科技日報記者 朱虹

從黑龍江省哈爾濱市南崗區(qū)出發(fā)，向北行駛，越過松花江，約半小時車程，記者來到位于哈爾濱新區(qū)的科技創(chuàng)新城。

冬日的雪花飄落在廣袤的園區(qū)，為這片科技熱土增添了一抹寧靜的美。在足有50個足球場大小的地方，4棟潔白如雪的建筑巍然矗立。樓宇上，“SESRI”藍色標(biāo)志熠熠生輝。

這里，就是我國航天領(lǐng)域首個國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——“空間環(huán)境地面模擬裝置”所在地。該裝置由哈爾濱工業(yè)大學(xué)和中國航天科技集團聯(lián)合建設(shè)，能夠模擬包括低溫、真空、電磁輻射在內(nèi)的九大類空間環(huán)境因素，為科研人員提供近乎真實的太空實驗環(huán)境。

“這座‘地面空間站’從2005年開始論證，到2023年正式投入使用，歷經(jīng)18年?！惫ご罂臻g環(huán)境與物質(zhì)科學(xué)研究院院長李立毅告訴記者，“它的建成不僅為我國航天事業(yè)的發(fā)展提供了強大支撐，還為科研人員探索太空奧秘搭建了新的平臺?！?/p>

模擬太陽系

進入“地面空間站”的心臟地帶——空間綜合環(huán)境實驗樓，月塵艙、火星塵艙、太陽模擬器等大型實驗裝置映入眼簾，這里仿佛是一個微縮版的太陽系。

記者來到月塵艙前。這座5.5米高的龐然大物模擬的是月球上的塵埃世界?！霸聣m看似不起眼，在太空中卻是個‘大麻煩’。”李立毅介紹道，“這種微小顆粒本就形狀尖銳，受到太陽和宇宙射線的照射，會帶上電荷，變得更加鋒利。帶電月塵可能會劃破航天服，危及航天員生命健康。”

為破解這一太空難題，科研團隊進行了無數(shù)次的嘗試。他們利用電子槍和X紫外燈，讓月塵帶上正負電荷，再模擬真空和低溫環(huán)境，形成一個綜合多因素的月塵實驗環(huán)境。李立毅告訴記者：“在這里，我們可以測試不同材質(zhì)的航天服，看看哪種材質(zhì)能夠抵御帶電月塵的侵襲；我們還可以研究月球車太陽能帆板的構(gòu)造，找到避免被月塵覆蓋的最佳方案。”

說話間，記者來到了一個更加令人震撼的實驗裝置前——高達17米的太陽模擬器。它能夠真實模擬太陽照射，綜合模擬真空、高低溫、粒子輻照、電磁輻射等多種宇宙環(huán)境?？蒲腥藛T可以根據(jù)實驗要求，調(diào)節(jié)太陽模擬器的熱量和照射角度等參數(shù)，實現(xiàn)最精準(zhǔn)的模擬。

談起過去的實驗條件，李立毅深有感觸地說：“以前，科研人員進行材料器件等實驗時，要輾轉(zhuǎn)多個實驗艙，才能完成一個完整的實驗過程。這樣不僅效率低下，而且物理過程和物理反應(yīng)之間還存在差異。現(xiàn)在有了這個綜合實驗艙，我們可以在一個艙內(nèi)一次完成所有實驗，大大提高了實驗的效率和準(zhǔn)確性?！?/p>

打造零磁場

在“地面空間站”里，有一座高約15米、形似“套娃”的建筑，這是空間磁環(huán)境科學(xué)裝置。

哈工大空間環(huán)境與物質(zhì)科學(xué)研究院磁環(huán)境與磁信息研究室副研究員金銀錫介紹，地球磁場無處不在，地球環(huán)境的任意空間都承載著約5萬納特斯拉的磁力線。相較之下，外太空的磁場極其微弱，僅為地球磁場的近百萬分之一。因此，為了模擬太空環(huán)境，需要打造一個零磁場，即幾乎沒有任何磁場干擾的環(huán)境。

實現(xiàn)零磁環(huán)境，其難度超乎想象?？蒲腥藛T需要在龐大而復(fù)雜的地球磁中，創(chuàng)造一個“磁屏蔽泡泡”，如同在洶涌澎湃的大海中建造一座完全不受海浪影響的小島。

為了完成這一目標(biāo)，科研團隊首先面臨材料選擇的難題。傳統(tǒng)的磁屏蔽材料往往自帶磁性，會嚴重干擾零磁空間的實現(xiàn)。經(jīng)過反復(fù)試驗和驗證，團隊終于找到一種能夠有效屏蔽外界磁場干擾的復(fù)合新材料。

然而，材料的選擇只是開始，將這些材料有效地組合成一個完整的磁屏蔽系統(tǒng)，才是更大的挑戰(zhàn)。團隊最終通過七層電磁屏蔽材料層層包裹，像“套娃”一樣將外界磁場干擾隔絕。這一設(shè)計不僅增強了磁屏蔽效果，還確保了零磁空間內(nèi)部的穩(wěn)定性和可靠性。

“現(xiàn)在，靜態(tài)磁場已被抑制到了0.033納特以下，實現(xiàn)了接近零磁的空間環(huán)境?！苯疸y錫說。

在零磁空間中，科研人員可以深入研究低磁環(huán)境下材料、器件以及航天器的變化規(guī)律，探索長期停留在空間站磁場對人體健康的影響。同時，他們還能捕捉到很多在地磁環(huán)境下無法測量的微弱磁場信號，包括腦磁和心磁信號，這為腦科學(xué)、生物電磁信息等領(lǐng)域的研究提供了新的可能。

密封真空罐

在“地面空間站”一隅，三層樓高的空間等離子體科學(xué)實驗樓內(nèi)，裝著一個直徑5米、長10.5米的實驗裝置。哈爾濱工業(yè)大學(xué)空間等離子體物理研究室副研究員毛傲華介紹，科研人員將地球大氣層以外的磁層環(huán)境，原汁原味“搬”進了這里，相當(dāng)于把地球磁層“封裝”進了地面真空罐。

在宇宙中，超過99.9%的物質(zhì)以等離子態(tài)存在，無論是熾熱的太陽、絢爛的星云，還是神秘的極光，都是它的杰作。當(dāng)太陽風(fēng)如狂暴的海嘯般沖向地球時，地球磁層的響應(yīng)會引起磁暴、亞暴等極端空間天氣現(xiàn)象，對航天器運行造成嚴重威脅。

毛傲華介紹，借助這一前沿裝置，科研人員能夠在地面上模擬磁層關(guān)鍵物理過程。研究結(jié)果為構(gòu)建空間天氣預(yù)報模型提供了堅實基礎(chǔ)，同時也為航天器的安全防護策略提供了新的視角。

此外，該裝置還能針對航天器重返大氣層時的表面等離子體鞘套復(fù)雜電磁環(huán)境進行精準(zhǔn)模擬。當(dāng)航天器穿越大氣層時，動態(tài)等離子體鞘套現(xiàn)象隨之產(chǎn)生，形成一道電磁波難以穿透的“黑障”，使得航天器與地面的通信中斷。如今，借助該裝置，研究人員能夠更深入地探索這一現(xiàn)象，為破解“黑障”難題提供更多線索。

“地面空間站”投入試運行以來，像一塊磁石，吸引了國內(nèi)外眾多科研機構(gòu)和企業(yè)的關(guān)注，為人類探索太空事業(yè)注入了新的活力。

黨的二十屆三中全會強調(diào)，深化科技體制改革，提升國家創(chuàng)新體系整體效能，形成具有全球競爭力的開放創(chuàng)新生態(tài)。展望未來，李立毅向記者表示：“我們將以全會精神為指引，加強原創(chuàng)性、引領(lǐng)性科技攻關(guān)，為全球科學(xué)家提供更好的科研環(huán)境和條件，為人類探索宇宙奧秘貢獻更多的中國智慧與中國力量！”