提起中国的空间站，也许大家最熟悉的还是航天员的“天宫日常”、妙趣横生的太空授课、还有他们的“太空漫步”……不过，我们花了这么大的力气”上天”，并不仅仅是为了这些。
去年年底中国空间站全面建成后，我国的载人航天工程已转入应用与发展阶段。作为中国航天史上规模最大、长期有人照料的空间实验平台，建成后的中国空间站成为国家太空实验室。2月16日，梦天舱燃烧科学实验柜成功执行首次在轨点火测试，为后续空间科学燃烧实验项目打下良好基础。
我们为什么要在太空中做各种实验？科学实验柜又是什么？造出中国自己的实验柜，究竟难在哪？科学家们研制实验柜的日常，又是怎样的？为此，我们采访了中国科学院空间应用工程与技术中心集成技术中心研究员、研究室副主任张璐。
（本文根据专访内容整理）
我国空间站布局示意图
为什么要到太空做实验？
问：我们为什么要到空间站做实验？
答：空间站是一个很特殊的环境，它能提供长期的微重力水平。我们一直强调“长期”这个特点，这是和在地面上做实验最大的区别。在地面上，我们有时候也能进行一些微重力的模拟，但周期不长。长期的微重力，是空间站提供的一个很好实验条件，像生命科学等实验就能够更好地完成。
左边这张图是中国空间站的甲烷燃烧实验，右是地面上的甲烷燃烧。从这两幅图中可以看到，火焰的形貌和燃烧的特点都大不相同。（图片来源：央视网）
这两幅图是我们在天宫二号进行的高等植物生长实验。这两个设备采用的是天地比对的方式：它们所有的实验条件是一样的，包括光照、湿度、温度以及使用种子的批次等。但是天地之间的差异非常明显。
第二点，有些材料需要多次的实验，空间站能为多次实验的参数比对提供良好的环境。这跟以前就不一样，我们以前在神舟飞船上做实验，可能上去就做那么一次。而且，除了舱内的微重力，舱外还有不同的高真空条件、各种宇宙辐射、温度交变等等，利用这些很极端的条件，我们也能开展很多舱外研究。
在空间站里，每一个科学实验柜都相当于一个综合性领域的实验室。在这个实验柜里面，我们可以从事单一学科领域的科学研究，还能面向多学科交叉的领域开展研究。每一个实验柜不仅仅是做那么一两项科学实验，它可能会承担几十项、上百项的科学实验，也就极大地拓展了太空实验的机会。
问：这些科学实验柜会给我们带来怎样的成果？
答：载人航天工程建设之初就提出：建站为应用。国家投入那么多建了一个空间站，更多的是希望发挥科学和应用的效应。
进行在轨的科学和应用的研究，我们的目的首先是从最本质的纯科学角度出发，发现新的科学现象、去探寻物理或者生物学的本质；第二点，希望通过这些研究，带动地面应用的发展，让咱们老百姓生活、生存、生产都变得更好。第三点，我觉得非常重要，我们未来一定会去更远的地方，比如月球、火星，现在的研究能为将来的空间探索提供更多的支撑和依据，创造更好的条件，提供技术的支持。
我们的空间科学实验柜，有多酷？
问：中国空间站上的科学实验柜跟国际空间站相比，有哪些创新的地方？
答：第一点，我们的科学实验柜做了统筹化、标准化、模块化的设计。国际空间站的实验柜子没有统一的标准，在设计时工作量其实会很大，每个实验柜的形状也不一样。而我们中国空间站的实验柜，是在提炼共性需求之后，将其变成基础支撑的部分，每个柜子看起来就很”像”，这样的话会非常方便。
以基础柜为例，其中安装有实验控制器和热控抽屉，解决了像供电、通讯还有散热的需求，每个科学实验柜都是在基础柜之上，加上不同的进行科学实验的部分。在轨时可以进行互换，如果一个柜子出了问题，也能很方便地换成另一个柜子。当长期运营、需要更换实验柜的时候，也不用大量准备备品，可以极大地降低后续的维护成本，降低工作量。
第二点，我们的科学实验柜有很多的“首次”，许多目前的前沿技术、之前很多没有上过天的一些测试手段，我们都用上去了。比如世界首创的实验柜——高精度时频柜。
我们还根据公共支持类的一些需求，制成了三个特殊的柜体。这些柜子并没有特别明确的科学主题，但却给大家提供了很多实验的特殊环境。比如说高微柜，能将空间站基础的微重力水平，提升将近两到三个量级；变重力柜能让航天员在太空里面做月球重力、火星重力的实验；在线柜为故障的设备提供了一个维修的空间，这是国际空间站里没有的。
问：我们的第一台实验柜，是怎么诞生的？
答：十几年前，我们集合了各种优势力量，比对国际空间站的尺寸，做了第一代产品。因为当时空间站的舱段有多大，我们都不知道，所以要进行比对。第一个柜子和我们目前柜子相差不是特别大，整体架构是很像的。下面也是两个抽屉，上面是很大的一个科学实验区域。
在那个时候，我们就已经基本上确定了未来想走的技术路线。也正是因为做出了第一个实验柜，得到了大家广泛的认可，才有了后来项目的顺利推动，继而有了现在天上的14个科学实验柜。
所以，第一台实验柜就是元老。这么多年，我们一直就把它摆在这，而没有把它当做一个过气的东西扔在仓库里。
问：科学实验柜入驻空间站之后，团队还会有什么计划？
答：所有的科学实验柜上天之后，我们得先确保它们是运行良好的。我们整个团队会对整个实验柜在轨的各种参数（包括工程上的数字量、工程参数还有科学数据）进行判读、监测，确保运行良好。
第二，未来上天的实验项目要先在地面上完成各种科学测试，我们团队要和很多不同科学家的团队合作，去完成这项工作。
第三，要做好实验柜的维护维修工作。我们的空间站目标是在轨运行10年，甚至更长时间。科学实验柜就像家里的电器一样，出现问题是不可避免的。所以，未来我们还要做好这些在轨实验装置的维护和维修工作。比如要做一些备品备件，到时候可以在天上进行更换。
还有，因为我们的实验柜采用了模块化、标准化的设计，如果未来某个实验柜的用途有改变，我们可以把它的科学模块拆出来更换。如果认为某项科学研究已经跟不上国际科技的前沿，我们完全可以把一些模块换掉，上一些更新的科学实验装置。
未来，我们还会承担空间科学实验装置的研制的工作。除了目前在空间站上的十几个科学实验柜以外，整个问天舱和梦天舱，还保留了应用载荷通用支持平台。这种科学实验系统还留出来很多的空间，给未来的实验留有余地。
航天员如何使用科学实验柜？
问：为方便航天员操作，实验柜做了哪些设计？
答：可以理解为，实验柜的组装就像搭积木一样，一块一块地拼起来就可以了。
为了便于实验柜的组装，我们预留了标准接口，这样的标准接口能解决接电、接水、散热的问题，各个模块只要按照设计图”推进去”就好了。
还有一个在线维修装调操作柜，当其他实验柜发生故障的时候，航天员就能到这个实验柜里进行相应的维修。虽然空间站中只有14个实验柜，但如果都让航天员去操作、更换，其实压力很大。为此我们还专门设计了一套智能诱导维修系统，让航天员在操作的时候不会过于疲劳。有了这样一套系统，就能使航天员的操作更方便。
首先是利用透视眼镜。眼镜里面有一个屏幕，能将虚实信息叠加在一起的。靠这种自动识别的技术，虚拟引导信息可以直接叠加到实物上。比如说这个地方有个螺钉，需要去把它拧开，这个时候从眼镜里看到的就是：实物设备的螺钉上，会有一个高亮提示，告诉你这个点是要操作的，同时会有语音提示用几号扳手，去拧动螺钉 。
通过视觉和听觉的诱导，航天员就可以非常方便地在轨操作。未来空间站上还有载荷专家，我们也可以通过这套系统，对一些比较复杂的科学操作进行引导。
问：载荷专家对科学实验柜的研制有什么意义？
答：载荷专家实际上是各个学科的科学家，上了空间站后，他们能从自己学术的角度，对装置设备的设计提出建议。在未来10年或者20年在轨科学实验装置的研制过程中，载荷专家会提出来很多有建设性的意见 。
另外，因为载荷专家都有学术素养，有很深的学术底蕴，能产生一些新的想法——他们可能会结合自身在太空里的状态，提出实验项目，这些项目未来也有可能会很好的产出。所以，载荷专家对于整个空间站未来的运维和科学实验是非常重要的。
问：后续的太空实验还会涉及哪些领域？
答：后面我们会定期地在国内进行项目的筛选和征集。征集后，会有一个研制和开发的周期。再结合货运飞船上行的时机、装置研制的先后等因素，考虑优先安排哪些实验项目上天。
目前，规划得比较多的主要是生命科学和材料科学方面的实验。因为这些实验更贴近于我们的日常生活，覆盖的范围也比较广。加上这些实验的准备相对来说比较简单，比如说材料，可能就做一个合金体就可以了。再比如说生命科学，可能做一个小的培养装置带上去就可以满足需求。所以相关的科学项目会多一些。当然像基础物理、国际前沿的科学项目，也有在进行相应的规划。
研制实验柜的日常：每0.5小时排班，提前4小时到岗
问：您投身到空间科学的具体历程是怎样的？
答：我是学物理的，博士一毕业便开始从事航天工作，至今也已经十年了。这十年确实是一个很不可思议的历程。当年我们造实验柜，相当于是国内第一批”吃螃蟹的人”。实验柜要建成什么样、以什么样的体制去建设、如何将商业化的科学装置科学设备融入其中，这些都是令我们感到困惑的问题。
比如，我们之前做实验柜整体散热设计的时候有好几种方案，当时都是并行去做，最后选一个。在选择的过程中，我们既要考虑散热方案能包容多个实验柜共同的需求，又要考虑安全性、可靠性等各方面的因素，这整个研制的过程是很梦幻的。在这个过程中，离不开团队的每一个小伙伴的投入，还有各级专家、领导对我们的支持，给了我们很多可以想象，可以发挥的空间，才有了目前的科学实验柜。
问：您在研制过程中感到“压力山大”吗？
答：确实是。
我之前是学物理的，读博士的时候，可以花5年时间奔着一个主题去开展实验，可以一次又一次地去试错 ，只要我的实验结果符合预期，就可以发一个很好的文章。但从事与航天有关的工作之后，我们需要把整体指标进行分解，要和不同的团队去沟通细节，整个沟通的过程消耗的时间、承担的压力就比较多了。
第二个，对我们来说实验柜是一个的全新事物，你不知道这个东西要建成什么样，你只能摸着石头过河。比如说实验柜设计，你得保证绝对的安全性，确保有较长的使用寿命。有些实验是需要循环完成的，我们就得24小时不间断地盯着设备，监视它的状态，中间也会有沟通的工作、技术设计仿真分析、实验验证的工作。
至于压力，我想主要是因为要在规定的很短的时间之内，完成一个很难的工作。本来我可能用一年的时间，把一项工作做得很好。但实验柜的研制是一个系统工程，每一个环节是环环相扣的。为了不影响整个工程的进度和时间，我们很有可能要将几个月的工作压缩到一个月甚至几天去完成。在实验柜研制最后冲刺的三到五年里，大家基本上没有所谓的节假日，甚至有时候都没有白天黑夜的区分。事情难、时间紧，是我们面临的很大压力。
问：您的生活状态，比如作息是怎样的？ 同事们呢？
答：我现在的作息基本上已经比较稳定了。我基本上很难在12点以前睡着，晚上11点多钟给我的同事发工作微信是能够得到回复的，我相信大部分人可能都是这么一个作息的情况。
我们很多年都没有去看过电影，因为周末其实也很少，假期有时候也很难保证。外面发生了一些什么变化、年轻人现在喜欢玩的是什么东西，我们有时候都不太了解了，就感觉会跟别人有些脱节，我相信很多我的同事都是有这么一个感觉。
我们基本上是没有白天和黑夜的。所有的计划，基本上是按0.5小时排，并且要提前4个小时到岗。虽然你可能就干十几分钟，但为了保障整个过程是无缝衔接的，你必须要提前4个小时等着。当需要你的那一刻，你一定是提前在那等着的，不能让设备去等人。就是有了这么非常有纪律化的节点计划，才能保障我们的研制工作的顺利开展。
团队合照
问：您是怎么坚持下来的？
答：其实有两点。
第一，目前我们整个团队，有这样一个共识：我们从事的这项事业是能吸引人的。在空间站这件事上，目前除了国际空间站，就是咱们中国的空间站。所以能够参与相关的工作，我觉得就很不容易，甚至是很庆幸。国家大力地发展空间科学，正好给了我们这帮年轻人这么一个机会。这个事情值得大家去付出，值得大家去奉献，值得大家去攻关去做这些事情。
第二个因素，除了内心的驱动，更重要的就是有一帮很好的朋友。我一直觉得，我们整个团队，大家都是像朋友的关系。周围有这么一帮关心你的朋友，关爱你的师长和领导，在这种氛围下，当你遇到困难的时候，你不是一个人在战斗。大家彼此有这么一个目标，有这么一条心去使劲，当你真的想放弃的时候，你会想到是不是会辜负其他人的努力，这种意志，是可以支撑我们坚持到底的。
几年前，中国空间站核心舱成功发射时，我们采访过这支团队，如今再看当时的采访，依然能感受到那种骄傲，正是有了无数这样的科研团队，我们才能一步步走向星辰大海！
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