空間環(huán)境地面模擬裝置園區(qū)效果圖。受訪(fǎng)者供圖

從黑龍江省哈爾濱市南崗區(qū)出發(fā)，向北行駛，越過(guò)松花江，約半小時(shí)車(chē)程，記者來(lái)到位于哈爾濱新區(qū)的科技創(chuàng)新城。

冬日的雪花飄落在廣袤的園區(qū)，為這片科技熱土增添了一抹寧?kù)o的美。在足有50個(gè)足球場(chǎng)大小的地方，4棟潔白如雪的建筑巍然矗立。樓宇上，“SESRI”藍(lán)色標(biāo)志熠熠生輝。

這里，就是我國(guó)航天領(lǐng)域首個(gè)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——“空間環(huán)境地面模擬裝置”所在地。該裝置由哈爾濱工業(yè)大學(xué)和中國(guó)航天科技集團(tuán)聯(lián)合建設(shè)，能夠模擬包括低溫、真空、電磁輻射在內(nèi)的九大類(lèi)空間環(huán)境因素，為科研人員提供近乎真實(shí)的太空實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

“這座‘地面空間站’從2005年開(kāi)始論證，到2023年正式投入使用，歷經(jīng)18年?！惫ご罂臻g環(huán)境與物質(zhì)科學(xué)研究院院長(zhǎng)李立毅告訴記者，“它的建成不僅為我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)大支撐，還為科研人員探索太空奧秘搭建了新的平臺(tái)?！?/p>

模擬太陽(yáng)系

進(jìn)入“地面空間站”的心臟地帶——空間綜合環(huán)境實(shí)驗(yàn)樓，月塵艙、火星塵艙、太陽(yáng)模擬器等大型實(shí)驗(yàn)裝置映入眼簾，這里仿佛是一個(gè)微縮版的太陽(yáng)系。

記者來(lái)到月塵艙前。這座5.5米高的龐然大物模擬的是月球上的塵埃世界。“月塵看似不起眼，在太空中卻是個(gè)‘大麻煩’?！崩盍⒁憬榻B道，“這種微小顆粒本就形狀尖銳，受到太陽(yáng)和宇宙射線(xiàn)的照射，會(huì)帶上電荷，變得更加鋒利。帶電月塵可能會(huì)劃破航天服，危及航天員生命健康?！?/p>

為破解這一太空難題，科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了無(wú)數(shù)次的嘗試。他們利用電子槍和X紫外燈，讓月塵帶上正負(fù)電荷，再模擬真空和低溫環(huán)境，形成一個(gè)綜合多因素的月塵實(shí)驗(yàn)環(huán)境。李立毅告訴記者：“在這里，我們可以測(cè)試不同材質(zhì)的航天服，看看哪種材質(zhì)能夠抵御帶電月塵的侵襲；我們還可以研究月球車(chē)太陽(yáng)能帆板的構(gòu)造，找到避免被月塵覆蓋的最佳方案?！?/p>

說(shuō)話(huà)間，記者來(lái)到了一個(gè)更加令人震撼的實(shí)驗(yàn)裝置前——高達(dá)17米的太陽(yáng)模擬器。它能夠真實(shí)模擬太陽(yáng)照射，綜合模擬真空、高低溫、粒子輻照、電磁輻射等多種宇宙環(huán)境?？蒲腥藛T可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，調(diào)節(jié)太陽(yáng)模擬器的熱量和照射角度等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)最精準(zhǔn)的模擬。

談起過(guò)去的實(shí)驗(yàn)條件，李立毅深有感觸地說(shuō)：“以前，科研人員進(jìn)行材料器件等實(shí)驗(yàn)時(shí)，要輾轉(zhuǎn)多個(gè)實(shí)驗(yàn)艙，才能完成一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。這樣不僅效率低下，而且物理過(guò)程和物理反應(yīng)之間還存在差異?，F(xiàn)在有了這個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)艙，我們可以在一個(gè)艙內(nèi)一次完成所有實(shí)驗(yàn)，大大提高了實(shí)驗(yàn)的效率和準(zhǔn)確性?！?/p>

打造零磁場(chǎng)

在“地面空間站”里，有一座高約15米、形似“套娃”的建筑，這是空間磁環(huán)境科學(xué)裝置。

哈工大空間環(huán)境與物質(zhì)科學(xué)研究院磁環(huán)境與磁信息研究室副研究員金銀錫介紹，地球磁場(chǎng)無(wú)處不在，地球環(huán)境的任意空間都承載著約5萬(wàn)納特斯拉的磁力線(xiàn)。相較之下，外太空的磁場(chǎng)極其微弱，僅為地球磁場(chǎng)的近百萬(wàn)分之一。因此，為了模擬太空環(huán)境，需要打造一個(gè)零磁場(chǎng)，即幾乎沒(méi)有任何磁場(chǎng)干擾的環(huán)境。

實(shí)現(xiàn)零磁環(huán)境，其難度超乎想象。科研人員需要在龐大而復(fù)雜的地球磁中，創(chuàng)造一個(gè)“磁屏蔽泡泡”，如同在洶涌澎湃的大海中建造一座完全不受海浪影響的小島。

為了完成這一目標(biāo)，科研團(tuán)隊(duì)首先面臨材料選擇的難題。傳統(tǒng)的磁屏蔽材料往往自帶磁性，會(huì)嚴(yán)重干擾零磁空間的實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和驗(yàn)證，團(tuán)隊(duì)終于找到一種能夠有效屏蔽外界磁場(chǎng)干擾的復(fù)合新材料。

然而，材料的選擇只是開(kāi)始，將這些材料有效地組合成一個(gè)完整的磁屏蔽系統(tǒng)，才是更大的挑戰(zhàn)。團(tuán)隊(duì)最終通過(guò)七層電磁屏蔽材料層層包裹，像“套娃”一樣將外界磁場(chǎng)干擾隔絕。這一設(shè)計(jì)不僅增強(qiáng)了磁屏蔽效果，還確保了零磁空間內(nèi)部的穩(wěn)定性和可靠性。

“現(xiàn)在，靜態(tài)磁場(chǎng)已被抑制到了0.033納特以下，實(shí)現(xiàn)了接近零磁的空間環(huán)境?！苯疸y錫說(shuō)。

在零磁空間中，科研人員可以深入研究低磁環(huán)境下材料、器件以及航天器的變化規(guī)律，探索長(zhǎng)期停留在空間站磁場(chǎng)對(duì)人體健康的影響。同時(shí)，他們還能捕捉到很多在地磁環(huán)境下無(wú)法測(cè)量的微弱磁場(chǎng)信號(hào)，包括腦磁和心磁信號(hào)，這為腦科學(xué)、生物電磁信息等領(lǐng)域的研究提供了新的可能。

密封真空罐

在“地面空間站”一隅，三層樓高的空間等離子體科學(xué)實(shí)驗(yàn)樓內(nèi)，裝著一個(gè)直徑5米、長(zhǎng)10.5米的實(shí)驗(yàn)裝置。哈爾濱工業(yè)大學(xué)空間等離子體物理研究室副研究員毛傲華介紹，科研人員將地球大氣層以外的磁層環(huán)境，原汁原味“搬”進(jìn)了這里，相當(dāng)于把地球磁層“封裝”進(jìn)了地面真空罐。

在宇宙中，超過(guò)99.9%的物質(zhì)以等離子態(tài)存在，無(wú)論是熾熱的太陽(yáng)、絢爛的星云，還是神秘的極光，都是它的杰作。當(dāng)太陽(yáng)風(fēng)如狂暴的海嘯般沖向地球時(shí)，地球磁層的響應(yīng)會(huì)引起磁暴、亞暴等極端空間天氣現(xiàn)象，對(duì)航天器運(yùn)行造成嚴(yán)重威脅。

毛傲華介紹，借助這一前沿裝置，科研人員能夠在地面上模擬磁層關(guān)鍵物理過(guò)程。研究結(jié)果為構(gòu)建空間天氣預(yù)報(bào)模型提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，同時(shí)也為航天器的安全防護(hù)策略提供了新的視角。

此外，該裝置還能針對(duì)航天器重返大氣層時(shí)的表面等離子體鞘套復(fù)雜電磁環(huán)境進(jìn)行精準(zhǔn)模擬。當(dāng)航天器穿越大氣層時(shí)，動(dòng)態(tài)等離子體鞘套現(xiàn)象隨之產(chǎn)生，形成一道電磁波難以穿透的“黑障”，使得航天器與地面的通信中斷。如今，借助該裝置，研究人員能夠更深入地探索這一現(xiàn)象，為破解“黑障”難題提供更多線(xiàn)索。

“地面空間站”投入試運(yùn)行以來(lái)，像一塊磁石，吸引了國(guó)內(nèi)外眾多科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)的關(guān)注，為人類(lèi)探索太空事業(yè)注入了新的活力。

黨的二十屆三中全會(huì)強(qiáng)調(diào)，深化科技體制改革，提升國(guó)家創(chuàng)新體系整體效能，形成具有全球競(jìng)爭(zhēng)力的開(kāi)放創(chuàng)新生態(tài)。展望未來(lái)，李立毅向記者表示：“我們將以全會(huì)精神為指引，加強(qiáng)原創(chuàng)性、引領(lǐng)性科技攻關(guān)，為全球科學(xué)家提供更好的科研環(huán)境和條件，為人類(lèi)探索宇宙奧秘貢獻(xiàn)更多的中國(guó)智慧與中國(guó)力量！”

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