我国空间科学的发展和展望

   接下来，我将介绍一些关于我国在空间科学领域所做的工作和取得的成果。中国空间科学的起步相对较晚，而早期的时候，在20世纪70年代后期到80年代期间，我们主要致力于高空气球的研究。我们发展了科学气球技术，并在这一时期完成了一些重要的实验，其中包括脉冲星的测量。我们利用高空气球在国内首次测量了脉冲星周期，成功地测得了一颗脉冲星的周期为33.3毫秒。尽管当时的设备条件相对简陋，但我们仍然在信噪比较低的情况下取得了这一成果。

1984年5月23日，3万立方米的气球在飞行6小时后，首次观测到蟹状星云脉冲星PSR B0531+21的脉冲周期。该成果获中科院自然科学二等奖。

   八十年代我国一些机构，比如紫金山天文台，还利用气球在X射线天文学、红外天文学等领域开展了一系列的研究和实验。例如，我们研究了宇宙尘捕获、太阳的物理过程，高层大气的特性以及激光传输特性等。

紫金山天文台航恒荣团队研制的硬X射线天文气体探测器，1983-1986年间多次飞行

紫金山天文台刘彩萍团队研制的30公分球载远红外望远镜，采用液氦制冷，偏置导星5万立方米，1986-1988年间观测到塞弗特星系的红外辐射等

   我还想特别提到一项给我们留下深刻印象的实验，这是安徽光机所进行的大气湍流精细观测实验。在研究地球大气流动的过程中，他们利用极其灵敏的温度传感器探测到了地球大气在非常小（几十厘米）尺度下的温度波动。这让我想到了未来在进行激光传输或量子传输研究时，地球大气在不同尺度上与光学传播的湍流结构之间的有趣关联，这是一个相当复杂的过程。

 大气中激光传输特性研究

   我们还与德国合作进行了一项微重力实验。实验中，我们在40公里的高度的气球上让一个流线型的、受到空气阻力很小的落舱使用自由落体方式下落，同时在落舱后加入了微推进器，以保持下降过程中的微重力水平在10的-4次方左右。研究人员当时在下落的60秒过程内，利用自由落体产生的微重力环境共进行了5个实验。其中包括细胞电融合实验。通过在微重力下对不同大小和质量的细胞进行随机排列，并观察它们的融合效果；此外还有V型火焰燃烧实验。这些的目的之一就是为了我国后续的空间站实验做准备，实验都取得了良好的实验结果。

1996年，与德国OHB公司合作开展气球微重力实验

   我们还利用气球进行HAPI-4望远镜直接解调成像方法验证的实验。通过对天鹅座X射线源CygX-1的观测，我们成功验证了利用准直器和非位置灵敏的探测器进行成像的方法，并且发现这种方法的分辨率要远高于当时美国使用的编码孔径的成像方法。这项研究为我国后续 “慧眼”成像的立项卫星奠定了基础。

1993年HAPI-4望远镜对CygX-1的直接解调成像观测

   总体来说，尽管起步较晚，但近年来我国空间科学发展速度较快，已经取得了一系列重要成果，并进入了蓬勃发展的新阶段。目前，我国的空间科学的研究重点主要是以下三个方面。

   首先是载人航天工程方面，自2000年以来，我国在神舟系列飞船、天宫空间实验室、货运飞船上开展了上百项空间科学研究。2022年，我国的空间站建成，这意味着我国也开展了一段将持续10-15年的长时间、大规模、系列化的空间科学研究。

   其次探月工程和深空探测方面，自2007年以来，我国实施了嫦娥1号至5号的绕月、月球的软着陆巡视和采样返回、月背着陆巡视任务。此外，天问一号火星探测器也已成功着陆并进行巡视探测，未来还将持续开展月球探测，实施火星的采样返回，以及对小行星、木星系统探测的更多任务。我国载人登月任务也已经开始启动实施。

   最后一个方面就是科学卫星。科学卫星在我国空间研究中的地位越来越重要，逐渐成为主力。目前，我国的空间科学先导专项一期4颗卫星已经圆满完成任务，其中包括“墨子号”量子科学试验卫星。目前我国正在实施先导专项二期任务，还将有4颗卫星发射升空并开展科学实验。同时，我国还准备立项和开始研究其他多颗科学卫星，其他相关部门和高校也在积极开展空间科学卫星的工作，逐步建立我国的科学卫星系列。

   下面我先讲一下我国载人航天工程的前期的空间科学研究。前期的时间范围大致是指1992年至2017年，这段时间我国载人航天工程主要利用神舟号飞船和天宫空间实验室进行空间科学研究。

           2001年利用神舟二号飞船进行的伽马射线暴和太阳高能辐射探测，是我国第一次进行真正意义上的外太空的空间天文研究。中国科学院高能物理研究所和紫金山天文台合作研制了宽谱段、高时间精度的X和伽马射线探测器系统。

左：紫金山天文台研制的软X射线探测器-薄窗气体正比计数器；右：中国科学院高能物理研究所研制的X射线探测器-NaI(TI)闪烁晶体探测器

   利用该系统，研究人员观测到30例宇宙伽马射线暴及它们在传播中的吸收特性，通过与国外卫星的联测定位确定了伽马射线暴的源头，探测到80多例太阳爆发活动事例高能辐射流量和能谱。

2001年1月17日神舟二号搭载的X射线探测器发现第一个宇宙伽马射线暴

          2016年，天宫二号进行了一个空间冷原子钟的实验，同时也是国际上首个空间冷原子钟实验。该实验利用激光做原子冷却，然后通过微波相互作用，得到一个非常高精度的频率。据其自评估的结果，其稳定度达到了7.2×10-16每天，比欧洲和美国ACES计划规划达到该稳定度量级的预期时间提早了至少七年。

冷原子钟测试后在酒泉卫星发射中心装入天宫二号舱内

天宫二号空间冷原子钟实验结果

   此外，天宫二号还进行了一项关于伽马射线暴偏振探测的实验，该实验对伽马射线暴的研究具有重要价值。前面讲的神舟二号的伽马射线暴探测是对总的流量进行探测。而对伽马射线暴的偏振进行探测将使人们能对伽马暴辐射源性质和辐射机制有更深入的了解。该实验在半年内探测到55例伽马暴，对其中5例伽马暴偏振分析获得首批最精确的伽马暴偏振测量结果，并发现了偏振度的时间变化新现象，显示偏振度低于流行的物理模型，且偏振度随极化角演变。

   天宫二号上还开展了高等植物生长研究。我国首次完成高等植物“从种子到种子”包括萌发、生长、开花结籽的的空间长周期培养实验。实验首次发现拟南芥荧光蛋白标记开花基因表达强烈，长日照下植物生命周期显著长于地面等科学结果；首次证明光周期诱导植物开花受到了微重力的影响；并研究了微重力对于水稻吐水、向性生长的影响。

天宫二号上利用长日照植物（拟南芥）,短日照植物（水稻）开展高等植物生长研究

   这是天宫二号上的液桥热毛细对流实验。此实验在两个固态的柱体之间夹住液体。两个柱体的温度不一样从而在液体中产生了温度梯度，导致的热毛细对流在不同条件下有振荡、转捩等复杂的现象。天宫二号上还进行了多样品材料空间制备研究，开展了热电、红外、磁性、合金及亚稳、金属基复合材料，功能晶体、纳米及复合材料等12项实验。

天宫二号上的液桥热毛细对流实验

   传统的屏蔽手套箱一般是焊接金属箱体，其密封性能只能由金属内箱体保证。另外传统通风系统大都采用机械或负压的方式将放射性废气排出至室外，不具备过滤吸附放射性废气功能。而核研究领域手套箱主要涉及放射性物质的处理，需要保证操作人员免受放射性威胁为原则安全为主的大原则。在核废料、后处理、核能和核研究领域使用的手套箱有严格的规定，伊特克斯在设计核应用手套箱中严格遵守环境保护和质量控制等一系列国际安全标准。