新的一年，中國空間站邁入全面建成運行后的第三個年頭。已在軌實施180余項科學(xué)與應(yīng)用項目，上行實驗?zāi)K、單元及樣品等近2噸科學(xué)物資，下行空間科學(xué)實驗樣品近百種，產(chǎn)出一系列原創(chuàng)性科學(xué)成果。當前，空間站里正在進行哪些實(試)驗？地面的科研人員們近期正在開展哪些研究工作？又取得了哪些最新成果？
這兩天，在中國科學(xué)院生物物理研究所的實驗室里，科研人員正在對送到中國空間站的果蠅最新在軌監(jiān)控視頻進行生長繁育、行為學(xué)等方面的分析研究。果蠅是一種以水果為食物的小型蠅類昆蟲，是一種成熟穩(wěn)定的模式動物，人類對果蠅開展的研究已有百年歷史。2024年11月15日，果蠅隨天舟八號貨運飛船進入中國空間站開展實驗。
中國科學(xué)院生物物理研究所研究員李巖表示，果蠅在太空中，可以像地面上一樣進行求偶、交配、繁育后代，在這些行為過程中，也看到了一些和地面很不相似的新的行為模式——
果蠅在地面上會爬行，會飛行。
在天上，果蠅會出現(xiàn)一些飄浮，甚至翻跟頭的狀態(tài)。
目前，也在借助地面上更多的視頻處理技術(shù)和人工智能來輔助進行分析。
去年11月果蠅進入空間站
已在軌繁育三代
專家稱，在中國空間站的果蠅研究平臺，設(shè)定有非常嚴格的溫濕度、光照周期和氣體循環(huán)條件。通過兩個月左右時間的在軌培育，果蠅已經(jīng)培育出第三代，航天員對每一代果蠅都進行了采樣收集。
通過連續(xù)視頻監(jiān)控，科研人員目前已經(jīng)獲得超過4TB的果蠅在軌視頻數(shù)據(jù)，這對分析研究果蠅在空間環(huán)境中的生長發(fā)育以及睡眠、求偶、活動性等行為特征具有重要作用。
顆粒振動實驗
首次觀察到反“巴西果”效應(yīng)
中國空間站建成兩年以來，開展了各類科學(xué)實驗和試驗，有不少實驗結(jié)果是科學(xué)家們首次發(fā)現(xiàn)。例如，在顆粒動力學(xué)實驗中，首次觀察到反“巴西果”效應(yīng)。科研人員把大小不同的顆粒裝在容器中，在中國空間站變重力柜中，探索在不同重力條件下振動，大大小小的顆粒混合物會怎么運動。看似簡單的太空實驗，究竟又有哪些特殊的意義呢？
在中國科學(xué)院物理研究所，科研人員告訴記者，月球上、火星上，表面都覆蓋著風(fēng)化層，這些都是顆粒物質(zhì)集合體。在日常生活中，我們常常觀察到顆粒物質(zhì)的行為，例如在搖晃的堅果罐子中，較大的堅果在搖晃中會走到上層，較小的顆粒會向下走，這種現(xiàn)象被稱為“巴西果”效應(yīng)。但是在中國空間站的微重力環(huán)境下，科研人員第一次發(fā)現(xiàn)了奇異的現(xiàn)象。
中國科學(xué)院物理研究所研究員 厚美瑛：
我們觀察到了重力起到了非常關(guān)鍵的作用。在地面上是“巴西果”效應(yīng)，可是在低重力的水平體上，看到的是反“巴西果”效應(yīng)。所謂的反“巴西果”效應(yīng)，大顆粒會往下走，它有一個重力依賴關(guān)系。當重力水平漸漸變高的時候，大顆粒又恢復(fù)到上升。這個是我們這次的實驗里，最重要的一個結(jié)果。
專家稱，類似的實驗在地面過去只能通過計算機模擬來實現(xiàn)。2022年11月，由科研團隊設(shè)計的混合顆粒實驗裝置隨天舟五號貨運飛船運抵中國空間站問天艙，開始利用變重力科學(xué)實驗柜開展不同重力條件下，顆粒混合物的振動分聚實驗。經(jīng)過一年半左右的在軌實驗，目前該實驗已經(jīng)告一段落。這項研究首次在微重力環(huán)境下系統(tǒng)地揭示了振動顆粒介質(zhì)中侵入體動力學(xué)行為的轉(zhuǎn)變機制。通過實驗，研究團隊不僅驗證了重力在顆粒介質(zhì)行為中的關(guān)鍵作用，還為未來的太空探索提供了重要的理論支撐。
將開展小鼠空間孕育
新材料等前沿研究
2024年年底發(fā)布的《中國空間站科學(xué)研究與應(yīng)用進展報告》(2024)指出，中國空間站作為我國覆蓋空間科學(xué)相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域最全、在軌支撐能力最強，且兼?zhèn)溆腥藚⑴c和上下行運輸?shù)泉毺貎?yōu)勢的“國家太空實驗室”，是我國最大的綜合性近地空間研究設(shè)施，計劃在軌穩(wěn)定運行十年以上。作為國家太空實驗室，在今后10到15年的運營中還將陸續(xù)開展千余項研究項目。
《中國空間站科學(xué)研究與應(yīng)用進展報告》(2024)顯示，目前，我國規(guī)劃了空間生命與人體研究、微重力物理科學(xué)、空間天文與地球科學(xué)、空間新技術(shù)與應(yīng)用四大研究領(lǐng)域32個研究主題，已在軌實施180余項科學(xué)與應(yīng)用項目。
中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員張偉表示，在空間生命科學(xué)方面，主要圍繞植物、動物、微生物和細胞，開展了大量的實驗研究，其中，
植物方面，在國際上首次實現(xiàn)了從種子到種子的水稻的全周期培養(yǎng)，而且返回的樣品在地面進行了大田的種植。
另外在太空實現(xiàn)了斑馬魚和金魚藻的二維生態(tài)系統(tǒng)的研究，為以后開展脊椎動物的研究，特別是骨丟失和肌肉萎縮的研究也奠定很好的基礎(chǔ)。
圍繞著難熔合金，特別是在地面難以熔化的一些合金材料、多元金屬，在太空利用無容器材料實驗條件，開展了研究，這些為開發(fā)未來的航空發(fā)動機葉片材料等一些重要的合金材料奠定了基礎(chǔ)。
專家介紹，在中國空間站開展的首批空間科學(xué)、應(yīng)用實驗與技術(shù)試驗項目進展順利，各領(lǐng)域科學(xué)團隊面向國家重大需求，產(chǎn)出了系列原創(chuàng)性、前沿性、創(chuàng)新性成果，累計發(fā)表500多篇高水平SCI論文，獲得150多項專利，部分成果已實現(xiàn)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化和推廣應(yīng)用，顯著推動了我國空間科學(xué)與應(yīng)用快速發(fā)展。未來一段時間中國空間站的研究規(guī)劃當中，還有眾多前沿領(lǐng)域的研究項目將陸續(xù)開展。例如在空間生命科學(xué)方面，科研人員計劃將開展小鼠的空間生命孕育。在新材料研究、空間天文研究領(lǐng)域也都將有新舉措。
中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員張偉表示，
新材料研究方面
規(guī)劃了高熵合金，也就是五種金屬以上形成的合金，還有功能晶體，包括閃爍晶體、半導(dǎo)體晶體，各種方方面面材料在太空的研發(fā)和制備。
在空間天文方面
未來要上行巡天空間望遠鏡，高能宇宙輻射探測設(shè)施等旗艦型的重大設(shè)施。
期望未來上天以后，將有大量的科學(xué)成果發(fā)現(xiàn)，比如在宇宙起源與演化、生命起源的演化和系外行星的搜尋這些重大前沿問題上，能取得中國人的貢獻。
(總臺央視記者 帥俊全 褚爾嘉 李峻)