中國空間站天和核心艙4月29日成功發射，已在太空預定軌道就位，後續如何建造空間站、建成國家太空實驗室備受關注。

　據牽頭負責中國載人航天工程空間應用系統的中國科學院(中科院)30日透露，目前在中國空間站共安排13個科學實驗櫃，預計可滾動實施近千項實驗項目。

　每個實驗櫃都是一個太空實驗室

　中科院空間應用工程與技術中心介紹說，中國空間站作為國家級太空實驗室，在艙內、艙外部署眾多重大科學設施，同時利用微重力和輻射環境、航天員較長在軌駐留、天地往返等優勢，將開啟中國空間科學研究與應用的新時代。

　空間應用系統方面，目前在中國空間站天和、問天、夢天三個艙段艙內共安排13個科學實驗櫃，每個實驗櫃都是一個高功能密度的太空實驗室，可支持一個或多個方向的空間科學與應用研究。中國空間站艙外還安排若干暴露實驗平台，同時，巡天空間望遠鏡與空間站共軌飛行。

　這些重大設施可支持在軌實施空間生命科學與生物技術、微重力流體物理和燃燒、空間材料科學、微重力基礎物理、空間天文與天體物理等9個學科領域30餘個研究主題的科學研究，中國空間站在軌運營10年以上時間，預計可滾動實施近千項實驗項目。

　無容器實驗櫃溫度可達3000攝氏度

　這次隨中國空間站天和核心艙發射入軌的重大科學設施主要包括無容器材料實驗櫃、高微重力科學實驗櫃等。

　中科院項目團隊科普說，無容器是利用外界物理場產生的作用力來抵消物體的重力，從而使物體處於一個無接觸、無容器的狀態。地面目前有四種常用手段實現無容器狀態：靜電懸浮、氣懸浮、聲懸浮、磁懸浮。

　空間的「無容器」還能消除地面重力引起的熔體形變和熔體密度分層，利於亞穩態材料和新型功能材料的開發製備，利於熔體材料參數測量。所以，「無容器」技術對微重力環境下金屬和非金屬無容器深過冷凝固過程與機理研究、具有重大應用背景的新型功能材料製備研究、高溫熔體的熱物性精確測量研究具有重要意義。

　中國空間站無容器實驗櫃通過靜電懸浮技術實現無容器材料科學實驗，溫度可達3000攝氏度，可進行金屬、非金屬等無容器加工研究，揭示地面重力環境難以獲知的材料結晶、玻璃化、凝固、形核機理，獲得先進材料的空間製備技術和生產工藝關鍵條件，指導地面材料加工工藝的改進與發展。

　高微重力科學實驗櫃有兩種核心工作模式

　影響航天器微重力環境的因素非常複雜，對微重力水平影響也有很大差別，存在很多不可預知的因素，由此帶來的微重力變化也將在不同程度上影響空間科學實驗。

　中科院項目團隊表示，高微重力科學實驗櫃首創採用雙層懸浮隔離振動，可實現比空間站平台高2-3個數量級的高微重力水平，可開展相對論物理與引力物理、流體動力學及其應用、材料製備機理等前沿科學研究。利用高微重力科學實驗櫃提供的實驗條件，將開展國際前沿的空間冷原子干涉實驗、檢驗愛因斯坦等效原理等。

　高微重力科學實驗櫃核心工作模式有兩種：一是在櫃內開展磁懸浮實驗時，內體與懸浮實驗台外體無任何物理接觸，獨立漂浮在空中，外體通過無線傳能技術對內體進行供電、通過電磁力對其進行六自由度控制、通過WiFi進行信息傳輸，內體可獲得比平台微重力環境高2-3個數量級的微重力水平。

　二是開展櫃外噴氣懸浮微重力實驗時，航天員將懸浮實驗台從櫃內取出，在艙內釋放，懸浮實驗台通過觀察櫃上靶標，獲得自身位置和姿態，通過微推噴氣進行六自由度保持控制。懸浮實驗台外體通過微推噴氣，精確跟隨內體運動，隔離艙內空氣流動等環境擾動對內體科學實驗裝置的影響，實現高量級微重力水平。

　中科院透露，在中國空間站天和核心艙任務中，空間應用系統還研製提供應用信息與配電、應用流體迴路、空間環境要素監測、大型載荷掛點對接裝置等支持設備，建立應用任務在軌共用支持條件，為應用任務在軌運營提供支撐和保障；建設和運行天地支持系統，為應用項目的論證、研製、運營和持續產出高水平成果提供全壽命周期支持，推動中國空間科學與應用水平整體跨上新台階。

    頂圖：高微重力科學實驗櫃。　中科院供圖