2021年6月17日，神舟12號飛船搭載三名中國航天員進入地球軌道，并分別與已發射和組裝的中國空間站（CSS）天和核心艙、天舟二號貨運飛船完成對接工作。預計2022年，問天和夢天實驗艙將發射升空與天和實現對接組成CSS的基本結構。CSS設計至少使用10年，并將為來自多個學科的研究人員提供外太空實驗平臺。未來幾年在國際空間站退役之后，CCS會成為太空中唯一的人類空間站！目前在27個申請的國家中已有17個國家被批準入駐CCS。
2021年7月23日，《國家科學評論》雜志（NSR）專訪了中國載人航天工程空間應用系統總指揮高銘女士。
高銘，出生于1964年，畢業于北京大學，現任中國科學院空間應用中心主任、研究員，中國載人航天工程空間應用系統總指揮，也是目前我國載人航天八大系統中唯一的女性總指揮，國際宇航科學院院士。目前從事載人航天戰略研究、空間站任務規劃和數據利用等研究工作。曾獲國家科學技術進步特等獎1項，一等獎1項、全軍武器裝備科技進步二等獎1項，獲中國十大女杰、全國五一勞動獎章、曾憲梓載人航天基金獎、載人航天突出貢獻者等，并入選新世紀百千萬人才工程國家級人選。
高銘院士從1994年開始參與中國載人航天工程，經歷了從神舟飛船到CSS的整個發展過程。在這次采訪中，她介紹了CSS的科學目標、計劃和愿望。
NSR：過去幾十年，俄羅斯和平號空間站和國際空間站上進行了數千次實驗，包括哪些類型的實驗？取得了哪些主要成就？
高院士：和平號從1986年到2001年運行了長達15年。據官方報道，有100多名宇航員在此工作，進行了1700多次實驗。在和平號上，蘇聯和俄羅斯在人體生理學、生命科學、材料科學和地球觀測等方面做了大量工作，在生物醫學科學、新材料合成和礦產資源勘探等方面取得了重大成果。
在國際空間站，科學家們做了更多的實驗，涵蓋了更多學科，包括生命科學、微重力物理、空間觀測、地球觀測，以及新技術的開發和驗證。截至目前，國際空間站已進行3600余項實驗，發表高水平研究論文3000余篇，獲得多項專利。
具體來說，在國際空間站上，研究人員在生物體對微重力環境的反應、冷火焰的穩定燃燒、玻色-愛因斯坦凝聚和暗物質探測等方面取得了重大科學發現；在空間3D打印、空間機器人、天地激光通信等技術上取得突破；他們的一些成果已經應用于地面，如治療骨質疏松癥等疾病的藥物、人造肌肉等新材料，以及地球上CO2含量的測量。這些都為CSS的科學規劃提供了寶貴的參考。
NSR：我認為這些實驗至少可以在三個方面對人類社會有益：加深我們對基本物理和宇宙學規律的理解，改善我們在地球上的生活，為我們未來的太空探索做好準備。
高院士：是的，人類在太空中的活動包括三個密切相關的方面：科學探索、技術開發和實際應用。
太空科學探索的目的是研究宇宙起源與演化、物質基本規律等基礎科學問題。這將加深我們對自然世界的了解，同時推動技術的發展。例如，冷火焰穩定燃燒的發現將有助于我們改進燃料發動機并減少污染物排放。
空間技術開發的直接目標是提高人類在太空中生活和探索的能力。另一方面，這些新技術可以應用在地球上提高我們的生活質量。比如激光通信技術奠定了全球高速通信網絡的基礎。
空間應用也可直接服務于地面應用和人類空間活動。例如從太空進行地球觀測在監測全球氣候變化以及保護我們的海洋和陸地環境方面發揮了重要作用。
NSR：中國空間站上將進行哪些實驗？
高院士：在我們的規劃中，CSS艙內將有20多個實驗架；在CSS的外側，將有三個暴露測試平臺和兩個大型有效載荷懸掛點。此外，中國空間站望遠鏡（CSST）將于2024年發射，與CSS共享同一軌道但會保持一定的距離；并且每兩三年，或者需要的時候，會對接CSS進行維護或者升級。
我們制定了生命科學與人體研究、微重力物理、空間與地球科學、空間技術與應用四大學科系統的長期研究規劃，開發新設施并開展 1000多個研究項目。
生命科學和人體研究領域將研究細胞、器官和組織對太空環境的反應及其潛在機制。探索空間植物和動物的發育和繁殖過程，開發在長期太空飛行中維持人類健康的方法，并利用太空的特殊環境發明新的藥物和醫療技術。
微重力物理學旨在學習自然的基本規律，建立高精度時頻系統，驗證廣義相對論，測量全球引力場。研究人員希望在100 pK的超低溫下實現玻色-愛因斯坦凝聚，以進行超冷原子物理和低溫量子相變的基礎研究。他們還將研究多相流、相變過程中的傳熱、燃燒的特性和機制并開發新材料。
空間與地球科學學科，研究人員將充分利用CSST、高能宇宙輻射探測等設備進行各種宇宙學觀測。他們將研究暗物質、暗能量、宇宙射線的起源、宇宙的開始和早期演化以及其他基本問題。努力開發新的地球觀測技術和系統，以監測氣候變化并幫助全球可持續發展努力。
空間技術與應用方面，發展在軌制造與建造、太空機器人與自動化系統、空間信息采集與精密測量等技術，提高人類探索和利用太空的能力。
NSR：這些研究項目是如何提出和批準的？它是自上而下的過程還是自下而上的過程？
高院士：兩者兼而有之。我們首先成立了重點學科專家委員會，專家們合作提出總體方案，然后委員會發布公告，向全國科學家征求建議。提交的提案將經過多輪科學審查，并整合和細化為一系列研究計劃。其次是工程可行性驗證，經過多輪討論和細化，我們制定了CSS項目的最終研究和工程計劃。
重要的是，研究計劃將不斷更新，新計劃將每兩到三年啟動一次。選定的項目將進入我們的“項目庫”——可行的項目將被批準并實施，未準備好的項目將進行一兩年的初步研究，在此期間可能會進一步改進研究設計和實驗方法。最終選定的太空實驗質量需要得到保證。
NSR：中國正在建設CSS地面研究中心，可以用于您提到的初步研究。這個中心的建設進展如何？
高院士：該中心建在北京懷柔科學城，已基本完工，有望在今年年底投入使用。地面中心是不僅對初步研究很重要，它將在實際空間實驗之前、之中和之后發揮重要作用。
在空間進行實驗之前，需要進行大量的地面實驗以保證其可行性。地面中心可以提供類似于空間站的實驗條件，使科學家能夠測試他們的實驗設置。在空間實驗中，科學家可以在地面上進行鏡像實驗進行比較。空間實驗結束后，科學家可以在中心進行進一步研究，以驗證和擴展在空間中獲得的結果。
將CSS與地面中心相結合，打造天地協同開放實驗體系，為空間科學提供理想的研究平臺。
高院士：明年六月底前問天發射，九月底前夢天發射。到那時，CSS的主要結構就完成了。如果將來需要，結構可能會進一步擴展。
NSR：前三名宇航員進入CSS已經一個多月了。他們開始幫助實驗了嗎？
高院士：是的，他們幫助了幾個實驗，比如高微重力實驗裝置的測試。現在我們在天河有兩個實驗架，一個用于無容器材料研究，另一個用于高微重力研究。宇航員將進一步幫助進行高微重力測試和無容器材料裝置的樣品更換。
高院士：是的，當然。宇航員分為三種類型：飛行員宇航員、空間工程師和有效載荷專家。
我們已經講過了前三名宇航員可以進行更換樣品、進行實驗等人機交互操作，他們還充當工程師來修理和維護儀器。此外，他們還負責艙外的操作，包括儀表安裝和CSST的維護。
另一方面，有效載荷專家具有科學背景，他們的主要工作是做實驗。他們可以根據實時情況重新調整實驗設計，更好地控制空間中的研究過程。我們已經招募了四名具有不同研究領域背景的有效載荷專家，他們目前正在宇航員中心接受培訓，將在CSS組裝完成后開始他們的任務。
NSR：會有外國宇航員在CSS工作嗎？
高院士：是的，原則上是可以的。中國載人航天工程始終對國際合作持開放態度，多個國家表示有興趣在中國空間站開展其空間研究項目。
高院士：我們多年來一直與歐洲航天局（ESA）、德國航天中心（DLR）和意大利航天局（ASI）等外國機構合作。我們在神舟八號飛船上與 DLR成功合作，使用共享生物孵化器進行了六個 DLR 實驗、十個中國實驗和一個協作實驗。在CSS項目中，目前我們與ESA有10個正在進行的合作項目，中歐科學家將利用雙方的資源進行聯合研究。
2018 年，我們與聯合國外層空間事務司一起發布了一項國際公告，呼吁世界各地的科學家提出研究項目。我們收到了來自27個國家的42個提案，從中選出了9個作為第一批國際合作項目。和國內項目一樣，我們每兩三年就會招新的國際項目。
高院士：首先，CSS至少要運行10年，到2035年左右。另外，我們正在對載人探月工程進行深入評估。在不久的將來，我們的宇航員將踏上月球，從長遠來看，我們計劃建造一個月球基地，在更遙遠的未來，我們也希望探索更遠的太空。
高院士：中國載人航天工程從1990年代開始已經發展了近30年，多年來建立了完整的項目組織管理體系和技術質量控制體系。我認為未來應該更加重視對科學問題的追求，工程過程應該更好地適應科學追求。現在CSS已經進入應用階段，科學目標的意義應該得到更多的關注。
Scientific Aspiration of the Chinese Space Station Program: an Interview with Ming Gao,?National Science Review?2021. DOI: 10.1093/nsr/nwab161
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