中国空间站建成两周年，科研应用获重大国际突破

本报记者 樊 巍
2024年12月30日，在即将迎来中国空间站全面建成两周年之际，中国载人航天工程办公室首次公开发布《中国空间站科学研究与应用进展报告》（2024年）（以下简称《报告》）。该报告对两年来中国空间站科学研究与应用进展进行了系统性总结。报告显示，截至2024年12月1日，中国空间站已在轨实施181项科学与应用项目，取得的多项应用成果为国际首次。

骨丢失对抗仪在轨防护 图源：《中国空间站科学研究与应用进展报告》（2024年）

中国空间站 图源：《中国空间站科学研究与应用进展报告》（2024年）

成为珍贵的“国家太空实验室”
2022年12月31日，中国空间站正式宣告建成。建成两年来，我国先后组织完成4次载人飞行、3次货运补给、4次飞船返回任务，5个航天员乘组、15人次在轨长期驻留，累计进行10次航天员出舱和多次应用载荷出舱，开展多次舱外维修任务，并刷新了航天员单次出舱活动时长的世界纪录，完成包括2名港澳载荷专家的第四批预备航天员选拔、低成本货物运输系统择优并启动研制等工作。目前，中国空间站在轨运行稳定、效益发挥良好。
《报告》介绍称，凭借长期微重力、宇宙辐射等独特环境条件，再结合航天员亲身参与、天地往返运输等突出优势，我国空间站已然成为一座珍贵的“国家太空实验室”。截至2024年12月1日，中国空间站已在轨实施181项科学与应用项目，上行近2吨科学物资，下行实验样品近百种，获取科学数据超过300TB，应用成果极为丰硕。
据《环球时报》记者了解，在中国空间站已在轨实施的181项科学与应用项目中，包括68项空间生命科学与人体研究领域的项目，69项微重力物理领域项目，44项空间新技术与应用领域项目。其中包括多项“国际首次”，如国际上首次获得空间发育的水稻和再生稻新的种质资源、国际上首次实现空间人胚胎干细胞分化为造血干/前体细胞、国际上首次实现空间微重力条件下的冷原子干涉陀螺、国际上首个建立高通量在轨微生物防控试验平台、国际上空间水生态系统在轨运行最长时间等多项开创性成果。各领域科学团队着眼国家重大需求进行深度挖掘，产出了系列原创性、前沿性、创新性成果，累计发表500多篇高水平SCI论文，获得150多项专利，部分成果已实现转移转化和推广应用，显著推动我国空间科学与应用快速发展。
“太空水稻”已实现大田种植
自1992年立项实施起，中国载人航天工程即提出“造船为建站，建站为应用”的发展理念。《报告》显示，在中国空间站开展的一百余项科学与应用项目中，部分相关技术成果已推广转化至航天技术领域和民用行业。
《报告》显示，在空间生命科学与人体研究领域，中国空间站实现了国际上首次在空间完成水稻“从种子到种子”的全生命周期培育，成功获得空间发育的水稻和再生稻新的种质资源，并在返回地面后实现了大田种植，证明在空间站发育的水稻种子具有活力和繁殖能力。该项研究也为未来载人深空探测中粮食的原位生产提供了直接实验证据和理论基础；中国空间站开展的水生生态系统在轨稳定运行及斑马鱼培养，水生生态系统正常运行43天，获得了空间水生生态系统在轨运行的最长国际纪录，实现了我国在空间站培养斑马鱼及在轨产卵的突破，该研究为未来构建空间生态系统提供了良好的生物元件；利用生物技术实验柜开展了空间微重力下的人胚胎干细胞的早期造血分化实验，首次在轨实现人多能干细胞分化出造血干细胞/前体细胞，为解决地面干细胞早期造血分化效率低的问题提供了新思路，为血液疾病患者提供更有效的治疗方法，有望推动生物制造业的发展。
此外，针对长期失重导致骨丢失难题，项目团队自主研发的骨丢失对抗技术，现已成为空间飞行任务的防护措施构成，对于地面老年骨质疏松症患者等人群的辅助治疗具有良好应用前景；聚焦长期航天飞行主要医学问题，项目团队研制的穿戴式穴位刺激服及便携式穴位刺激装置，也已成为空间飞行任务防护措施的组成部分，该装置还可应用于极地科考、航海、潜艇、密闭环境、卧床实验等人员整体健康状态评价与医学防护，对地面心血管疾病、衰老退行性疾病的辅助治疗也具有良好应用前景。
在微重力物理领域，《报告》显示，中国空间站在金属及难熔合金凝固机理方面取得具有重要影响的系列科学发现；在空间制备出了性能更优的新型红外探测器材料铟砷锑、层状柔性半导体晶体铟硒等，有望研制出更高性能的原型器件。制备出了大尺寸拓扑超导单晶、新型铁基超导材料，超导转变温度相较地面同类材料更高。验证了抗空间辐射高性能镁合金、凝胶复合润滑材料、形状记忆聚合物等材料的可靠性和稳定性，已初步尝试在不锈镁合金卫星电控箱、卫星热管、太阳能阵列和柔性太阳翼等方面应用。
在空间新技术与应用领域，《报告》介绍称，在空间应用新技术方向，中国空间站开展了国产高性能、复杂、新型电子元器件和传感器等空间效应机理研究及在轨验证，突破了长寿命抗辐照光纤及气密封穿舱和基于微纳结构的薄膜衍射光学成像等关键技术。航天技术试验方向在新型元器件材料与工艺技术、空间热管理技术、通信导航与控制技术、新型空间能量转换技术、食物再生技术、长期空间环境生物腐蚀防护技术等研究方向取得了系列重要进展：实现了斯特林热电转换技术首次在轨验证应用；建立国际首个高通量在轨微生物腐蚀试验装置，获得了我国首批在轨环境下航天器材料微生物腐蚀试验数据；首次利用靶向加热技术实现了空间液态微藻由“生”变“熟”。充分利用天舟货运飞船的搭载机会，在轨验证了空间高效无线配电试验，实现了氢氧燃料电池国内首次空间环境发电等。空间新技术与应用领域的系列研究进展已推广转化至航天技术领域和民用行业，有望在空间科学、空间应用、空间技术领域获得应用突破。
有望在暗物质等方向取得成果
“目前，我们正在研制具有国际竞争力的2米口径空间站巡天空间望远镜（CSST）等一批重大研究设施。作为国家太空实验室，中国空间站将在今后10-15年的运营中开展千余项研究，并大力开展科学普及和国际合作。”中国载人航天工程空间科学首席专家顾逸东介绍称，空间站应用的目标是：在基础前沿重要领域取得重大突破，进入国际科学前列；在应用基础和新技术方面，取得系统性认知和重大成果，解决国家重大需求，加强对经济、产业发展和人民健康方面科技供给，支撑科技强国建设。
据了解，在空间生命科学与人体研究领域，中国空间站将持续深化基础生物学、生物技术及转化、生命生态、生命起源研究，重点部署哺乳动物太空孕育、密闭生命生态等方向，进一步揭示和认识空间环境对生命各层次的影响机制和响应变化规律，在干细胞和再生医学、药物干预和研发、合成生物制造等先进生物技术方面取得突破；在微重力物理科学领域，将持续开展金属和合金微观组织及宏观性能调控机理研究，掌握空间晶体成核机制及生长规律，指导地面材料制备，解决“卡脖子”问题；在空间新技术与应用领域，将重点面向近地、地月空间、未来载人深空探测与在轨服务等国家战略需求，以创新航天应用为驱动，持续开展前瞻性空间应用项目、关键技术验证试验项目和新型航天系统演示验证项目，推进空间应用、新型航天系统及应用的能力提升。
值得一提的是，《报告》还公布了中国空间站在空间天文与地球科学领域的未来研究计划。《报告》显示，巡天空间望远镜有望在暗能量本质和暗物质性质等宇宙学基本问题、星系与活动星系核、银河系与近邻星系等方向取得国际重大成果。高能宇宙辐射探测、伽马射线偏振仪II围绕暗物质搜寻、宇宙线起源、极端天体演化等重要科学前沿问题有望取得突破。高分辨率温室气体点源探测、先进遥感技术体制验证等为香港地区多个研究领域提供数据支持。行星际尘粒采集与太空风化研究有望深入理解太阳系形成与早期演化过程。
而在合作交流方面，《报告》提出，中国空间站将积极扩大空间科学及应用国际合作，参与和实施国际大科学计划，坚持“和平利用、平等互利、共同发展”的原则，践行共商共建共享，开放科学数据，扩大成果产出，共享科学成果，建立多元化的空间科学与应用国际合作格局。