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返回式卫星上的科学实验

实践十号将开展什么样的科学研究？《科学世界》记者方晨就此采访了实践十号卫星工程项目首席科学家、中国科学院力学所胡文瑞院士。

科学世界：实践十号主要的目标是什么？

胡文瑞：目标就是在微重力环境里做长时间的实验。这样的实验在地面上做不了。我们地面上的微重力实验室，物体从高塔上以自由落体下落，能保持失重的时间只有几秒钟，而返回式卫星可以在微重力条件下做时间长达十几天的实验。

科学世界：实践十号搭载的科学实验是如何筛选出来的？

胡文瑞：筛选非常严格。很多研究，在地面上由于重力的影响，不容易做，在空间做实验就可以排除重力的影响。要考察这些实验的科学意义。由于我国的返回式卫星有返回舱和留轨舱，当然还要统筹考虑需要回收的实验和不回收的实验。我们从最初的两百多项里面筛选了约20项。

实践十号搭载的微重力科学实验大概分为几类。第一类是微重力流体物理，就是研究流体界面效应、毛细现象等。第二类是微重力燃烧。在地面上，重力产生的影响和化学反应耦合在一起，所以对材料的燃烧规律不容易研究清楚。对我国来讲，煤的燃烧理论，是我们要特别重点研究的。第三类是空间材料，例如半导体材料在微重力环境中的晶体生长。

空间生命科学的实验包括三类。一类是空间辐射效应，也就是辐射生物学。另一类是重力生物效应，就是研究微重力条件下生物发生的变化。第三类是空间生物技术，例如造血和神经干细胞在微重力环境中的培养等。

科学世界：干细胞在微重力环境中生长，有什么特殊之处？

胡文瑞：在微重力环境里可以实现三维培养。在地面上的培养基本都是贴壁状态，贴壁生长的话，这些细胞或者组织的性能就会发生改变。而三维培养能够比较好地模拟人体内细胞的生长、分化过程，这在国际上是一个非常重要的方向。

科学世界：进行这么多项实验，飞船上的实验环境是如何控制的？

胡文瑞：每一个科学实验载荷都有自己的一套装置，所以实验条件都是独立控制的。

科学世界：返回舱回收的时候，会不会对这些需要微重力环境的材料产生什么影响或破坏？

胡文瑞：不会。例如生物样品，在返回以前就全部固化。就是在生物样品里加入一些材料，将它的形态固定住。

科学世界：实践十号的微重力环境与空间站相比有什么特色？

胡文瑞：返回式卫星的一个特点是可以有非常高的微重力水平。空间站很庞大，上面有各种载荷、机械设备，还有航天员，所以扰动就比较大。残余重力能到10-3g（g为地球表面的重力加速度）就不错了。而返回式卫星没有这些干扰，所以很容易达到10-6g的水平。二者相差很大 。

另外一点是，空间站的运行是围绕着人（航天员）来开展的，在进行科学实验时，某些方面的灵活性不足。比如说有的生命科学实验，要求在发射前几个小时把样品装上去，做完实验马上要回收。空间站的任务涉及到载人飞行，就难以满足这样的要求。

因此，返回式卫星具有比空间站优越的地方。当然，它的成本也比空间站便宜得多。现在我国正在发展一种可重复使用的返回式卫星系统，在论证的时候，特别强调其任务不能和空间站的任务冲突。

（本文发表于《科学世界》2016年第5期）