方寸之间，承托缤纷实验——揭秘“天宫”空间站的科学实验柜

出品：科普中国

作者：中国科普博览

监制：中国科普博览

随着2022年11月3日“天宫”空间站主体建设工作的圆满完成，这座国家太空实验室已正式步入长达十年甚至更久的运营阶段。在这片浩瀚的太空中，“天宫”将承担起前所未有的重任——开展各类空间科学实验，涵盖空间生命科学、微重力物理、空间天文等诸多学科领域。

想象一下，在“天宫”空间站那仅100多立方米的空间内，将要进行上千项科学实验，这无疑是一项巨大的挑战。为了高效利用有限的空间资源，并便于统一管理、维护和调度，科学家们巧妙地设计了“科学实验机柜”，将不同领域的实验设备分别集成到一个个看似普通的实验柜中。

生命生态实验柜

（图片来源：中国科学院空间应用中心）

这些实验柜，虽然外形简约统一，却蕴含着巨大的科技力量。它们的高度约为1.7米，宽度1.1米，内部深度0.9米，尺寸适中，既能够充分利用空间站的内部空间，又方便航天员进行操作。得益于空间站4.2米的大直径设计，实验柜不仅可以灵活安装在空间站的各个方向，还能为航天员留出宽敞的操作空间，确保他们在进行实验时不会相互干涉。

实验柜的主体结构坚固可靠，能够承载高达400公斤的科学载荷。这一设计不仅为科学家提供了更多的重量限制，使他们能够携带更多的科研设备进入太空进行实验，还显著提升了实验柜的载荷效率。与国际同类水平相比，“天宫”空间站的实验柜在重量和包络尺寸上实现了更优的比例（1:4），相当于用更小的重量和尺寸，支持了更多的科学载荷和实验。

除了主体结构外，实验柜还配备了统一的基础能源支持系统。这一系统采用了标准化、模块化的设计理念，在每个实验柜的下方部署了实验柜控制器和热控抽屉。实验柜控制器通过数字化的配电技术，能够满足14个不同实验柜的各种用电需求。同时，它还提供了通信功能，支持光纤、以太网等数据传输方式，使得科学家即使身处地球，也能实时观测到实验柜内部的高清图像，并接收到来自太空的海量科学实验数据。

热控抽屉则是整个基础支撑系统中不可或缺的一环。由于实验柜在轨运行时会产生大量的热量，如何有效散热成为一个关键问题。热控抽屉就像一个“中央空调”，通过快速断接器将乙二醇这种冷的工质传递到需要散热的载荷单元中，再通过冷板和换热设施将热量从载荷中带走，并通过整个柜子传到外面去。这样一来，实验柜内的设备载荷就能保持在一个较低的温度水平，从而确保实验的高可靠性和长寿命。

重力科学实验柜系统组成图

（图片来源：中国科学院空间应用工程与技术中心）

“天宫”空间站内共有14个科学实验柜，每个实验柜都相当于一个或多个领域的实验室，装有大小各异的实验装置。这些实验装置同样采用了集成化与模块化设计，可通过更换实验样品或实验单元来支持多个科学研究项目的滚动实施。其中既有像“变重力实验柜”这样的大型装置，其内部是一对直径约一米的离心机；也有小到只有一个抽屉大小的实验装置。它们共同构成了“天宫”空间站科学实验系统的核心部分，为人类扩展对太空的认知作出了独特的贡献。

科学家们希望通过在轨的研究，改变地面在材料科学、生命科学、制药工艺等方面的技术水平。这些改变不仅将推动相关领域的科技进步和创新发展，还将为人类社会的可持续发展和福祉带来深远的影响。

“天宫”空间站的科学实验柜是太空科技探索的重要工具之一。它们不仅展示了中国在航天科技领域的强大实力和创新能力，还为全人类的太空探索和科学研究提供了宝贵的平台和资源。随着“天宫”空间站的深入运营和更多科学实验的进行，我们期待着它能够带来更多令人惊叹的科学发现和技术突破。