2022年3月23日下午,“天宫课堂”第二课在中国空间站开讲,“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富再次呈现了一堂精彩的太空科普课。值得关注的是,这次太空授课,除了演示微重力环境下的结晶、液桥、水油分离以及太空抛物等实验,航天员还重点展示了载人航天工程空间应用系统的两个科学实验柜——高微重力科学实验柜和无容器材料实验柜,让青少年初步感受到国家太空实验室的科学魅力。
航天员叶光富开始先向同学们介绍了高微重力环境对于科学实验的重要性,王亚平打开身边的柜门,为大家展示高微重力科学实验柜的核心部分——悬浮实验台,叶光富展示了之前与地面科学家配合开展柜外实验的画面。
据中科院空间应用工程与技术中心高微重力科学实验柜副主任设计师王蜀泉研究员的介绍,这个悬浮实验台采用双层结构设计,内层采用磁悬浮技术,解锁后,通过电磁力对柜体进行六自由度控制漂移,内体就可以获得比平台微重力环境高2-3个数量级的微重力水平。外层采用喷气控制,带动外体跟随内体运动。喷气加磁悬浮双重控制,可以尽量抵消空气扰动、平台振动等造成的影响。
介绍完高微重力实验平台之后,叶光富来了个90度转身,又向同学们展示了位于航天员头顶上方的另一个“悬浮高手”——无容器材料实验柜。在无容器实验平台的腔体内,实验样品可以在微重力环境下通过静电场实现悬浮稳定控制,与容器的内表面完全不接触,所以叫做“无容器”。这样就避免了容器材料对样品的影响,可以更精确地测量试验样品的重要物理性质。
据空间应用系统科学实验柜总体主任设计师张立宪研究员介绍,无容器实验柜由无容器实验平台、真空与加压模块、实验电控模块等组成。其中,核心功能模块是包含一个实验腔体的无容器实验平台。
每一个科学实验柜相当于一个综合性的领域实验室,可以支持开展单学科或多学科交叉的空间科学实验。中科院空间应用工程与技术中心作为空间应用系统的总体单位,组织完成了多领域十余台科学实验柜的研制任务。
载人航天工程空间应用系统副总师王珂研究员介绍说,实验柜采用模块化设计,在轨可通过航天员操作更换实验单元或实验样品,支持科学研究项目的滚动实施。今年,中国空间站即将建成,未来将支持空间生命科学与人体研究、微重力物理科学、空间天文与地球科学、空间新技术与应用等四大学科领域的上千项科学实验项目。