北京時間2022年10月31日15時37分，夢天實驗艙在文昌航天發(fā)射場成功發(fā)射，這也是中國天宮空間站三艙T字構(gòu)型組合體的最后一個部分。

夢天實驗艙主要面向微重力科學(xué)研究，中國科學(xué)院作為國家戰(zhàn)略科技力量主力軍，研制了超冷原子物理實驗柜、高精度時頻實驗柜、高溫材料科學(xué)實驗柜、兩相系統(tǒng)實驗柜、流體物理實驗柜、燃燒科學(xué)實驗柜、在線維修裝調(diào)實驗柜等7個方面的8個科學(xué)實驗柜，能夠在微重力基礎(chǔ)物理、空間材料科學(xué)、微重力流體物理與燃燒科學(xué)等方向開展相關(guān)的科學(xué)實驗和應(yīng)用研究。

中科院空間應(yīng)用中心研究員、空間應(yīng)用系統(tǒng)副總師劉國寧告訴《中國科學(xué)報》：“夢天實驗艙裝載的8個科學(xué)實驗柜已經(jīng)規(guī)劃安排約40項科學(xué)實驗項目，后續(xù)將根據(jù)實驗規(guī)劃持續(xù)開展在軌實驗，預(yù)期能夠產(chǎn)出具有國際水平的科學(xué)成果，揭示重要的科學(xué)規(guī)律，并同步推進應(yīng)用和技術(shù)轉(zhuǎn)移，進一步推動我國空間科學(xué)整體水平的提升。”

超冷原子物理實驗柜：提供更高精度檢驗

超冷原子物理實驗柜是世界領(lǐng)先的中國首個微重力超冷原子物理實驗平臺，主要利用空間微重力環(huán)境條件，建立具有超低溫、大尺度、高質(zhì)量、適合精密測量的玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)（BEC）工作物質(zhì)的開放實驗系統(tǒng)，開展前沿基礎(chǔ)物理研究。

中科院上海光機所副研究員、超冷原子物理實驗柜科學(xué)實驗系統(tǒng)副主任設(shè)計師汪斌表示，超冷原子物理實驗柜有望制備地面無法實現(xiàn)的距離絕對零度以上千億分之一度范圍內(nèi)（10-12K量級）的超低溫量子氣體，觀測到肉眼可見的宏觀量子現(xiàn)象，原子之間相互作用時間增長3個數(shù)量級以上。

超冷原子物理實驗柜

“具有這些特性的原子氣體給我們提供了一個獨特窗口和全新視角來直接觀察其獨特的原子行為，以地面上不可能的方式進入量子力學(xué)的奇異世界，為基本物理定律提供更高精度的檢驗。”汪斌說。

高精度時頻實驗柜：開展基礎(chǔ)物理研究

高精度時頻實驗柜是空間站中最復(fù)雜的實驗柜，由2個艙內(nèi)科學(xué)實驗柜和4臺艙外設(shè)備組成一個完整的實驗系統(tǒng)。

“高精度時頻實驗柜主要是通過不同特性原子鐘組合，在空間站構(gòu)建超高精度時間頻率產(chǎn)生和運行的系統(tǒng)，開展基礎(chǔ)物理理論檢驗，并支持通過微波和激光傳遞鏈路向地面提供超高精度時間頻率信號。”中科院國家授時中心主任，高精度時頻實驗柜科學(xué)實驗系統(tǒng)指揮、責(zé)任科學(xué)家張首剛說。

高精度時頻系統(tǒng)將對相關(guān)基礎(chǔ)物理研究、相關(guān)工程應(yīng)用、我國標(biāo)準(zhǔn)時間和國際原子時精度的提高做出重要貢獻。

高精度時頻實驗柜

張首剛表示，應(yīng)用高精度時頻系統(tǒng)提供的超高精度時間頻率信號，可以開展相關(guān)基礎(chǔ)物理研究實驗，如引力紅移的測量，精細結(jié)構(gòu)常數(shù)變化的探測等，支撐相對論及相關(guān)理論的高精度檢驗?？梢酝街卮罂萍荚O(shè)施和工程技術(shù)設(shè)施的各部分時間，改善重大設(shè)施性能，未來有可能填補洲際地面光鐘比對技術(shù)空白，支撐時間單位“秒”定義的變更。

燃燒科學(xué)實驗柜：完善燃燒基礎(chǔ)理論

燃燒科學(xué)實驗柜是能夠支持在軌開展微重力燃燒基礎(chǔ)科學(xué)研究的一套科學(xué)實驗系統(tǒng)，氣體供給、點火燃燒、圖像拍攝、廢氣排放等燃燒實驗流程可以全自動進行，能夠測量火焰形貌、結(jié)構(gòu)、溫度、速度、產(chǎn)物組分等信息。

燃燒科學(xué)實驗柜

值得一提的是，燃燒科學(xué)實驗系統(tǒng)搭載了一套PIV（粒子圖像測速技術(shù)）設(shè)備，實現(xiàn)國際上首次利用該技術(shù)在空間站環(huán)境中開展燃燒速度場測量。燃燒科學(xué)實驗柜可以幫助科學(xué)家在燃燒基礎(chǔ)科學(xué)問題、空天推進、航天器防火滅火、燃燒污染物控制等基礎(chǔ)及應(yīng)用技術(shù)展開深入研究。

高溫材料科學(xué)實驗柜：為空間材料科學(xué)提供先進技術(shù)

中科院上海硅酸鹽研究所研究員、高溫材料科學(xué)實驗柜科學(xué)實驗系統(tǒng)主任設(shè)計師劉學(xué)超介紹，高溫材料科學(xué)實驗柜為空間材料科學(xué)研究提供了多樣化的先進技術(shù)條件和功能，豐富了材料科學(xué)家在太空中進行高溫金屬及合金材料、先進半導(dǎo)體材料、功能晶體材料、復(fù)合材料、能源材料、生物材料、納米材料和新材料研究。

高溫材料科學(xué)實驗柜

“X射線透射成像實時觀察是高溫材料柜的又一特色，是國際上首次在空間站上行X射線實驗裝置，可以實現(xiàn)材料熔融凝固過程的動態(tài)實時成像與實時觀察。”劉學(xué)超說。

高溫材料科學(xué)實驗柜首批上行了16支科學(xué)實驗樣品，研制團隊將對每個上行樣品在地面進行了大量的匹配實驗，并設(shè)計了具有抗力學(xué)振動功能的3個高溫材料樣品貨包。

流體物理實驗柜：揭示流體運動新機制

流體物理實驗柜主要用于空間微重力環(huán)境中流體的宏觀、微觀運動規(guī)律研究，配置了10套宏觀尺度的流體動力學(xué)測試系統(tǒng)和4套微觀尺度的復(fù)雜流體測試系統(tǒng)，還配置了專門的主動懸浮隔振系統(tǒng)，可使實驗系統(tǒng)的環(huán)境微重力水平比空間站本底好100倍。

流體物理實驗柜

中科院力學(xué)研究所研究員，流體物理實驗柜科學(xué)實驗系統(tǒng)主任設(shè)計師、責(zé)任科學(xué)家康琦表示，微重力環(huán)境為流體創(chuàng)造了近乎理想的各向同性研究條件，在失重環(huán)境中流體可以形成地面無法構(gòu)建的新體系，流體的運動表現(xiàn)出許多新規(guī)律、新機制。

流體物理實驗柜可開展多種流體體系的動力學(xué)過程、擴散過程，相變及自組織行為的在軌微重力實驗，超越了國際空間站3個已有的專用流體實驗柜形成的綜合測試手段和能力，它將成為國際上技術(shù)最完備、設(shè)備最先進的空間流體物理實驗平臺。

兩相系統(tǒng)實驗柜：為空間應(yīng)用流體物理提供新理論

兩相系統(tǒng)實驗柜是針對國際空間應(yīng)用兩相系統(tǒng)前沿科學(xué)方向研制的國際首個專門用于開展空間相變界面流動、蒸發(fā)與冷凝、沸騰和熱管傳熱、兩相流動、空間在軌流體管理等科學(xué)研究與技術(shù)驗證的整柜級實驗平臺。

依托該實驗平臺通過系列空間科學(xué)實驗研究，可以發(fā)展熱、質(zhì)交換復(fù)雜界面動力學(xué)科學(xué)理論，為解決我國載人航天工程和深空探測活動中遇到的空間應(yīng)用流體物理及其兩相系統(tǒng)關(guān)鍵科學(xué)問題和工程技術(shù)研究提供新理論、新概念和新方法。

兩相系統(tǒng)實驗柜

整柜設(shè)計具有我國空間實驗裝置平臺的獨創(chuàng)性和先進性，可滿足未來10年以上多相流與傳熱研究的空間實驗需求。實驗柜開展的三個首批實驗項目將開展與歐空局之間的國際合作研究，提高我國空間站應(yīng)用研究國際影響力和應(yīng)用效果。

在線維修裝調(diào)操作柜：太空“維修工廠”

夢天實驗艙設(shè)置的在線維修裝調(diào)操作柜（簡稱在線柜），是一個太空“維修工廠”。

線維修裝調(diào)操作柜

中科院空間應(yīng)用中心研究員、在線維修裝調(diào)實驗柜主任設(shè)計師張璐說：“在線柜最核心的部分就是多功能操作箱，前面有個透明的面板，可以看到箱內(nèi)的環(huán)境，也可以通過面板上的兩個操作孔，利用手套，從外部對箱體內(nèi)的載荷進行操作；或者把透明面板打開，直接對里面的載荷進行操作。”

同時，在線柜還裝有一套風(fēng)路循環(huán)系統(tǒng)，可以同時實現(xiàn)風(fēng)冷散熱、廢棄顆粒物的吸附和部分氣體的吸收處理。箱體里配備有一套靈巧的“機械手”，可以實現(xiàn)多種類的精密操作，操作精度可以達到0.1毫米。

“在線柜還有一套基于增強現(xiàn)實技術(shù)的智能誘導(dǎo)維修系統(tǒng)，航天員如果需要維修操作一些復(fù)雜的設(shè)備，可以不再使用傳統(tǒng)的說明書、操作手冊等產(chǎn)品，而是選擇戴上增強現(xiàn)實眼鏡，配合誘導(dǎo)維修軟件的指引，在真實的待操作產(chǎn)品上疊加預(yù)先制作好的操作指引動畫，使航天員能夠更輕松、更清晰、更直觀地完成操作。”張璐說。

（本文圖片均來源于中科院）