着眼未来：天舟一号开展四项科学任务

天舟一号作为货运飞船，还将开展4项科学任务，它们都着眼于未来，有的是给未来航天事业发展验证更加高精尖的基础技术，有的具有科幻色彩，给未来太空驻留、甚至星际移民做生命科学方面的准备。

 

天舟一号动画截图

第一项：两相系统实验平台的关键技术研究：在太空开展流体的蒸发和冷凝实验，研究重力变化对蒸发与冷凝传热传质过程的影响，验证空间实验工质供给、气液分离等关键技术。

 

实验队员在发射现场组装间认真检查空间实验装置

两相系统实验平台的关键技术研究装置外观

第二项：非牛顿引力实验检验的关键技术验证：在轨测试高精度静电悬浮加速度计工作性能，对我国“卫星重力测量”“空间引力波探测”等空间计划提供支撑；

第三项：主动隔振关键技术验证：进行六自由度磁悬浮主动隔振关键技术验证，属于国内首次实施，为空间站高微重力实验平台研制奠定技术基础。两个项目“绑定”在一起进行。

第四项：微重力对细胞增殖和分化影响研究：观测微重力等环境对干细胞增殖分化、生殖细胞分化及骨组织细胞结构功能的影响，开展8个研究课题，成果有望应用于心脏肝脏疾病的治疗、器官移植等方面。

空间生物反应器

4项科学任务既包括基础物理理论研究和技术验证，也有应用价值极高的生命科学研究。

【天舟一号科学任务·太空蒸发与冷凝】着眼空间站 研发更加优质热设备

天舟一号4项科学任务中，“两相系统实验平台关键技术研究”，要在太空微重力环境下开展蒸发和冷凝实验，为研发更高效更长寿的“太空空调、太空热管”等太空工程设备提供依据，给我国未来的空间站建设奠定基础。

实验队员在认真分析实验装置测试数据

地球上蒸发与冷凝每时每刻都受到重力的极大影响，成为研发空调、热管等设备的基本原理。但是，地面上使用的热设备往往在太空不能发挥它的威力，比如，我们不能随意把冰箱放倒，因为它是有重力趋向的。空间站、卫星等航天器，处在微重力环境下，液体的蒸发冷凝与地球上迥异，导致“太空空调、太空热管”等空间热设备的使用效率和寿命严重降低。

乙醇液滴蒸发对流

“两相系统实验平台关键技术研究”项目是我国首次开展的空间冷凝与蒸发相变传热科学与热控技术实验研究。该项目负责人，中科院力学研究所研究员刘秋生介绍说，本次主要是为研发一些适用于空间微重力的热设备，服务于我们空间站建设，也包括其它一些深空探测的热设备，这是国际研究的热点。

项目负责人中科院力学研究所研究员刘秋生

这个高约半米、重达50多公斤的装置内，安放着红外观测仪、高清相机以及测量温度和热流量的传感器等，借助它们，科学家实现对空间蒸发与冷凝过程的实时观测，摸清微重力环境下蒸发冷凝相变传热的特殊规律。 

液滴蒸发过程红外（俯视）和摄像（侧视）视频

项目负责人刘秋生介绍说，我们现在在轨运行的航天器，为了克服太空与地面上的一些差异，来使航天器在更好的工作，设计得可能比较大、比较重。

就像电脑从台式机演进到笔记本，在太空开展蒸发冷凝实验进而研制出效率更高的热设备，既能提高载荷的工作效率，又能实现载荷的小型化，同样大小的飞船便可以搭载更多的载荷、进行更多的科学实验项目。

乙醇小液滴蒸发对流

作为国际研发热点，本次实验还能使我国先于欧空局之前开展，项目负责人刘秋生认为，这可以率先获得更好的科学实验结果，提高我们国家在微重力流体蒸发与冷凝方面的研究成果和地位。

【天舟一号科学实验·微重力下观细胞】让太空驻留星际移民迈大步

在太空进行生命科学实验，总会让人联想到地外生命、星际移民等科幻元素。本次在天舟一号上将进行“微重力对细胞增殖和分化影响研究”，实验成果不仅能应用到心脏肝脏疾病治疗、器官移植等方面，从微小细胞迈出的一小步，还有助于未来太空驻留、星际移民迈出一大步。

空间生物反应器

研究和实践表明，由于重力消失，航天员骨骼负荷明显减少，长期空间飞行很容易发生骨质疏松，极易发生骨折。目前地面条件下研发的药物，对太空骨质疏松症疗效并不明显。大量前期研究表明，天然存在于哺乳动物体内的“3-羟基丁酸”，对于预防骨质疏松效果显著。它能否成为抗太空骨质疏松的全新候选药物，需要通过太空实验来检验。

3-羟基丁酸

项目负责人清华大学教授陈国强介绍说，该项试验属国际首次。3-羟基丁酸这个小分子，符合无毒无害、天然化合物、没有负作用、可以大量使用的总要求。因此，它就搭乘天舟一号飞向太空。未来的研究成果，不仅能对航天员有帮助，对地面上骨质疏松患者也同样适用，尤其是未来长时间太空驻留和星际移民来讲，也将起到治疗作用。

清华大学教授陈国强

在天舟一号搭载的生物反应器中，科学家们用“3-羟基丁酸”处理骨相关细胞，在真实微重力环境下，借助荧光显微镜，观察骨相关细胞形态、数量等指标，进而确定在太空中这些细胞是否健康生长，在细胞水平上观察其对骨质疏松的治疗效果。

骨组织相关细胞图

本次天舟一号共搭载8种哺乳动物细胞样品，除了进行微重力环境对骨组织细胞影响研究，还将实施微重力环境对胚胎干细胞增殖分化影响研究、肝干细胞系增殖影响，以及人生殖细胞分化过程研究等8个研究课题。

人胚胎干细胞分化为原始生殖细胞研究项目负责人清华大学教授纪家葵介绍说，人生殖细胞分化过程研究，采用的是一个“知情同意见证”的胚胎干细胞系，也不需要牺牲任何的新的胚胎，不存在伦理道德争议。真实微重力下用人的胚胎干细胞分化为生殖细胞，这项实验在国际上也是首次。

在生物反应器中，科学家同样借助绿色荧光标记以及荧光显微镜等设备，跟踪观察微重力环境下人胚胎干细胞在体外分化为原始生殖细胞的效率和形态特征，进而了解微重力对人类生殖细胞的影响。 

纪家葵表示，该实验希望摸清未来宇航员在长期微重力生活下，其生殖细胞会不会受到影响，以后太空移民，如果有可能的话，也能帮助我们确定生殖细胞会不会受到影响。

清华大学教授 纪家葵

据介绍，项目还将同时验证空间站“生物技术实验平台”多项关键技术，为未来空间站建设以及进行空间生命科学实验奠定基础。

【天舟一号科学实验·主动隔振验证】让太空仪器高精尖的本领“稳定”发挥出来

在太空开展空间流体、空间材料等科学实验，对微重力环境要求极高，都需要解决卫星、空间站等航天器上的微振动带来的不利影响。天舟一号搭载的“主动隔振关键技术”验证项目，就是一种太空减振利器，可以让精密的实验仪器克服干扰，将本领“稳定”地发挥出来。

天舟一号四项科学任务中，“非牛顿引力实验检验”项目主要开展空间环境对“高精度静电悬浮加速度计”的影响研究，将对我国“空间引力波探测”等空间计划提供重要支撑。而它对工作平台的稳定性要求极高，轻微的扰动就会破坏其实验的稳定性。与之绑定在一起的“主动隔振”系统，采用六自由度的磁悬浮技术隔离环境振动，有望将环境的微重力水平提升10至100倍。

非牛和主动隔振（合盖）

项目负责人中科院空间应用工程与技术中心副研究员董文博介绍说，诸如汽车、自行车所采用的弹簧、阻尼减振，都属于被动隔振，一般只能消除高频振动。主动隔振则主要消除低频晃动。

中科院空间应用工程与技术中心副研究员 董文博

那么问题来了，没有主动隔振技术时，我们的太空实验又是如何开展的呢？董文博介绍说，过去也能够达到比较好的微重力效果，但是有了主动隔振之后，能提高一个到两个数量级，比如说以前只能达到10米的精度，有了主动隔振之后可能达到1米的精度，这是质的提高。

据介绍，主动隔振技术非常复杂，涉及光机电热控等多方面尖端技术，一直是我国空间科技的短板。本次实验验证属于国内首次，也将使我国成为继美国、加拿大后第三个在轨采用主动隔振控制技术服务于空间微重力实验研究的国家。

（原标题：着眼未来：天舟一号开展四项科学任务 ）