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[!--downpath--]建設國家太空實驗室，將為我國舉辦多學科、系列化和常年的空間科學實驗，提供重要的歷史機遇。
▲陳冬（中）、劉洋（右）、蔡旭哲3名航天員將執行神舟十四號載人飛行任務，由陳冬兼任指令長。圖/新華社
文|長橋
據報導，6月4日舉辦的神舟十四號載人飛行任務新聞發布會介紹，將瞄準上海時間6月5日10時44分，發射神舟十四號載人飛船。而在神舟十四號飛行任務期間，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象的天宮空間站建造，建成國家太空實驗室。
據了解，2022年末，我國將完成空間站的建造并投入運行。屆時，國外內科學家將借助空間站搭載的多套實驗設備和檢測裝置劉洋上太空做物理實驗，在微重力、強幅射等太空環境條件下，舉辦科學實驗，驗證她們的奇思妙想，國家太空實驗室由此起航。
將要建成的中國空間站包括天和核心艙、問天實驗艙和夢天實驗艙三個主要部份。這三個艙段均配備了多套科學實驗柜，組成了太空實驗室的不同單元，用于舉辦航天醫學、空間生命科學與生物技術、微重力流體化學與燃燒科學、空間材料科學、微重力基礎數學、航天新技術等科學實驗。
其中，核心艙是航天員生活和工作的主要場所，主要用于統一控制和管理空間站的各個組成部份，也可以舉辦少量科學研究。將于明年發射的兩個實驗艙，是未來國家太空實驗室的主體。這么，將要建成的國家太空實驗室，具備什么獨到的實驗條件，又有什么科學實驗要在太空中舉辦呢？
探求微重力影響，為奔向更遙遠的深空做打算
跟月球上普通實驗室最大的不同就是，太空實驗室創造了長時間的微重力條件。
我們生活在月球表面，月球上的萬事萬物無不遭到重力的影響。而重力對二氧化碳和液體等流體的形態和數學物理性質形成的影響非常明顯。煮飯時，水會沸騰，氣泡會下浮；水和油的混和物，在靜置時會發生分層，那些都是重力影響的結果。
這些重力效應，既能影響混凝土的融化過程，改變建筑物的受力狀況，也會影響抗生素的提純、新材料的研發和高含量卡介苗的生產。
甚至可以說，月球上的一切生命，包括昆蟲、植物和微生物的生存、繁衍和進化，仍然是適應重力的結果，也同樣對人類的生存、進化和健康，有著重要影響。例如，動物出芽時，會向下生長，向上植根，而人在長時間躺臥時，血液會由于重力作用涌入頭部，四肢便會疼痛。
空間站上的重力則只有月球表面的千分之一到萬分之一。這為研究微重力條件下的各類自然現象，創造了優越的實驗條件，讓一些被重力掩藏的實驗現象開始顯露。
其中一個比較典型的事例就是燃燒。在太空中，火苗呈現球狀，火勢也不會像月球上那樣快速漫延，明顯不同于月球上看見的樣子。這是由于火焰周圍被加熱的空氣，不再由于密度的不同而形成對流。
與此同時，微重力環境都會影響一些基礎化學的實驗條件，讓科學家在更高的精度上舉辦實驗，驗證引力波、光速、時間等基礎理論。
太空中的微重力環境，對生物體及其各個組成部份的影響也非常明顯。我們只要認清楚這些影響，能夠探求一些癌癥的機理，能夠為人類適應太空環境、飛向更遙遠的深空做好打算。
▲神舟十四號載人飛行任務航天員與記者碰面。圖/新華社
國家太空實驗室，是我國空間科研的歷史機遇
微重力之外，相對于強悍的月球磁場，太空還具有弱磁場特性。由此形成的強烈太空幅射劉洋上太空做物理實驗，對航天器、航天員和電子設備帶來了害處，甚至會影響到航天器的運行安全。
但這種成份復雜、能量高低不同的宇宙射線和高能粒子，卻是地面無法模擬的。這有利于研究太空幅射對生物的影響，也是舉辦空間化學研究、高能天文觀測和粒子天體化學研究的必要條件。
空間站的艙外，是強烈的太陽紫外幅射和高能宇宙射線。真空中，因為太陽光照射和陰影遮擋，使實驗材料在低溫和極高溫的環境中快速冷熱交替。氫氣分子電離后形成的原子氧，對航天器的內層材料會形成明顯侵蝕。
為了研究這種復合環境條件形成的綜合效應，太空實驗室配備了艙外曝露實驗平臺，配置了多個標準荷載插口或小型荷載的掛點，以研究太空極端環境對材料、電子元件、生物體和組織臟器的影響。
正是這些高真空、微重力、強幅射、劇烈溫差變化等多種環境條件復合在一起，創造了地面實驗室無法具備的奇特實驗條件。
目前，中國空間站的研究環境、應用資源，鼓勵研究的主要方向，可以提供的信息支持和有效荷載的上下行支持等基本條件，均已向科學界公開發布。未來，中國空間站將持續在軌營運10年以上，國家太空實驗室也將在這10年時間里，為我國舉辦多學科、系列化和常年的空間科學實驗，提供重要的歷史機遇。
值得一提的是，空間站運行的軌道遠離月球大氣層，處于電離層中的F2層，也是進行天文觀測理想場所。我國計劃于2024年發射的巡天光學艙，將與空間站伴飛，成為觀測宇宙的神器。
據悉，中國空間站還面向中學生征集了多輪科學實驗方案，以迸發小孩們對科學的興趣，讓她們的創意在太空中開花結果。這無疑也是未來建成國家太空實驗室的意義之一。
撰稿/長橋（太空探求與科學教育專家、科普畫家）
編輯/馬小龍
校對/盧茜