地球上也能建空間站嗎？“地面空間站”和真實(shí)的宇宙空間有哪些區(qū)別？位于黑龍江哈爾濱新區(qū)的空間環(huán)境地面模擬裝置，為這些疑問(wèn)提供了科學(xué)答案。
從支撐載人航天、深空探測(cè)等國(guó)家重大戰(zhàn)略任務(wù)，到服務(wù)醫(yī)療健康、農(nóng)業(yè)育種、新材料、新能源等前沿領(lǐng)域研究，“地面空間站”應(yīng)用廣泛、前景廣闊。讓我們一同走進(jìn)這座大國(guó)重器，于一方天地，探宇宙奧秘。
——編 者
在黑龍江哈爾濱新區(qū)的科技創(chuàng)新城，有一片“潔白”分量頗重。這處占地近50個(gè)足球場(chǎng)的白色建筑群，是我國(guó)航天領(lǐng)域國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——空間環(huán)境地面模擬裝置，它還有一個(gè)別稱：“地面空間站”。
該裝置由哈爾濱工業(yè)大學(xué)與中國(guó)航天科技集團(tuán)聯(lián)合建設(shè)，歷時(shí)近20年攻關(guān)，2024年通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收。它能將真空、輻照、弱磁、等離子體等九大類宇宙極端環(huán)境“搬”來(lái)地球，為國(guó)家多項(xiàng)重大航天任務(wù)工程提供不可或缺的地面驗(yàn)證。
裝 置
盡可能模擬真實(shí)宇宙空間
“國(guó)際上通用的地面模擬裝置大都基于單一因素，然而外太空的真實(shí)環(huán)境往往是各種因素的耦合?！弊哌M(jìn)裝置內(nèi)部，哈爾濱工業(yè)大學(xué)空間環(huán)境與物質(zhì)科學(xué)研究院院長(zhǎng)李立毅介紹，“‘地面空間站’的建設(shè)目的，就是盡可能模擬宇宙空間的真實(shí)環(huán)境。”
裝置建設(shè)的關(guān)鍵突破，在于實(shí)現(xiàn)“多因素耦合”這一科學(xué)設(shè)想。它不再是多個(gè)單一環(huán)境實(shí)驗(yàn)室的簡(jiǎn)單集合，而是能在同一物理空間內(nèi)，復(fù)現(xiàn)輻射與超低溫、多種輻射之間等復(fù)雜耦合的真實(shí)宇宙空間。
往里走，有一座高約15米、形似“套娃”的建筑，這就是空間磁環(huán)境科學(xué)裝置。
地球磁場(chǎng)無(wú)處不在，而外太空的磁場(chǎng)強(qiáng)度僅為地球的約百萬(wàn)分之一。為了模擬這種極端環(huán)境，科研團(tuán)隊(duì)用7層特種電磁屏蔽材料層層包裹，建造了一個(gè)“磁屏蔽泡泡”。這里的靜態(tài)磁場(chǎng)被穩(wěn)定抑制在極低水平，實(shí)現(xiàn)了接近絕對(duì)零磁的空間環(huán)境。
除空間磁環(huán)境科學(xué)裝置之外，綜合環(huán)境模擬分系統(tǒng)、離子加速器分系統(tǒng)都是其中的重要組成部分。
綜合環(huán)境模擬分系統(tǒng)設(shè)置有系統(tǒng)級(jí)綜合輻照試驗(yàn)艙、月塵艙、火星塵艙、高速粉塵艙等巨型金屬裝置，可模擬真空、高低溫、帶電粒子輻射、電磁輻照、空間中性氣體、固體顆粒物等六大類太陽(yáng)系典型空間綜合或極端環(huán)境與效應(yīng)。離子加速器分系統(tǒng)可提供寬能量范圍的電子、質(zhì)子和重離子束流，該分系統(tǒng)建設(shè)有多條實(shí)驗(yàn)束線，可開(kāi)展輻射場(chǎng)模擬、元素分析、輻照育種、器件輻照效應(yīng)、細(xì)胞輻照效應(yīng)、核物理、核探測(cè)器校準(zhǔn)等研究。
微觀機(jī)理分析、空間生命科學(xué)、數(shù)值仿真與中央監(jiān)控……“地面空間站”能夠開(kāi)展不同類別的科學(xué)研究：能模擬速度為70公里/秒的太空粉塵撞擊，為航天器打造“鎧甲”；能在巨大的真空艙內(nèi)，克服每平方米近10噸的大氣壓力差，將關(guān)鍵設(shè)備的位置精度控制在毫米級(jí)以內(nèi)；還能構(gòu)建帶電月塵環(huán)境，測(cè)試登月服材料的性能。
從論證到驗(yàn)收，團(tuán)隊(duì)突破了多源輻照等效模擬、粉塵極端環(huán)境模擬等15項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，讓裝置成為多學(xué)科交叉創(chuàng)新的平臺(tái)，已推動(dòng)2000余款航天元器件研制，支撐10余個(gè)重大航天型號(hào)的考核鑒定工作。
應(yīng) 用
服務(wù)重大戰(zhàn)略任務(wù)與前沿探索
裝置的價(jià)值在于應(yīng)用。自投入運(yùn)行以來(lái)，“地面空間站”憑借強(qiáng)大的模擬能力，吸引了眾多國(guó)內(nèi)外科學(xué)家，服務(wù)科技前沿探索。
“以前，我們只能通過(guò)幾十厘米的小裝置進(jìn)行驗(yàn)證，而這里的裝置尺寸大幾十倍，我們能研究更復(fù)雜的物理過(guò)程。”2025年3月，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)陸全明教授團(tuán)隊(duì)與哈爾濱工業(yè)大學(xué)合作，首次在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了地球磁層頂位形磁場(chǎng)重聯(lián)過(guò)程的地面模擬和確認(rèn)。
“在可控實(shí)驗(yàn)室里能‘再造’太空中的能量爆發(fā)節(jié)點(diǎn)，讓我們觀察到前所未有的細(xì)節(jié)。這些是傳統(tǒng)的小型實(shí)驗(yàn)裝置、單一的衛(wèi)星觀測(cè)難以完整揭示的新現(xiàn)象?！标懭髡f(shuō)。
華中科技大學(xué)王順教授團(tuán)隊(duì)利用“地面空間站”零磁環(huán)境，對(duì)“天琴計(jì)劃”關(guān)鍵部件進(jìn)行了高精度磁性測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)極弱磁信號(hào)的直接觀測(cè)，使得我國(guó)在極弱磁測(cè)量技術(shù)上取得重要進(jìn)展。
“‘地面空間站’顯著降低了載荷研制風(fēng)險(xiǎn)與成本，縮短了驗(yàn)證周期，支撐了航天技術(shù)快速迭代?！闭劶把b置帶來(lái)的變化，王順認(rèn)為這類大科學(xué)裝置不僅提供了自主可控的地面驗(yàn)證平臺(tái)，更使我國(guó)在前沿研究中搶占先機(jī)，加速技術(shù)向工程的跨越。
近年來(lái)，隨著商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，裝置也變得更加繁忙。
“2023年，商業(yè)航天試驗(yàn)任務(wù)只占總?cè)蝿?wù)的36%；2025年下半年，這一比例已經(jīng)提高到了67%。”李立毅介紹，通過(guò)提高加速器的束流能量，并減少抽真空和轉(zhuǎn)接線的環(huán)節(jié)，裝置的試驗(yàn)速度提升到每小時(shí)6個(gè)器件，支撐我國(guó)多個(gè)星座大部分衛(wèi)星電子系統(tǒng)的地面考核與驗(yàn)證，推動(dòng)我國(guó)低軌星座的快速布局。
“地面空間站”不僅面向國(guó)內(nèi)，也積極對(duì)接國(guó)際同行，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合攻關(guān)、數(shù)據(jù)互通、人才聯(lián)合培養(yǎng)等深度合作。例如，通過(guò)亞太空間合作組織正式發(fā)布“全球開(kāi)放計(jì)劃”，“地面空間站”已與8個(gè)國(guó)家、15家科研機(jī)構(gòu)在多個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域推進(jìn)高水平科研協(xié)同，用技術(shù)交流搭建跨國(guó)合作橋梁。
自驗(yàn)收以來(lái)，圍繞載人航天、商業(yè)航天、深空探測(cè)、醫(yī)療健康、農(nóng)業(yè)育種、新材料、新能源等重大戰(zhàn)略任務(wù)與前沿科學(xué)探索，“地面空間站”累計(jì)服務(wù)中國(guó)航天科技集團(tuán)等200余家用戶單位、400余個(gè)用戶團(tuán)隊(duì)，對(duì)外服務(wù)超6萬(wàn)小時(shí)。
升 級(jí)
成為人類探秘宇宙的前哨
這座“地面空間站”，一直眺望著浩瀚的星辰大海。“接下來(lái)，‘地面空間站’建設(shè)將向更精、更廣、更深推進(jìn)。”李立毅說(shuō)。
在技術(shù)性能的精進(jìn)化升級(jí)方面，“地面空間站”立足國(guó)家重大科技需求和戰(zhàn)略考量，聚焦航天、芯片、新材料等領(lǐng)域的需求，持續(xù)突破更高精度的環(huán)境模擬技術(shù)。例如，優(yōu)化質(zhì)子微束的能量控制精度，提升設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為解決“卡脖子”技術(shù)問(wèn)題提供支撐。
在服務(wù)領(lǐng)域的廣度化拓展方面，“地面空間站”針對(duì)月球、火星等深空環(huán)境的模擬需求，開(kāi)發(fā)專屬試驗(yàn)?zāi)K；結(jié)合醫(yī)療領(lǐng)域的輻照治療研究，拓展生物輻照模擬功能。裝置將重點(diǎn)向深空探測(cè)、量子科技、新能源等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和未來(lái)產(chǎn)業(yè)延伸，持續(xù)擴(kuò)大服務(wù)半徑。
在合作層次的深度化推進(jìn)方面，“地面空間站”在深空探測(cè)相關(guān)的材料抗輻照、航天器可靠性驗(yàn)證等領(lǐng)域，能持續(xù)為各國(guó)科研團(tuán)隊(duì)提供獨(dú)有的試驗(yàn)條件?！拔覀儗⒔柚撗b置，加速推進(jìn)‘全球開(kāi)放計(jì)劃’實(shí)施，共同發(fā)起國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃，聯(lián)合全球相關(guān)領(lǐng)域的頂尖大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)、頂尖科學(xué)家，開(kāi)展前沿探索?！崩盍⒁阏f(shuō)。
未來(lái)，這座連接大地與星空的橋梁，將繼續(xù)為載人登月、火星采樣、太陽(yáng)系邊際探測(cè)等提供堅(jiān)實(shí)的地面支撐。這座“地面空間站”，不僅是中國(guó)的大國(guó)重器，也是人類探秘宇宙的前哨。（方圓）
《 人民日?qǐng)?bào) 》（ 2026年03月09日 14 版）
（責(zé)任編輯：蔡文斌）
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