【儀表網 產業報道】“自2024年2月通過國家驗收開始正式運行一年多以來，在國家發展和改革委員會、財政部、工業和信息化部、黑龍江省政府以及哈爾濱市政府等相關部門大力支持下，空間環境地面模擬裝置從建設期平穩過渡到開放運行期，至今已累計服務包括中國航天科技集團、中國電子科技集團在內的150余家用戶，為1000余型宇航元器件的研發提供測試服務，支撐我國多項重大航天工程順利實施。”哈工大空間環境與物質科學研究院院長李立毅介紹說。
 

　　這座被譽為“地面空間站”的空間環境地面模擬裝置正成長為一片孕育創新、科技、人才和活力的沃土，結出一顆顆豐碩飽滿的果實。
 

　　從0到1 產出原創性引領性科學成果
 

　　通過“地面空間站”中的空間磁環境模擬與研究系統，上海交通大學的科研團隊開展了一項突破性實驗：在近零磁場環境并復合零下20至130攝氏度的極端溫度范圍內，微生物連續生存7天并成功存活。這一成果在國內尚屬首次。
 

　　上海交通大學微生物代謝國家重點實驗室教授肖湘說：“零磁場環境與無磁高低溫裝置構建了多因素耦合的極端域外環境，對探尋生命起源與域外生命問題具有重要科學價值。”
 

　　與肖湘教授不同，對于哈工大材料科學與工程學院極端環境材料和器件技術創新中心團隊來說，這座“地面空間站”真的建到了“家門口”。團隊楊劍群研究員說：“我們團隊從始至終都在深度參與大科學工程建設的相關工作。在空間環境地面模擬裝置建成之前，我們有一些重要急需實驗需要到外地甚至是國外去做。現在有了‘家門口’的‘地面空間站’，不但開展科研更方便了，而且裝置的先進性和穩定性，為我們極端環境與效應基礎研究和人才培養，以及團隊承擔的國家重大項目提供了重要的支撐和促進作用。”
 

　　在這個集材料、航天、物理、計算機、數學等多學科深度融合、以基礎性研究為代表的交叉團隊中，有一半以上師生使用過空間環境地面模擬裝置的器件離子輻照研究系統，并在極端環境材料和器件機理研究、軟件驗證等方面取得突破性進展，相關研究成果已在《IEEE核科學匯刊》等領域知名期刊發表。
 

　　“申請使用平臺的校內外用戶非常多，機時也很珍貴，所以每一次試驗對我們來說都非常寶貴。”楊劍群說，“希望未來能夠通過一流的平臺產出更多一流的成果，為我國航天技術的進步和發展作出更大貢獻。”
 

　　從大科學設施產出的科學成果源源不斷——2月28日，哈工大生命科學中心陳政課題組在糖脂代謝穩態整合調控和代謝性疾病發病機制方面取得重要進展，研究成果問鼎《科學》(Science)……這座空間環境地面模擬裝置將持續促進成果對科學研究、科技發展作出原創性、引領性貢獻。
 

　　1+1>2 協同創新促進高技術發展
 

　　通過空間環境地面模擬裝置，一場跨越校際合作開展的地球磁層的磁場重聯、哨聲波與粒子相互作用等空間重要物理過程的實驗研究正在展開。
 

　　中國科學技術大學陸全明教授是裝置的深度使用者，“以前我們只能通過幾十公分的小裝置完成相關驗證，而這里的裝置尺寸大上幾十倍，我們能夠研究更復雜的物理過程，這是小型裝置無法實現的。”陸全明感慨道：“大科學的‘大’開拓的不光是我們的研究成果，更是我們的研究思路。”
 

　　“在這里，我們和陸全明教授團隊共同首次實現了地球磁層頂重聯過程的地面模擬和確認，這座裝置的建成，不僅推動了科學研究的突破，也促進了校際合作的深化。”空間環境與物質科學研究院副院長鄂鵬教授說：“我們與中國科學技術大學的合作實現了優勢互補，將空間探測、地面實驗和理論仿真三種研究手段高效融合。”
 

　　通過空間環境地面模擬裝置形成的合作，不僅催生了一批高水平技術，還促進了人才的流動與培養。陸全明教授的多名學生畢業后加入哈工大，繼續從事相關研究，成為校際合作的生動注腳。
 

　　目前，空間環境地面模擬裝置已經促成我校與中國科學技術研究院、西安電子科技大學、北京理工大學等眾多高校、科研院所之間的合作，為攜手加快在重要領域技術攻關、在戰略性領域取得更多更大突破創造條件。
 

　　1到100 開放共享連接全球科學
 

　　謝爾蓋·阿帕騰科夫(Sergei Apatenkov)教授來自俄羅斯圣彼得堡國立大學，從事空間等離子體物理領域研究已近20年，這座位于中國東北的“地面太空實驗室”讓他感到耳目一新。
 

　　“這里讓我看到了地球與太陽相互作用的‘迷你宇宙’。” 謝爾蓋這樣形容他的實驗體驗。他所在的團隊利用裝置模擬太陽風與地球磁層的相互作用，研究磁重聯這一空間物理中的關鍵現象。“在太空中，我們只能依賴衛星數據，捕捉到的是瞬間的、不可重復的自然現象。而在這里，我們可以精確控制實驗條件，重復驗證每一個猜想。”
 

　　作為國際用戶，謝爾蓋對裝置的開放性和包容性給予了高度評價。“這里不僅是一個實驗平臺，更是一個國際合作的樞紐。我期待更多全球科學家來到這里，共同探索宇宙的奧秘。”
 

　　這座“地面空間站”不僅是中國科技實力的象征，更是全球科學家共同探索宇宙的“地面橋梁”。正如謝爾蓋教授所說：“我會毫不猶豫地將空間環境地面模擬裝置推介給周圍的同行們，這里，宇宙的奧秘觸手可及。”
 

　　“實現了從0到1的突破，還要做好從1到100的推廣。”李立毅表示，大科學裝置具有科學和工程雙重屬性，擔負著原始創新策源地、基礎研究先鋒隊的使命。未來將進一步統籌更新大科學裝置方案，提升其對基礎研究、國家戰略、高技術發展和國際合作等方面服務支撐能力。
 

　　空間環境地面模擬裝置是“十二五”國家重大科技基礎設施，由哈爾濱工業大學聯合中國航天科技集團建設，可以在地面模擬真空、輻照、弱磁等9大類太陽系常見空間環境因素和效應，是面向全球開放共享的基礎科學研究平臺。裝置能夠開展的科學研究方向如下：
 

　　綜合環境模擬分系統是空間環境地面模擬裝置的核心組成部分，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6大類太陽系典型空間綜合/極端環境與效應。配備高分辨率原位/半原位分析設備，可開展空間綜合/極端環境下材料/器件/系統的物質結構演化過程和強關聯效應的定量研究，以及空間塵埃環境物理與效應理論研究，揭示空間綜合環境下材料/器件/系統性能的時空演化規律與環境效應的物理本質。
 

　　器件離子輻照分系統基于300MeV質子/重離子加速器、10MeV質子加速器以及1MeV電子加速器開展元器件輻照試驗，可進行電子元器件原位在線的工程評價、機理分析以及高精度離線測試等工作。
 

　　微觀機理分析分系統能夠實現材料與器件的制備-空間環境作用-原位分析測試的全鏈條式研究，從微觀層面上探究空間環境因素耦合作用下材料表面結構與性能的變化規律和物理機制。
 

　　離子加速器分系統是空間環境地面模擬裝置的核心組成部分，可提供寬能量范圍的電子、質子和重離子束流，建設有300MeV質子重離子加速器、10MeV質子加速器、1.2MeV電子加速器、1MeV電子加速器、200keV電子加速器和200keV質子加速器，可提供充沛的實驗機時和穩定的束流，是研究粒子輻射與材料、器件及生物體作用的重要平臺。離子加速器分系統建設有多條實驗束線，可開展輻射場模擬、元素分析、微區分析、器件輻照效應、細胞輻照效應、核物理、核探測器校準等研究。
 

　　空間生命科學分系統是通過構建輻照、弱磁、微重力單一因素以及任意兩者或三者耦合的綜合環境因素下的生物學效應在線實驗分析平臺，致力于揭示空間因素下生命活動現象的規律和機制，提高人類進入并適應空間的能力。
 

　　空間磁環境模擬與研究系統以主動補償和被動屏蔽的優化結合為主體方案，突破大型零磁室磁路連續性設計與實現的關鍵技術，實現剩余靜磁場優于0.05nT、磁場梯度優于1pT/cm的零磁環境，可用內部空間為3.6m*3.6m*3.6m。本系統更進一步解決弱磁調控線圈與屏蔽磁路的耦合問題，建立1nT-0.1mT的交直流可控弱磁場，指標同樣達到世界先進水平。并且克服科學研究設備帶來的電磁干擾，是首個集成多種功能研究平臺的弱磁/零磁環境裝置。系統將擴展弱磁/零磁環境的實現范圍，為弱磁生物學、空間科學、航空航天工程、空間探測技術、磁計量學、地磁導航技術、地球物理科學等科學技術領域的新探索和新發現提供必要研究條件。
 

　　空間等離子體環境模擬與研究系統是“空間環境地面模擬裝置”的核心組成部分，分為近地空間等離子體環境模擬艙和臨近空間等離子體環境模擬艙，分別模擬地球磁層等離子體環境和高速飛行器表面等離子體環境。配備有多種磁體線圈、等離子體源以及高時空分辨診斷設備，可模擬爆發性空間等離子體過程(磁暴、高能粒子暴等)，研究基本等離子體物理過程(磁重聯、湍流等)，建立和驗證具有實際應用意義的地球磁層空間等離子體環境參數分布及演化規律的模型。模擬航天器再入大氣層(或臨近空間高超聲速飛行器)產生的動態等離子體鞘套，并研究其與電磁波相互作用的物理機制，揭示等離子體鞘套中射頻通信/測控信號的傳播特性，發展緩解或消除通信黑障的有效方法。
 

　　數值仿真與中央監控系統是空間環境地面模擬裝置中實驗設備的集中監控樞紐和實驗數據的匯聚中心。本系統為裝置及其運行的實驗提供全生命周期的管理與支持服務，為裝置提供數據采集、實驗和安全監控、集中展示、數據存儲、運行管理、數值仿真、數據共享、遠程實驗等服務。