“银河明白！”——揭秘国家太空实验室的青春力量

来源：中国青年报2024-11-21 21:09

　　多批次空间科学实验样品随神舟飞船返回，科研人员对返回科学实验样品进行检验及初步分解。本版图片均由中国科学院空间应用工程与技术中心提供

　　中国空间站科学实验柜部署情况。

　　编者按

　　它可以是“世界上最冷的地方”，以接近绝对零度的温度“冻”住原子的“脚步”；它也可变身“太空熔炉”，难熔的高强铌合金在这里被激光加热至2400摄氏度，熔成完美的球形，这种超高温合金被认为是下一代火箭和航空发动机的重要备选材料——它就是中国空间站里的太空实验室。水稻种子在这里萌发，然后拔节生长，结出的种子已在地球孕育两代；不仅4条斑马鱼曾在这里安家，小鼠胚胎在这里裂变，而且密密麻麻的新材料样品被安置在太空舱外的暴露平台，经受宇宙射线等极端环境的洗礼……也许，一场科技革命的惊雷正在太空实验室酝酿。

　　中青报·中青网记者为您揭秘中国空间站上一项项科学实验正在如何被推进，天地一体的实验平台如何运作，以及投身这项大国重器建设的年轻科技人才是如何迅速成长的。

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　　北京时间2024年11月16日两点32分，天舟八号货运飞船与中国空间站天和核心舱成功对接。包括坚硬的月壤砖、轻舞的果蝇，天舟八号共搭载了36项空间科学实验项目上天，总重量超过450公斤。

　　400公里，是中国空间站与地球的距离。中国的太空实验室在怎样运行？如何支撑下一步登月、探火，乃至飞出太阳系、飞向深空？航天员还会在空间站做什么样的实验？实验成果指向什么目标？

　　谁能回答这一连串的太空科学问题？

　　它说陌生也不陌生：每次直播载人航天火箭发射，“北京明白”“东风明白”“银河明白”……几个系统和基地的“明白”，给了大家极大的信心与安慰。而主导空间站科学实验的，就是“银河”。

　　中青报·中青网记者以半年时间沉浸式采访“银河”——位于北京航天城的中国科学院空间应用工程与技术中心（以下简称“中国科学院空间应用中心”），试图揭开国家太空实验室的神秘面纱，打开中国进入空间站时代的科学实验“核心舱”。

　　千里之行始于足下光年之行始于实验柜

　　这几天神舟十九号航天员十分忙碌，天舟既然将货送达，他们就要赶紧拆封验货了。

　　11月16日9点24分，“神舟十九号，你好！我是‘银河’，请开始操作。”“银河”在中国科学院空间应用中心的有效载荷运控大厅发出指令。航天员进入天舟八号，取出了亚磁果蝇装置，飘着回到问天实验舱。

　　此时，“银河”指导航天员蔡旭哲、王浩泽打开科学实验柜的面板，把刚送上天的果蝇“小房子”放进了生物培养模块的“抽屉”，然后接通电路、液路。

　　10点49分至17点，“银河”通过上行指令控制和下行遥测数据监视，对“小房子”进行上电自检，调试温湿度，切换光照的白天模式和夜晚模式，一切正常。万事俱备只缺果蝇了。

　　17点25分，“银河”再次呼叫航天员，宋令东、王浩泽将果蝇培养盒装入“小房子”，18点26分通电，果蝇正式入住太空。

　　“在微重力条件下，果蝇活性良好，比地球上飞得还欢实。”地面的中国科学院空间应用中心有效载荷运控中心主任王红飞和身旁的科学家心里的石头落了地。

　　这几天，随着天舟八号上行科研项目在轨实验的推进，地面上一个个跟天上一模一样的实验柜也运转起来。

　　记者套上鞋套，穿上实验服，走进一个密闭的小空间，一阵凉凉的风在身体上下猛吹，此谓“风淋”，以阻止外界污染及未被净化的空气进入洁净间。1分钟后，那扇神秘的门终于在中青报·中青网记者面前打开——

　　没想到，在北京郊区，还“隐藏”着一个“地面空间站”，房间干净、开阔、明亮，14个约一人高的柜子立成两排。

　　这里是地面上与中国空间站平行运行的科学实验系统镜像平台，中国空间站中也有14个一模一样的“孪生兄弟”。航天员在天上做实验的时候，可以通过镜像平台进行天地比对分析研究。科学载荷上天前，需要在这里进行最终确认测试，航天员也能够在此进行科学实验的操作训练。一些科学实验万一在轨出现特殊情况，能够在这里进行故障排查定位，并验证解决措施。

　　“就像风筝，无论飞多远，都要有一头抓在手里。”穿行在柜子中间，中国科学院空间应用中心副主任、中国载人航天工程空间应用系统副总设计师王珂研究员形容“银河”的工作，就是国家太空实验室的“大管家”和太空实验的“总策划”。中国航天，向来探索一代、预研一代、研制一代、批产一代，每一步都扎扎实实，每一项基础实验都指向重大目标。

　　这些实验柜身形无二却各怀绝技，柜名就让人“不明觉厉”：超冷原子物理实验柜、无容器材料实验柜、高精度时频实验柜、高微重力科学实验柜……而刚刚上天的果蝇就被放在生命生态实验柜中。

　　古人这样形容世界：“其大无外，其小无内。”辽远的宇宙没有边际，细分的原子没有尽头。实验柜里仅是一个个小“抽屉”，就是要承托一项项顶尖实验，要能代表人类对宇宙的探索，又要能凸显在轨道上的微重力环境中做实验的优势。

　　比如，神舟十八号乘组带回地球的“太空特产”之一——高温难熔铌合金便在其中一个“抽屉”里经受了“烤”验。

　　铌是一种难熔金属，熔点达2400多摄氏度。铌合金可用作航天和航空工业的热防护和结构材料，被认为是下一代火箭和航空发动机的重要备选材料。

　　然而这个实验在地面，却总为无处不在的重力所困。

　　中国科学院院士、西北工业大学教授魏炳波将“铌合金物理特性研究”实验过程比作“微波炉做饭”。在地面实验加热到2000摄氏度的铌很容易碰到“炉子壁”而被污染。而在太空微重力条件下，金属样品能悬浮在“微波炉”的中央，再用激光把它加热，这个实验想要验证的合金特性就变得一目了然了。

　　“千里之行始于足下，光年之行始于实验柜。”牵头组织研制实验柜，是国家太空实验室“大管家”的一项特殊任务。一个科学实验柜，相当于一个综合性实验室，可以支持一个或多个方向的空间科学与应用研究。小，是这些实验柜的一大特点。“如何把地面上一间几十平方米的实验室，塞进两立方米的空间里，还要实现指标先进、可靠性高？这是实验柜研制面临的最大挑战。”中国科学院空间应用中心高级工程师康博奇介绍说。

　　“国际空间站虽然已有先例，但是我们拿不到什么有用的东西。”康博奇说，团队几乎是从0开始，独立研制具有“中国特色”的太空科学实验柜，用最小的重量搭载最多的科学载荷，承载更多的科学研究项目，最大限度提高有限空间的利用率。

　　过去10多年间，“银河”团队针对实验柜进行了几百次仿真和力学试验验证。最早的实验柜自重200公斤，只能载重200公斤；而最终，他们实现了在柜体主结构不到100公斤的情况下，承重能力达到500公斤，与国际空间站实验柜结构承载能力相比高出两倍。

　　在网上流传着一张国际空间站与中国空间站的实验舱内部对比照：前者由16个国家共同建造、运行和使用，柜体不一、线路杂乱；后者则十分整齐清爽。“我们的柜子一看就是‘一家子’的。”这让康博奇和同事们非常骄傲。

　　记者站在地面的实验柜前，听王珂自豪地讲述这些实验柜的高超本领：在这14个“兄弟”里，超冷原子物理实验柜最“高冷”，它是世界领先的中国首个微重力超冷原子物理实验平台，在这个“世界最冷的地方”可以观测到宏观量子现象；高精度时频实验柜则拥有“超高精度时间频率”，既能用于基础物理的研究，支撑相对论等相关理论的高精度检验，也可以为太空中飞行的卫星提高定位、定时精度。

　　当我们仰望太空，可能两相系统实验柜内的高速摄像机，正在捕捉液体在微重力环境下如何传热；燃烧科学实验柜里的甲烷已被点燃，冒出一个短而圆的蓝色小火球；高温材料科学实验柜，又被称作太空制备材料的“梦工厂”，或许，正在寂静的太空中孕育着新材料领域下一场革命的惊雷……所有这些成果，都将会在不远的将来支撑国家重大战略需求、服务国计民生。

　　每一个实验都既为飞得更远，也为服务地球生活埋下了伟大伏笔

　　在太空中长期居住，食物从哪里来？

　　中国人早已把菜园搬到了空间站。返回地球前不久，神舟十八号乘组的航天员还展示了生机勃勃的“太空菜园”。

　　不仅种菜，他们还种粮。中国空间站问天实验舱中的生命生态实验柜，是太空生命个体的“太空旅馆”，水稻就是其中的“旅客”之一。

　　如今，在中国空间站结穗长出的59粒“太空稻种”，已在地球上繁殖了两代，进入了大田种植。中国科学院空间应用中心应用发展室主任张伟研究员告诉记者，空间环境下实现从种子到种子的世代更替，中国人又一次创造了“世界首次”。

　　餐桌上的碳水化合物有了着落，蛋白质也不能少。“银河”这位太空实验的幕后“总策划”，负责组织太空实验项目的遴选，又把斑马鱼和金鱼藻这对组合随神十八送上了天。“太空养鱼”成真，实现了我国在太空培育脊椎动物的突破。

　　“这是国内首次在轨水生生态研究项目，主要是研究在小型密闭系统中鱼和藻的相互作用。未来，人类有望在太空建立基地或在太空驻留足够长时间，资源上的自给自足非常必要。”85后韩培笑着说，“这既是一场关于生命科学的探索，更承载着人类在地外长期生存、建设家园的梦想。”

　　韩培是一名海归博士，在“银河”负责科研项目遴选的组织工作。在这个岗位上，面对成百上千项申请“上天”的科研项目，拥有一双“慧眼”是制胜的法宝。“我们要敏锐地发现国家需要什么、老百姓需要什么、国际前沿在研究什么。”她说，“既要站得高，也要看得远。”韩培那双望向未来的眼睛，盯上了一项研究“太空孕育”的科研项目——把小鼠的受精卵送上太空，看它能否在体外继续发育，“这将为人类未来在地外长期生存提供依据或参考”。

　　“造船为建站，建站为应用。”载人航天工程“三步走”，每一步的落脚点都是“空间应用”。空间科学与应用研究，在我国是一个较新的领域，张伟说自己和团队也是在“蹚路”。究竟什么样的科研项目能上天？张伟用一句话简单概括，“科学上有贡献，技术上可行，工程上可实现”。

　　如今，这名曾经的大学教师又找到了新的“讲台”。他和团队每年都会去全国各地进行宣讲，让更多科学家了解、参与太空实验，“我们要汇集一流的科学家、一流的科研项目，去探索未来更多的可能性”。

　　人类之于宇宙，如襁褓中的婴儿

　　“神舟十九号已完成操作，‘银河’可以继续进行实验。”

　　“银河明白！”

　　中国科学院空间应用中心的运控指挥大厅仿佛是一个飞船驾驶舱。眼前的大屏幕不断滚动显示着中国空间站的飞行轨迹、舱内画面、航天员操作动作等。

　　屏幕上不断跳动的数字0、1——那是中国空间站科学实验柜的“心跳”。

　　大厅顶部的正中间被设计成一个类似出舱盖的圆盘，上面印着中国载人航天工程的英文缩写CMS（China Manned Space），“舱门”下方是一排排环形的工位。

　　“这意味着我们所有人都要围绕着中国载人航天工程‘转’。”有效载荷运控中心副主任设计师王亦风是85后，这个约200平方米的大厅，就是他和同事们的“战场”。

　　11月15日，随着天舟八号货运飞船成功发射，“银河”人迎来了更加繁重的科研任务。“我们已经准备好连续加班一个月了！”王红飞说。中国空间站在轨运行的1295天里，运控大厅的灯火和大屏幕从未熄灭，每天24小时均有工作人员值守，负责支持维系一项项太空实验的稳定、有效运转。这是一场“持久战”。

　　“在太空实验中，超过九成的指令从这里发出。”王亦风告诉记者，太空实验的操作是一个天地协同的过程，“24小时的实验，大多数是我们与实验柜之间和谐的‘独处’，必要时才会请航天员精密操作配合”。

　　这个大厅，相当于打开了太空实验的“天地通道”。王亦风和他的同事们是这里的“超级大脑”，他们的大脑里仿佛装着一个长长的时间表，什么时候进行哪项实验、实验需要和哪些团队单位协同及每个科学实验柜的运行状况等，他们必须心中有数。

　　王亦风和同事们的一项重任就是保证太空实验稳定高效地滚动进行——要保证两个“拎包入住”，一是科学家的好项目来了能丝滑入住实验柜，顺利上天；二是航天员从天舟丝滑取出实验载荷，打开包就能做实验。

　　“你知道8.75天是什么意思吗？”中国科学院空间应用中心载人航天应用办公室主任张璐研究员问记者。

　　2020年国庆节前，天和核心舱里所有科学实验柜的研制已完成，需要进行最后的状态设置和测试，留给张璐等人的时间只有8.75天。他们把时间节点精确到分钟，按照流程完成了百余台套设备、几百个工序的装配调试及测试确认。

　　“在我们这里不存在‘卡点下班’一说，在大家观念里，没有加班，只有做事，为国家做事。”张璐说，载人航天工程是多方协同的大工程，“一个节点耽误了，后面所有的节点都会受影响。所以，我们一定不能让活儿掉地上”。

　　在张璐给记者展示的照片中，有人把床搬进了厂房，有人直接躺在地上就睡着了。厂房中，鲜红的党旗、国旗特别显眼，还有4条巨大的红色缎带，上面分别写着——特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献。

　　时间，在这里格外珍贵。“我们必须抢时间！”热爱马拉松长跑的王珂接受记者采访时说，“要想跟国际竞争，必须跑起来”。

　　“比如说‘太空孕育’，国际上也在做相关研究，就要看谁先做出来。”张伟说。

　　这次天舟八号发射，王珂第二次来到海南文昌。谈到火箭发射，王珂说，那是一种风云变色、大地震颤的感觉。“仰望苍穹，人显得如此渺小。火箭是带着人类探索宇宙的好奇心冲出大气层的。中国的太空探索就像婴孩新生，我们将组织全国更多的科学家参与国家太空实验室工作，共同开发利用空间站实验环境，产出更多、更大的科研成果。”

　　“山河远阔，人间星河；无一是你，无一不是你”

　　发射的激情感染着年轻的“银河”人们。他们大多是拥有硕士、博士学位的学霸，但进入了这个团队，他们的任务就是为航天员服务、为科学家服务。因为是“银河”，为了公平，组织筛选出效度高的实验上天，他们甘居幕后；因为是“银河”，科学家在太空实验室做的实验，他们呕心沥血却不能在论文上出现姓名；因为是“银河”，任务如山也要万无一失，没有节假日。

　　而发射成功、任务成功也最能慰藉到这些辛苦了多年的“银河”人。此时的大海之上，银河静谧，他们在感受自己点亮的那一星微茫之光。

　　在这里的不到10年时间，中国空间站科学实验柜就从设想变为现实。目前，中国空间站建成将满两年。空间应用系统已在轨开展了百余项科学实验和应用试验，随载人飞船返回6批次近百件样品，样品主要包括金属及合金材料、功能晶体、非金属复合材料等材料样品，以及细胞、蛋白质、植株等生命实验样品。

　　据介绍，“银河”科研团队平均年龄38.46岁，35岁（含）及以下人员占比33.33%，45岁（含）及以下人员占比84.14%。接受采访的青年骨干多是85后，他们的共同经历是研究生毕业，进入“银河”团队，经过前后10年跟实验柜、航天员、科学家、各种科研项目打交道做任务，迅速成长起来，成为科研主力军。

　　被航天梦感召而来的00后助理工程师彭园，是“银河”团队最年轻的一员，刚入职就参加了天舟八号发射场测发任务。火箭的震颤轰鸣，前辈的言传身教，让她心中的“星辰大海”化作了第一条职业信条：“只有了解科学实验的‘来龙去脉’，才能把国家太空实验室的技术吃透，真正把工作做好、做踏实。”

　　85后博士杜昌帅是中国科学院空间应用中心系统总体室副研究员，一直在与“热”较劲。

　　中国空间站第一次在轨点火成功，这背后就有他的一份功劳。和地面上不同，在燃烧科学实验柜亮起的那团火焰，更短、更圆、更蓝。从点燃到熄灭，这团火焰持续了20多秒，他和团队则为此努力了近10年。

　　这“高压”的10年，也见证了他的快速成长，如今他已是一名热控工程专家。在他心中，那团火焰依然在燃烧。

　　“看，这些都是我设计的。”95后崔博指着电脑屏幕上实时显示的空间站画面说，那一个个实验柜上的标识等都是他亲手设计的，语气中有掩饰不住的骄傲。

　　甚至有人说，“在这里拧个螺丝钉都是自豪的，都是在为国出力”。

　　“一提到载人航天，谁不觉得厉害？”中国科学院空间应用中心空间实验技术研究室工程师于得权，2017年从北京航空航天大学硕士毕业后，就来到这里工作。他说，自己被载人航天的“酷炫”吸引而来。

　　60年前，美国著名空间法律师、普林斯顿大学约翰·C·库珀教授提出：“一个国家的科学技术能达到多高，就拥有那个高度的空间主权。”在中国载人航天工程空间应用系统总指挥、中国科学院空间应用中心副主任王强研究员看来，空间科学与应用链接了宇观和微观研究的前沿，不仅是探索太空奥秘、拓展认知能力、推进人类文明进步的重要学科，也是服务国家经济社会发展、实现和平利用太空、提升大国地位的战略制高点。他说：“国家太空实验室是我国未来10-15年规模宏大、技术先进的空间综合研究实验平台，将为我国空间科学与应用研究提供前所未有的发展机遇。”

　　据了解，“银河”已经牵头组织完成未来10-15年空间站应用任务论证规划，提出四大研究领域、32个研究主题、76项研究计划、41个重点研究计划，预计未来10年实施近千项研究项目。“当前，科技发展瞬息万变，我们将始终紧盯世界科技前沿、国家重大需求，组织国内外科学家持续开展战略研究，动态完善任务规划。同时，采用最前沿的技术对舱内外在轨实验设施进行更新升级，确保始终以尖端的技术有力支持前沿科学实验的开展。我们有信心、有决心在太空实验室持续产出前沿科技成果，为实现高水平自立自强、建设科技强国作出国家战略科技力量应有的贡献。”王强向记者表示。

　　数千项科学实验怎么设计才能满足航天员操作要求？实验特性各异，航天员培训教材怎么编写才能全面易懂？数千项在轨支持怎样做到精准无误？这一系列问题都是于得权和同事们需要实际解决的困难。“没想到在这里工作这么累。原本就有些白头发，现在更白了。”以至于，有新入职的同事将他这名90后误认为单位领导。

　　于得权喜欢这里，“累的时候，就想想身边的英雄。比如特级航天员景海鹏，已经完成3次飞天任务，按说已经功成名就了，但他依然积极训练，认真备战，最终成功圆梦四度飞天”。

　　神舟十五号航天员张陆从天宫返回地球之前，为“银河”谱了一首歌。他手拿话筒，从远处飞向镜头，轻轻唱起——

　　“山河远阔，人间星河；无一是你，无一不是你。”

　　在天上6个月，每一位航天员的身影都在“银河”人的镜头里，他们像战友像亲人，在无线传输技术通联的两端，互相陪伴互相支撑，完成繁重的科研任务。

　　“‘银河’是什么？最初，它只是一个代号。”中国科学院空间应用中心研究员、中国载人航天工程空间应用系统副总设计师李绪志，是第一个使用“银河”代号进行载人航天任务呼叫应答的。“‘银河’代表着应用系统总体，我们的每一次应答都要让人感受到巨大的能量，声音一定要响亮、有激情，声调要上扬。”李绪志说。

　　2000年秋季一个阳光明媚的午后，在中关村南二条的一间办公室里，刚刚30岁出头的飞控负责人李绪志，和时任中国载人航天工程应用系统副总设计师赵光恒、业务部副主任郭炯等人一起，讨论着“有效载荷运控中心”的代号。“我们想了五六个备选代号，最后大家都觉得‘银河’最好。”

　　“银河”代号上报后，随即在“神舟二号”飞控决策组织指挥方案中获批使用。如今，“银河”代号的接力棒已经交到第三代航天人手上。

　　什么是“银河”，“银河明白”代表了什么？年轻的“银河”又开始了新一轮的探寻——

　　银河是什么？就是大海之上的那一大片星迹，每一颗都无法与日月争辉，但汇聚在一起，叫作银河系，将日月包容其中。

　　银河是什么？就是一个一个的实验抽屉，每一个都只是小小的实验，但聚在一起就是一个一个的实验柜。然后天舟、神舟一次次上下更新置换，定会从十几个到几百上千。

　　银河是什么？就是每一个实验如此微观，但汇聚在一起，都是指向生命起源、人类走出地球星际穿越的宏大命题。