“新华全媒+”连续三天推出系列科普报道探秘“地面空间站”

哈工大全媒体（马晓雪/文）5日、6日、7日，新华社连续三天在“新华全媒+”栏目播发《月球表面环境是怎样的？走进“月尘舱”》《揭秘“地面空间站”：如何把地球磁层装到一个“真空罐”里？》《在“地面空间站”，可以做哪些实验？》系列图文科普报道，探秘“地面空间站”的系统构成和可以模拟的空间环境因素，并将推出相应的英文报道，向全世界介绍这座“地面空间站”。

相关报道如下：

月球表面环境是怎样的？走进“月尘舱”

新华社哈尔滨6月5日电（记者杨思琪、杨轩）探索浩瀚宇宙，是全人类的共同梦想。在哈尔滨，有一所高校与中国航天结缘60余载，它就是哈尔滨工业大学。在哈工大，有一座“地面空间站”与天宫空间站遥遥相望，名叫“空间环境地面模拟装置”。

“‘地面空间站’顾名思义，就是在地球上建设一个与真实宇宙空间环境相似的大科学装置。”空间环境地面模拟装置常务副总指挥、哈尔滨工业大学空间环境与物质科学研究院院长李立毅介绍，这一国之重器由哈工大联合中国航天科技集团建设，于今年2月底通过验收，成为哈尔滨的又一地标。

这是空间环境地面模拟装置中的月球表面环境模拟装置（6月1日摄）。新华社记者 杨思琪 摄

走进哈尔滨新区内的空间综合环境试验楼，随着圆形拱门缓缓打开，“月尘舱”映入眼帘，这便是月球表面环境模拟装置，主体是一个大约三层楼高的立式真空罐，内径达4米，一米见方的样品台闪着银光，悬置于顶部的探照灯和射线源造型各异。

“月球表面具有大温差、高真空、多辐照、带电月尘等极端环境，由于紫外线、宇宙射线、电子辐照等综合作用，月尘会带有正电或负电。”哈尔滨工业大学空间环境与物质科学研究院空间材料与环境工程研究室主任李丽芳说。

为模拟月球表面环境，“月尘舱”主体是一个真空舱，舱壁左侧连接电子加速器，为月尘充负电。右侧的X射线源、前后方的氘灯作为紫外辐照源，负责为月尘充正电。舱顶则设有月尘淋撒机构，来模拟月表降尘现象。

 哈尔滨工业大学教授李丽芳（右）为学生讲解月球表面环境模拟装置（6月1日摄）。新华社记者 杨思琪 摄

“要想飞得更远、驻得更久、探得更细，就必须摸清空间环境对物质的作用机理。”李丽芳说，在研制过程中，团队牵头攻克了多源辐照高压充电装备集成、微小微米级粉尘大面积均匀淋撒、强静电环境原位在线检测等多项关键技术，来更接近真实的月球表面环境。

“带电月尘表面带有强静电荷，容易粘附在宇航服和探测器表面上，给月表探测、载人登月等带来困扰。”哈尔滨工业大学博士研究生王双雨说，为更好模拟月表环境，实验室备有多种标准的模拟月尘，它们都是微米量级，性状与真实的月尘十分接近。

 “未来，许多需要抵达月球才能进行的实验，在地面上就能完成。空间实验将不再‘难于登天’，我们与深空探测的距离更近了。”李丽芳说。

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揭秘“地面空间站”：如何把地球磁层装到一个“真空罐”里？

 新华社哈尔滨6月6日电（记者杨思琪、杨轩）位于黑龙江省哈尔滨市的空间环境地面模拟装置，有着“地面空间站”之称，它由哈尔滨工业大学负责建设，目的非常明确——让很多本来需要上太空才能进行的实验，在地面也可完成。

哈尔滨工业大学空间环境与物质科学研究院院长、该装置常务副总设计师李立毅介绍，“地面空间站”由8大系统构成，可以模拟真空、高低温、粒子辐照、电磁辐射、磁场、中性气体、等离子体、碎片粉尘、微重力等9大类空间环境因素。其中，一个形似巨型易拉罐的密闭罐，就是空间等离子体实验装置。

 这是空间环境地面模拟装置中的空间等离子体实验装置（6月1日摄）。新华社记者 杨思琪 摄

 “这个实验装置相当于3层楼高，直径约5米，”哈尔滨工业大学空间环境与物质科学研究院副院长鄂鹏说，它的设计原理就是将地球与太阳之间的地球磁场装到一个“真空罐”里，以此来建立一个空间等离子体的物理模型，将地球大气层以外的环境“搬”进舱内。

“宇宙中到处分布着等离子体，太阳、星云、极光等都是等离子体。”哈尔滨工业大学空间等离子体物理研究室主任金成刚说，通常情况下，等离子体是比较温和的，但当发生太阳风暴时，它会“变身”成为高能、高速粒子，像海啸一样扑向地球环境，对运行中的航天器产生巨大威胁。

通过近十年研发，研究团队凭借关键技术，在地面上模拟出太阳风暴产生的过程，可以为空间天气预报模型提供支撑，还能模拟航天器进入大气层时产生的动态等离子体鞘套，为解决“黑障”问题提供借鉴。

 这是空间环境地面模拟装置中的空间磁环境科学装置（6月1日摄）。新华社记者 杨思琪 摄

 与这一装置类似，在一个高约15米的空间磁环境科学装置里，藏着一个接近零磁的空间环境。作为团队骨干，哈尔滨工业大学“90后”教师孙芝茵从读博时就专注于零磁空间环境的科研和建设。在导师带领下，她创新提出消除磁屏蔽材料自身磁特性的方法。

外太空磁场极其微弱，地球磁场是外太空磁场的近50万倍。“我们便想出一个‘套娃’式磁屏蔽设计方案，也就是利用七层电磁屏蔽材料层层包裹，从而屏蔽外界环境的磁场干扰。”孙芝茵说，这一装置能以极高的灵敏度，捕捉到很多在地磁环境下无法测量的微弱磁场信号，甚至可以精准捕捉到脑磁和心磁信号，可应用于脑科学、生物电磁信息等领域的研究与分析。

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在“地面空间站”，可以做哪些实验？

新华社哈尔滨6月7日电（记者杨思琪、杨轩）宇航服在太空会发生什么变化？种子怎样才能保留优质特性？磁场会对生命体产生哪些影响？……在位于哈尔滨的空间环境地面模拟装置，也就是“地面空间站”，这一系列问题都可以找到答案。

 哈尔滨工业大学教授李丽芳讲解月球表面环境模拟装置（6月1日摄）。新华社记者 杨思琪 摄

 “登‘月’了！”月球表面环境模拟装置是这一装置的重要组成部分。哈尔滨工业大学博士生陈赟打比方说，月球就像一个大型电池，向阳面整体带正电，背阳面带负电，表面有着大量带电月尘，这些月尘很容易粘附在宇航服和探测器表面，给月表探测、载人登月等带来困扰。

“如果将宇航服材料放入‘月尘舱’开展模拟实验，就可以了解月尘和其他射线会给它带来哪些影响，从而帮助提升宇航服的性能和寿命。”哈尔滨工业大学空间环境与物质科学研究院空间材料与环境工程研究室主任李丽芳介绍，通过“月尘舱”，研究人员还可以深入研究月尘的形成与演化机制，对月表晨昏线附近的月尘喷泉、辉光等物理现象进行研究。

 这是空间环境地面模拟装置中的月球表面环境模拟装置（6月1日摄）。新华社记者 杨思琪 摄

 在空间磁环境科学装置，多家高校和科研院所在这里进行对照试验，分别观测在“零磁场”和地球磁场环境中，动植物的生长特性会有何差别，从而分析零磁场环境对生物繁殖、发育及其行为学的影响。

“零磁环境中，有的小鼠可能在一个月内变化不大，在两个月或更长时间后，则会显现出明显差别，因此观测时长对研究非常重要，一定要耐心等待。”哈尔滨工业大学空间环境与物质科学研究院副研究员孙芝茵说。

借助零磁装置，来自华中科技大学物理学院引力中心的“95后”博士研究生俞远阳在这里进行了为期一个月的引力波探测。“我们使用的关键部件磁性很弱，在特定零磁环境下，才能得到更精准的测量结果。”他说。

 这是位于空间环境地面模拟装置的实验小鼠（6月1日摄）。新华社记者 杨思琪 摄

 按照设计规划，“地面空间站”可以模拟真空、高低温、带电粒子、电磁辐射、空间粉尘、等离子体、弱磁场、中性气体、微重力等9大类空间环境因素，能够阐释空间环境对材料、器件、系统及生命体的影响规律和作用机制。

由哈尔滨工业大学、中国航天科技集团联合建设的空间环境地面模拟装置2月27日在哈尔滨通过验收。空间环境地面模拟装置被称为“地面空间站”，是我国航天领域首个国家重大科技基础设施。据介绍，截至目前，“地面空间站”建设的溢出效应已经显现，累计获得国际和国内发明专利120余项，已有数百家机构签署用户协议。

“大科学装置将成为抢占科技竞争制高点的策源地。”哈尔滨工业大学空间等离子体物理研究室主任金成刚说，从航天电子元器件检验到引力波探测，从农业育种到生命科学实验，越来越多科研攻关将在这里展开，越来越多高层次科研人才将在这里汇聚。

业内人士分析指出，在新一轮科技革命和产业变革驱动下，“地面空间站”有望助力脑科学、新材料、生命健康、高端仪器、辐照育种等新兴产业迈上新的台阶。

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