编者按：中国载人空间站的建设与运营牵动着全国人民的心弦。神舟12和13的先后升空，两批航天员乘组进入天和核心舱，标志着中国人可以在自己的空间站长期驻留并开展工作。力学所微重力重点实验室的研究团队，正在全力奋战，为即将全面建成的天宫中国载人空间站研制科学实验柜，为在实验舱内开展微重力科学实验奠定基础。 

微重力研究团队全力为中国载人空间站研制流体科学实验柜

康琦

　　2021年4月29日11时23分，搭载中国载人空间站“天宫”的核心舱“天和”的长征五号B遥二运载火箭（CZ-5B Y2），在文昌航天发射场点火升空。约494秒后，天和核心舱与火箭成功分离，进入预定轨道。12时36分，太阳能帆板两翼顺利展开且工作正常，发射任务取得圆满成功。这标志着中国空间站在轨组装建造全面展开，为后续关键技术验证和空间站组装建造顺利实施奠定了坚实基础。 

（a）CZ-5B Y2运载火箭在发射架上点火

（b）CZ-5B Y2运载火箭成功升空

图1 天和核心舱在文昌航天发射场发射升空（图片来源：中国载人航天工程网）

　　2021年6月17日9时22分，搭载神舟十二号载人飞船的长征二号F遥十二运载火箭（CZ-2F Y12），在酒泉卫星发射中心准时点火发射。约573秒后，神舟十二号载人飞船与火箭成功分离，进入预定轨道。神舟十二号载人飞船入轨后顺利完成入轨状态设置，于6月17日15时54分，采用自主快速交会对接模式成功对接于天和核心舱前向端口，和此前已经对接好的天舟二号货运飞船在一起，构成了三舱（船）组合体，整个交会对接过程历时约6.5小时。按程序完成各项准备后，由聂海胜、刘伯明、汤洪波3人组成的航天员乘组从返回舱进入轨道舱，按序开启了节点舱舱门、核心舱舱门，并于18时48分先后进入了天和核心舱。他们在空间站驻留了3个月，于9月17日安全返回。这标志着中国人首次进入自己的空间站并实现了长期驻留。 

图2 长征二号F遥十二运载火箭点火升空（图片来源：国防部网）

图3 欢迎神舟12乘组航天员回家（图片来源：央视新闻客户端）　  

　　2021年10月16日0时23分，搭载神舟十三号载人飞船的 长征二号F遥十三运载火箭（CZ-2F Y13），在酒泉卫星发射中心按照预定时间精准点火发射。约582秒后，神舟十三号载人飞船与火箭成功分离，进入预定轨道。6时56分，神舟十三号载人飞船与核心舱组合体完成自主快速交会对接。翟志刚、王亚平、叶光富3名航天员将在空间站驻留6个月，他们已经在11月7日进行了首次在轨紧急撤离演练，当日晚又进行了出舱活动。中国空间站开启了有人长期驻留的新时代。 

图4 搭载神舟十三号载人飞船的长征二号F遥十三火箭点火升空（图片来源：新华社）

图5 叶光富（左）、翟志刚（中）、王亚平（右）进驻中国空间站（图片来源：央视新闻）

　　按照计划，中国空间站将在2022年建成。除了核心舱、神舟载人飞船和天舟货运飞船外，届时还将组合两个实验舱：实验舱I“问天”和实验舱II“梦天”。实验舱内设有标准化设计的实验柜，首批建造12.5个。这样，在空间站里就可以长期开展有人参与的、大规模的空间科学实验和新技术验证试验以及航天医学实验，从而促进生命、流体、燃烧、材料、基础物理等学科发展与技术创新。此外，还可以为人类开展深空探索储备技术、积累经验。这是中国为人类探索宇宙奥秘，和平利用外太空，推动构建人类命运共同体做出的积极贡献。  

　　在这场中国航天史的重大活动中，力学所微重力重点实验室正在全力以赴，研制流体物理实验柜科学实验系统和空间两相系统实验柜科学实验系统。它是梦天舱的两个流体科学实验柜，用于开展空间微重力环境中流体的宏观运动、微观运动、扩散过程以及相变过程、多相流体体系的研究，还可以支持空间材料、空间生命科学和生物技术等领域采用透明介质的实验研究。空间站流体物理实验柜的7项空间实验是最先安排载荷研制启动的首批科学项目，其中5项为力学所的微重力研究团队承担，它们是：（1）空间三相多液滴迁移行为研究；（2）空间流体储存、运输及界面行为研究；（3）微重力环状流振荡特性及转捩问题研究；（4）微重力下胶体玻璃态转变及流变行为研究；（5）胶体的聚集和相转变的微重力研究。两个流体实验柜设计在轨寿命10年以上，可以保障我国微重力流体科学研究的持续发展。 

   空间两相系统实验柜            微重力流体物理实验柜  

图6 空间站实验舱流体物理柜

　　空间两相系统实验柜以载人航天工程应用及我国深空探测需求为背景，是支持两相流动与相变传热空间科学与应用技术系列实验研究的通用设备。可开展空间相变流体界面的复杂流动、空间相变传热、空间两相流动系统动力学和空间在轨流体管理等问题的研究。这个科学实验系统具有创新性设计、实验面广、功能性强、模块可更换以及与国际接轨等特点，将是国际上第一个专门用于空间两相系统研究的大型空间实验平台。 

　　微重力流体物理实验柜以具有重要科学意义和重大应用背景的流体物理基础性研究为主，聚焦空间科学、深空探测发展急需的流体工程技术性问题研究。科学实验系统集成研发了15种先进流体测试技术，用于流体动力学和复杂流体的空间微重力科学实验，也可开展与材料制备和空间生物技术相关的热质输运过程研究。这个科学实验系统具有自主设计、创新研发、高度集成、功能拓展等特点，将是国际上技术最先进、最完备的空间微重力流体物理实验平台。 

　　在胡文瑞院士带领下，从上世纪90年代初开始，力学所微重力实验室的研究人员为我国空间微重力科学与技术的发展做出了重要贡献，组织、策划了多次微重力科学与技术空间实验，如“实践十号”微重力科学实验卫星（2016年）以及“太极一号”微重力技术实验卫星（2019年-）。这里让我们简单回顾一下力学所在我国载人航天工程发展历程中的工作。 

　　上世纪八十年代末，随着国家“863计划”的出台，我国载人航天再次被提上了日程。1987年，在863计划航天领域专家委员会首席科学家屠善澄带领下开始了“中国载人航天工程”可行性论证，力学所胡文瑞院士作为中科院的代表参加了论证及立项过程。1992年9月21日，中央政治局常委会扩大会议批准中国载人航天工程开始实施，并确定了我国发展载人航天“三步走”的战略：第一步，发射载人飞船，建成初步配套的试验性载人飞船工程，开展空间应用实验；第二步，突破航天员出舱活动技术、空间飞行器交会对接技术，发射空间实验室，解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题；第三步，建造空间站，解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。从此，我国航天史上迄今为止规模最大、系统组成最复杂、技术难度和安全可靠性最高的国家重点项目正式启动。 

　　力学研究所微重力重点实验室的研究人员，在载人航天“三步走”的历程中，都发挥了重要作用。在第一步的载人飞船试验阶段，作为微重力流体与燃烧分系统责任单位，在2003年“神舟4号”飞船任务中，成功开展了大Maragoni数液滴迁移空间实验；获得国务院颁发的“中国载人航天工程”国家科学技术进步特等奖，以及“中国载人航天突出贡献者”等荣誉称号。在第二步的空间实验室试验阶段，继续作为微重力流体研究的责任单位，在2016~2019年“天宫二号”任务和2017年“天舟一号”任务中，分别开展了大Prandtl数液桥热毛细对流实验和两相系统技术验证实验；获得中央军委科学技术委员会颁发的军队科技进步二等奖，以及国家五部委联合颁发的“中国载人航天突出贡献集体”“中国载人航天突出贡献者”等荣誉称号。在第三步的载人空间站工程阶段，力学所康琦团队又承担了实验舱两个流体科学实验柜科学实验系统的研制任务。

　　综上所述，力学研究所微重力实验室是在国家863计划支持下、随中国载人航天工程孕育而建，一直是我国微重力科学研究的中心，几乎完成了我国微重力流体物理全部20项空间科学实验。这次空间站的微重力流体物理实验柜和两相系统实验柜也是微重力实验室提出并通过评审论证立项的。目前，实验柜的核心任务——科学实验系统研发由微重力实验室负责承担，同时其多个首批空间科学实验项目也主要由实验室科研人员承担。这两个实验柜将随实验舱II一起发射入轨。我们相信它们将为我国微重力科学发展提供更多的支撑。