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浮力消失、液橋演示、水油分離……在中國空間站的“天宮課堂”上，充滿奇思妙想的太空實驗，讓科學的種子在億萬青少年的心里生根發(fā)芽。從上世紀70年代開始，蘇聯(lián)、美國等國家相繼向近地軌道發(fā)射了幾代空間站，并將其作為開展科學實驗的寶貴平臺。今年，中國神舟十四號執(zhí)行飛行任務期間，將全面完成以天和核心艙、問天實驗艙和夢天實驗艙為基本構型的天宮空間站建造，建成國家太空實驗室。未來，將有上千項科學實驗項目在此展開。
為何萬里迢迢飛去太空做實驗？因為飄浮的空間站與地表差別很大，特別是具有地面實驗室無法模擬的長期失重環(huán)境。在這里，地球上常見的物質(zhì)會出現(xiàn)不可捉摸的物理特性變化，比如氣體和液體中的對流和浮力現(xiàn)象消失，因不同密度所引起的沉淀和分層現(xiàn)象也全然不見。在褪去重力作用的面紗后，物質(zhì)運動規(guī)律往往以超出想象的方式浮現(xiàn)，對這些規(guī)律的理解和應用也催生了微重力科學這一嶄新領域。
太空實驗精妙復雜，不僅可以闡釋已知原理，還能檢驗前沿科學設想、推動科技應用。從這里獲取的科研成果和對科學規(guī)律認知的點滴進步，都可能極大地推動生產(chǎn)力的發(fā)展。以“燃燒”為例，這是地球上一種常見的現(xiàn)象，但人類至今仍缺乏完整的燃燒過程理論，也無法完全控制它所產(chǎn)生的負面作用。在太空，火焰呈球形，有時甚至會“隱形”，這些奇特的表現(xiàn)為探究燃燒原理開辟了新途徑。相關研究成果對于解決污染、火災、全球氣候變暖等問題意義重大。要知道，石油的燃燒效率每提高1%，全球每年就能節(jié)省幾億桶石油。同樣，失重環(huán)境中幾乎沒有浮力引起的對流，科學家可以觀察表面張力、磁力和電子力對液體和氣體混合流動的影響，有助于解決目前石油和天然氣輸送管道建設中的技術問題。
在太空，人類還能制造出不可思議的特殊材料和工業(yè)產(chǎn)品。例如，在空間站里，將不同金屬混合后可以得到特種合金，向液體金屬注入氣泡后可以得到類似軟木塞的泡沫金屬，采用懸浮冶煉方式能在不使用容器的情況下煉出純度極高的金屬產(chǎn)品。此外，在太空產(chǎn)生的晶體更大更純凈，制造出的玻璃纖維可達幾百米長，這都是“地球制造”難以實現(xiàn)的。
當“太空制造”可以產(chǎn)生顯著經(jīng)濟效益時，就有望建造“太空工廠”了。日前，美國航天技術公司“紅線”宣布，將向俄亥俄州立大學電子顯微鏡與分析中心出售其在國際空間站制造的兩克光學晶體，價格合每千克200萬美元，這項交易標志著太空制造產(chǎn)品首次在地球銷售。2021年11月，美國太空探索技術公司宣布與初創(chuàng)公司瓦爾達簽約，計劃于2023年在地球低空軌道上建造第一家“太空工廠”，利用太空環(huán)境優(yōu)勢生產(chǎn)高價值產(chǎn)品。
空間站獨特的實驗條件在諸多領域具有巨大潛力：這里有不受大氣層影響的高遠位置，為開展觀地和望天實驗提供得天獨厚的視角，可以更好地研究地球環(huán)境、探索宇宙世界；這里能直接揭示太空環(huán)境對于生命過程的作用與影響，為地球上研發(fā)新的生物技術貢獻靈感，為改善人類在太空的生活質(zhì)量提供依據(jù)……隨著航天事業(yè)的進步，航天員在軌時間和人數(shù)將大大增加，復雜的實驗設備也能通過天地往返運輸?shù)玫骄S修和升級，空間站的實驗種類有望進一步拓寬。太空實驗的不斷拓展，將促進科學技術的跨越式發(fā)展，更好地造福人類。
（作者為全國空間探測技術首席科學傳播專家、北京空間科技信息研究所編審）
《 人民日報 》（ 2022年07月26日 17 版）
(責編：牛鏞、袁勃)
