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[!--downpath--]建设国家太空实验室，将为我国举办多学科、系列化和常年的空间科学实验，提供重要的历史机遇。
▲陈冬（中）、刘洋（右）、蔡旭哲3名航天员将执行神舟十四号载人飞行任务，由陈冬兼任指令长。图/新华社
文|长桥
据报导，6月4日举办的神舟十四号载人飞行任务新闻发布会介绍，将瞄准上海时间6月5日10时44分，发射神舟十四号载人飞船。而在神舟十四号飞行任务期间，将全面完成以天和核心舱、问天实验舱和梦天实验舱为基本构象的天宫空间站建造，建成国家太空实验室。
据了解，2022年末，我国将完成空间站的建造并投入运行。届时，国外内科学家将借助空间站搭载的多套实验设备和检测装置刘洋上太空做物理实验，在微重力、强幅射等太空环境条件下，举办科学实验，验证她们的奇思妙想，国家太空实验室由此起航。
将要建成的中国空间站包括天和核心舱、问天实验舱和梦天实验舱三个主要部份。这三个舱段均配备了多套科学实验柜，组成了太空实验室的不同单元，用于举办航天医学、空间生命科学与生物技术、微重力流体化学与燃烧科学、空间材料科学、微重力基础数学、航天新技术等科学实验。
其中，核心舱是航天员生活和工作的主要场所，主要用于统一控制和管理空间站的各个组成部份，也可以举办少量科学研究。将于明年发射的两个实验舱，是未来国家太空实验室的主体。这么，将要建成的国家太空实验室，具备什么独到的实验条件，又有什么科学实验要在太空中举办呢？
探求微重力影响，为奔向更遥远的深空做打算
跟月球上普通实验室最大的不同就是，太空实验室创造了长时间的微重力条件。
我们生活在月球表面，月球上的万事万物无不遭到重力的影响。而重力对二氧化碳和液体等流体的形态和数学物理性质形成的影响非常明显。煮饭时，水会沸腾，气泡会下浮；水和油的混和物，在静置时会发生分层，那些都是重力影响的结果。
这些重力效应，既能影响混凝土的融化过程，改变建筑物的受力状况，也会影响抗生素的提纯、新材料的研发和高含量卡介苗的生产。
甚至可以说，月球上的一切生命，包括昆虫、植物和微生物的生存、繁衍和进化，仍然是适应重力的结果，也同样对人类的生存、进化和健康，有着重要影响。例如，动物出芽时，会向下生长，向上植根，而人在长时间躺卧时，血液会由于重力作用涌入头部，四肢便会疼痛。
空间站上的重力则只有月球表面的千分之一到万分之一。这为研究微重力条件下的各类自然现象，创造了优越的实验条件，让一些被重力掩藏的实验现象开始显露。
其中一个比较典型的事例就是燃烧。在太空中，火苗呈现球状，火势也不会像月球上那样快速漫延，明显不同于月球上看见的样子。这是由于火焰周围被加热的空气，不再由于密度的不同而形成对流。
与此同时，微重力环境都会影响一些基础化学的实验条件，让科学家在更高的精度上举办实验，验证引力波、光速、时间等基础理论。
太空中的微重力环境，对生物体及其各个组成部份的影响也非常明显。我们只要认清楚这些影响，能够探求一些癌症的机理，能够为人类适应太空环境、飞向更遥远的深空做好打算。
▲神舟十四号载人飞行任务航天员与记者碰面。图/新华社
国家太空实验室，是我国空间科研的历史机遇
微重力之外，相对于强悍的月球磁场，太空还具有弱磁场特性。由此形成的强烈太空幅射刘洋上太空做物理实验，对航天器、航天员和电子设备带来了害处，甚至会影响到航天器的运行安全。
但这种成份复杂、能量高低不同的宇宙射线和高能粒子，却是地面无法模拟的。这有利于研究太空幅射对生物的影响，也是举办空间化学研究、高能天文观测和粒子天体化学研究的必要条件。
空间站的舱外，是强烈的太阳紫外幅射和高能宇宙射线。真空中，因为太阳光照射和阴影遮挡，使实验材料在低温和极高温的环境中快速冷热交替。氢气分子电离后形成的原子氧，对航天器的内层材料会形成明显侵蚀。
为了研究这种复合环境条件形成的综合效应，太空实验室配备了舱外曝露实验平台，配置了多个标准荷载插口或小型荷载的挂点，以研究太空极端环境对材料、电子元件、生物体和组织脏器的影响。
正是这些高真空、微重力、强幅射、剧烈温差变化等多种环境条件复合在一起，创造了地面实验室无法具备的奇特实验条件。
目前，中国空间站的研究环境、应用资源，鼓励研究的主要方向，可以提供的信息支持和有效荷载的上下行支持等基本条件，均已向科学界公开发布。未来，中国空间站将持续在轨营运10年以上，国家太空实验室也将在这10年时间里，为我国举办多学科、系列化和常年的空间科学实验，提供重要的历史机遇。
值得一提的是，空间站运行的轨道远离月球大气层，处于电离层中的F2层，也是进行天文观测理想场所。我国计划于2024年发射的巡天光学舱，将与空间站伴飞，成为观测宇宙的神器。
据悉，中国空间站还面向中学生征集了多轮科学实验方案，以迸发小孩们对科学的兴趣，让她们的创意在太空中开花结果。这无疑也是未来建成国家太空实验室的意义之一。
撰稿/长桥（太空探求与科学教育专家、科普画家）
编辑/马小龙
校对/卢茜