊研制旗艦級的巡天空間望遠鏡。其中，高精度時頻系統、高微重力實驗柜等設施為國際首創，超冷原子物理實驗柜、生命生態實驗柜、無容器材料實驗柜、燃燒科學實驗柜等實驗設施達到國際領先或先進水平。這些設施上配備了多種先進的精密檢測、實驗支持儀器，如材料實驗X射線實時診斷、流體實驗的數字全息、燃燒實驗的弱光ICCD檢測、超冷原子的兩級交叉光阱冷卻，生物實驗的微通道 PCR 芯片擴增、人機協同高精度微操作器等。這些設施體系架構開放，可通過擴展升級長期保持高水平穩定運行，有力支撐空間站成為我國當前覆蓋學科領域最全、在軌支持能力最強，且兼備有人參與和上下行運輸等獨特優勢的“國家太空實驗室”。

空間應用系統還在地面建成了實物鏡像系統、數字鏡像系統及空-地“云”計算平臺，創新發展了人機融合、數字伴飛的空間科學實驗模式，形成了“端到端”低延時遙科學實驗和海量科學數據共享服務能力；建成了全壽命周期載荷研制支持平臺、電磁彈射微重力實驗設施和太空實驗室地面實驗基地，為載荷設計、總裝、集成測試等研制工作，以及科學項目遴選與培育、地基研究和匹配實驗等，形成了實驗載荷/樣品全壽命周期研制試驗支持能力。通過以上設施/平臺，實現了天地高效協同，大幅提升了在軌實驗效率，形成了集約高效開展大規?？臻g科學實驗與應用能力。

空間站作為我國最重要的綜合性近地空間研究基地，努力爭取在基礎研究領域進入國際前沿，在應用基礎和新技術方面解決國家重大需求，為經濟社會發展提供高質量科技供給。當前，空間站科學實驗設施基本完成在軌測試，在軌運行穩定可靠，具備了大規模開展空間科學研究的能力。截至目前，已開展了60余項實驗項目、上萬次在軌實驗，獲得了原始實驗數據近60TB。目前，科學家正在開展實驗樣品的地面研究，部分領域已取得階段性成果，以下對兩個典型領域展開介紹。

01 在空間生命科學方面

在空間首次實現人類胚胎干細胞誘導分化為精原細胞以及卵泡樣細胞，系統解答空間微重力環境對干細胞譜系分化的影響，并開發了多類生殖細胞體外分化的體系及裝置，有望推進輔助生殖治療不孕不育的技術革新；研究揭示了骨骼肌細胞的重力感應分子機制，明確靶向自噬或靶向特定微小RNA抵抗肌肉萎縮的可行性，為肌肉萎縮的治療提供了新思路和新手段。

02在空間材料科學方面

發現了鈮硅合金的快速共晶生長動力機理，為研制下一代高性能航發用鈮合金材料奠定了技術基礎；實現了硒化銦材料的空間制備，發現了鉍（Bi）摻雜硒化銦（InSe）材料性能優異、遷移率是超薄硅材料的15倍，且具有穩定的物理化學性質，其開發應用將有望推動場效應管的升級換代，獲取顯著的經濟效益。

隨著空間站建成，載人航天工程進入應用與發展階段，為進一步加大空間站應用力度，空間應用系統面向全國科研機構、高等院校、產業用戶等，廣泛征集了空間站科學、技術與應用需求，組織了近百名院士、近千位國內外一流科學家進行了深入研究和論證，形成了系統性、體系化的空間站應用與發展工程應用任務規劃，主要包括空間生命科學及人體研究、微重力物理科學、空間天文與地球科學、空間新技術及應用等4大領域、30余個研究主題，將實施60余項研究計劃、上千項研究項目。

今年6月，載人航天辦公室面向全國發布了《空間站應用與發展工程空間科學與應用項目征集公告》，空間應用系統在北京、上海、武漢、西安、廣州等地開展了項目征集宣講活動，引起國內外科學家的高度關注，目前已征集到一大批項目建議，為空間站應用項目的滾動實施奠定了基礎，預期將在科學、技術和應用方面產出重大成果和效益。

如在科學前沿探索方面，預期將在超低溫量子物態、軟物質非平衡動力學、生命起源的分子機制、多波段巡天及宇宙學、天體極端物理過程等前沿科學研究取得具有國際影響的重大科學發現，為人類知識寶庫貢獻新內容；在技術開發與應用方面，將在干細胞與再生醫學、合成生物制造、生物納米藥物開發等生物技術取得重要突破，服務于改善人民生命健康；研究制備高性能航空發動機葉片材料、紅外探測器材料、高端制造用高熵合金等國家急需的先進材料，助力解決國家卡脖子材料問題；發展新一代信息技術、超低溫量子精密測量、高精度時頻系統技術等并推廣應用，獲取顯著的經濟和社會效益。

空間站的建設運營為推進我國空間科學和應用發展提供了重大歷史機遇，空間應用系統將按照國家太空實驗室的總體目標，堅持“四個面向”，持續論證優選具備重大科技價值、重大戰略應用潛力的高水平項目，持續產出重大科技成果，為“加快建設科技強國、實現高水平科技自立自強”做出更大貢獻。

拍攝/吳馥桐

責任編輯：Rex_18