天舟一號裝了啥“硬貨”

　　電光火石，轟隆巨響，劃破了瓊州的夜。

　　4月20日19點41分，天舟一號貨運飛船搭載著長征七號遙二火箭，在海南文昌航天發射場成功發射升空。中國第一艘貨運飛船的成功上天，意味著中國空間實驗室飛行任務的“收官之戰”打響。

　　天舟一號所肩負的任務，除了將與天宮二號空間實驗室進行交會對接試驗、實施推進劑在軌補加外，開展空間科學實驗和技術驗證，也是此次任務的“重頭戲”之一。

　　4項實驗研究及技術驗證試驗

　　人類自古就對茫茫蒼穹充滿敬畏和向往，也從未停止過對空間的探索和思辨。

　　“空間活動（我國稱為航天事業）包括空間科學、空間應用、空間技術三個主要方面。空間科學的目的是探索新現象、發現新的科學規律。空間技術造就了空間科學和空間應用，空間科學和空間應用也反過來推動空間技術的進步，成為人類開展空間活動的不竭動力。”中國科學院院士顧逸東說。

　　天舟一號也不例外。天舟一號的貨物運載量將達到俄羅斯進步號無人貨運飛船額3倍，在功能、性能上都處于國際先進水平。

　　貨運系統是中國建成空間站需要突破和掌握的關鍵技術，在軌運行航天器補給物資、補加推進劑等能力的掌握，是確保未來中國空間站在軌長期載人飛行的基本前提。

　　但在這艘無人貨運飛船上，還布置了一些“高大上”的空間科學實驗和技術驗證性實驗——天舟一號上將開展微重力對細胞增殖和分化影響研究、兩相系統實驗平臺的關鍵技術研究、非牛頓引力實驗檢驗的關鍵技術驗證、主動隔振關鍵技術驗證4項科學實驗研究及技術驗證試驗，涉及12個承研單位，包括中科院和軍事醫學科學院所屬5個研究院所，清華大學、浙江大學、西北工業大學、華中科技大學、中山大學等7所高等院校。

　　在天舟一號上定個“小目標”

　　這次上天的幾個實驗，無一不是非常精密的實驗，需要最大限度減少擾動。

　　華中科大引力中心所承擔的任務“非牛頓引力實驗檢驗的關鍵技術驗證”，是一個有關牛頓萬有引力定律檢驗的空間基礎物理實驗。在這個實驗中，一個很核心的關鍵技術是靜電懸浮加速度計。

　　“靜電懸浮加速度計在國際上是一個很新的加速度測量技術，目前只有法國等發達國家掌握了這一尖端技術，并且對我國高度保密，我們只能自主研發。”華中科大教授吳書朝說，“靜電懸浮加速度計還可用于空間引力波探測等，具有十分重要的科學意義。”

　　然而，這項實驗的精度會受到航天器振動的影響。它需要一個神奇的“搖籃”，來盡可能地隔離一切振動。

　　“平時我們照相，手一抖，照片就會‘糊’掉，這個道理在天上也是一樣的。”中科院空間應用中心副研究員董文博說，航天器雖然處于微重力環境，但是由于飛船的姿軌控、風機、飛輪、帆板的動作，帶來了很多擾動。“科學實驗如果不能克服這些微擾動，就達不到微重力的效果，失去了上天實驗的意義。”

　　隔振有被動隔振和主動隔振之分，前者只要加彈簧或阻尼就可以，自行車車座上的就是。但這種方法隔振水平一般，不能滿足高指標要求的隔振。

　　而空間應用中心研發的主動隔振則是利用磁懸浮技術，把科學載荷徹底懸浮起來，隔離來自飛船的振動，并且控制器能靈敏地感知外界的變化，及時做出調整。該實驗屬于國內首次實施，將為空間站高微重力實驗平臺研制奠定技術基礎。

　　在天舟一號上，主動隔振系統剛好為靜電懸浮加速度計提供了一個很好的實驗平臺。兩者相輔相成、互相支撐，成了一對親密的“兄弟”。

　　“天舟一號是我們的‘小目標’，我們的長期目標是做強空間磁懸浮主動隔振的技術，為更多空間應用載荷服務，如空間光學相機、激光通信等，幫助它們實現更高的科學和技術成果。”董文博說，“我們的技術也可以在航空光學吊艙、船舶減振等方面發揮作用。”

　　此外，由中科院力學研究所承擔的“兩相系統實驗平臺關鍵技術研究”項目開展微重力條件下流體的蒸發和冷凝實驗研究，探索微重力環境下具有質量交換的相變流體界面的熱與質傳輸特殊規律，研究重力變化對蒸發與冷凝相變傳熱傳質過程的影響等。

　　中科院力學所研究員劉秋生說，這個項目由我國科學家首次提出，有望使我國在此領域率先獲得科學成果和實驗技術的突破。

　　人類健康先行者

　　天舟一號上，還安排了與人類生命健康密切相關的實驗。

　　“微重力對細胞增殖和分化影響研究”項目將研究微重力等環境對干細胞增殖分化、生殖細胞分化及骨組織細胞結構功能的影響，包括哺乳動物細胞樣品共8種，在空間進行30天的細胞貼壁培養和懸浮培養。共包括8個研究課題，聚集了該領域國內優秀的科研團隊。

　　古人常說，天上一天，地上一年，在清華大學教授陳國強看來，這句話有一定的科學道理。有數據表明，航天員每月平均有0.5%～2%的骨質丟失,特別是承重骨的丟失更加嚴重。回到地球后，骨質恢復時間要長于飛行時間2～3倍，甚至不能完全恢復。而現有地面條件下骨質疏松藥物等對微重力環境誘導的骨質疏松作用不明顯。

　　幾年前，哺乳動物體內酮體的一種主要組成——3-羥基丁酸（3HB）進入了陳國強的視野。3HB對骨形成具有促進作用，能夠促進成骨細胞增殖、分化及礦化，抑制破骨細胞的異常活化。前期研究表明，3HB有望開發成為抗骨質疏松的藥物。

　　陳國強說，這次天舟一號的實驗，將首次研究真實太空環境下3HB的成骨作用，并與地面模擬失重環境實驗進行對比。“這樣我們就能做出更為準確的判斷，為今后微重力模擬實驗的研究方法提供一些新的看法和建議。”

　　與此同時，清華大學的另一支隊伍則試圖在太空微重力環境下誘導人胚胎干細胞分化為生殖細胞。“我們想通過這個實驗想摸清太空微重力環境下生殖細胞發育與成熟的基本規律，探索胚胎干細胞分化的分子機制，從而為克服空間環境對人類生殖可能帶來的影響提供理論依據和技術支持，并利用空間站環境的特殊優勢，為胚胎干細胞分化研究提供新的實驗模型。”清華大學教授紀家葵說。

　　更重要的是，這研究將建立其一套體外分化體系來研究人生殖細胞發育，克服太空生殖研究中人體生殖細胞取樣困難的局限。

　　“太空微重力下人類生殖健康研究尚處于初級階段，干細胞分化機制的研究也剛剛起步。”紀家葵盼望著，通過這項前沿性極強的研究，能夠在太空生活對人類生殖的影響、改善太空生育能力、實現空間移民和太空生育后代等方面帶去一些新的理解。