萬衆期待之下,中國空間站的第一個實驗艙“問天艙”發射升空,它與“天和”核心艙對接之後,使中國正式邁入永久性太空科學實驗室階段,這距離全球第一個太空實驗室發射就位剛好過去了21年。
問天實驗艙準備與空間站對接
2001年2月,美國亞特蘭蒂斯号航天飛機将長8.5米、直徑4.3米、重14.5噸的“命運号”送往國際空間站,這個太空實驗室裡有8個實驗機櫃。20年來,各國科學家利用它們進行了數以百計的醫學、生物技術、工程、物理學、材料科學等研究,産生出許多科學成果。
有朋友說:“科學無國界啊!人家都已經搞了那麼多研究,遠遠地走在了前面,我們直接拿來用就好了,為什麼還要耗資千億搞空間站、發射實驗艙,重複做别人做過的科學實驗呢?”
國際空間站美國命運号實驗艙
什麼是“科學無國界”?它是指人類在科學探索中發現的成果可以被全人類共享。比如說牛頓“三大定律”、愛因斯坦的“相對論”、中國和古希臘數學家的“勾股定理”、門捷列夫的“元素周期表”,以及課本裡許多公理、定律、公式全是公開的,我們都可以學習并且無償地拿來使用。
但是法國科學家巴斯德在提出“科學無國界”的同時還說“科學家有祖國”,這後半句話卻經常被一些人所忽略。
太空流體實驗
截至目前,國際空間站總共接待了來自20個不同國家和地區的251名宇航員和“太空遊客”,其中沒有一位中國公民;國際空間站上完成了數以千計的科學實驗,也沒有一個來自中國或有中國科學家參與。盡管我們願意參加,歐空局和俄羅斯也提出他們樂意發出邀請,但美國獨家反對,它在國際空間站有“一票否決權”。
為什麼會這樣?不是說科學無國界嗎?
“科學無國界”不包括科學技術,換句話說我可以選擇讓你“知其然”,但發現這個規律的過程,使用的技術和設備,你看都不許看,你不能“知其所以然”。
我們說“科學技術是第一生産力”,這裡包含了科學與技術兩個方面,二者相輔相成,你隻有明白了科學道理,并且全面掌握其技術,才能極大地促進經濟發展和社會進步。人家對我們搞技術封鎖甚至不擇手段地打壓,其目的就是阻撓我們進步,不願意我們過上更加美好的生活。
中國航天員在調試艙外航天服
人家有了空間站、太空望遠鏡、對撞機,有了許多科學成果,或者栽了跟鬥,我們就不需要再搞了?搞就是浪費錢?
國際空間站到目前為止已經花費了大約2000億美元,為了維持其壽命預計還要花許多錢。盡管中國空間站的建造成本會低許多,但據樂觀的估計也将達到千億人民币的規模。為什麼世界各國要投入巨資搞空間站,把科學實驗搬到天上去做,在地面做實驗不是很好嗎?
與地面不同,太空實驗有其獨有的優勢:微重力,以及艙外的高真空、強輻射等極端環境,這在地面是無法模拟的。
地球有重力,宇航員回來需要适應
我們生活在地球上,因為物體之間的萬有引力,重力無處不在,任何東西都會落到地面。重力不僅限制我們人的活動,也會對物質的變化造成影響。
比如說由于空氣分子受到重力的影響包裹在地球周圍,同時産生的熱對流會使物體燃燒的火焰和煙氣向上走。但是在微重力環境裡,火焰是一個均勻的、向各個方面輻射的“球”,這使得燃燒相對于地面擁有了許多不同的特性。這對于熱力學研究很重要,卻隻能到太空才能做。
微重力下的燃燒
再比如說晶體的生長實驗:我們知道水晶是在高溫高壓下由超飽和溶液中的二氧化矽分子一點一點結晶而成的,但是由于重力和溶液中形成的熱對流等因素影響,結晶過程中往往不完美,會産生一些瑕疵。為了得到更好的晶體來生産光刻機的透鏡,我們往往需要付出極大的成本,但如果将這一結晶過程放在微重力環境下,就能更快更方便地制造出完美的透鏡。
在微重力下結晶更完美
為了人為創造一個微重力環境,我們需要讓重力加速度歸零。牛頓力學告訴我們,隻要空間站在400公裡高度以每秒7.68公裡的速度繞着地球飛行,當它的軌道接近正圓時,飛船裡的重力與“離心力”大小相等方向相反,兩個力相互抵消,物體就處于“失重”狀态。
重力不會消失,它隻是被抵消
這種“失重”的感覺,在地面隻有跳樓的人才能短暫體會到,你無法制造超過30秒的自由落體,因為空氣阻力會把物體向上拖拽。要想克服重力影響,科學實驗隻能在空間站的實驗艙裡進行。
與美國“命運号”實驗艙相同,我們的“問天”實驗艙内也有8個實驗機櫃,這些機櫃主要用來做生命生态、生物技術、變重力,以及與微重力有關的基礎科學實驗。
問天實驗艙内部分實驗機櫃
“問天”實驗艙比美國“命運”實驗艙長了一倍、重了6噸多,因為它的工作艙裡不隻有8組實驗機櫃,還設置了航天員的休息區、儲存區、氣閘艙和出艙口,還可以作為核心艙的備份,為空間站提供動力和控制。在“問天”實驗艙的外面還設有暴露實驗平台,可以搭載額外的設備從事太空暴露實驗。未來夢天實驗艙搭載的科學實驗設備還要更多。
中國空間站核心艙與實驗艙
暴露在極冷和極熱循環、高真空、高輻射、原子氧侵蝕等極端環境中的空間應用材料、電子元器件、細菌等生物體會受到外太空環境的顯著影響,而這種綜合環境在地面很難進行模拟。而在空間站反而能以最低的成本達成科學實驗目标。
綜合以上分析,我們之所以下大力氣發展自己的空間站,最主要的目的是把科學技術牢牢掌握在自己手裡。利用天宮空間站系統性地開展空間生命科學及生物研究、空間基礎物理、微重力流體物理與燃燒科學、空間材料的科學研究和制造。天宮還為天文和地球觀測、空間物理和新技術實驗提供了平台。
科學或許沒有國界,但我們必須要把科學技術掌握在自己手裡。
#問天與天和核心艙完成交會對接# #問天實驗艙未來将開展哪些實驗#
,更多精彩资讯请关注tft每日頭條,我们将持续为您更新最新资讯!