隨著2022年11月3日「天宮」空間站主體建設工作的圓滿完成，這座國家太空實驗室已正式步入長達十年甚至更久的營運階段。在這片浩瀚的太空中，「天宮」將承擔起前所未有的重任——開展各類空間科學實驗，涵蓋空間生命科學、微重力物理、空間天文等諸多學科領域。
想象一下，在「天宮」空間站那僅100多立方米的空間內，將要進行上千項科學實驗，這無疑是一項巨大的挑戰。為了高效利用有限的空間資源，並便於統一管理、維護和排程，科學家們巧妙地設計了「科學實驗機櫃」，將不同領域的實驗器材分別整合到一個個看似普通的實驗櫃中。
生命生態實驗櫃
（圖片來源：中國科學院空間套用中心）
這些實驗櫃，雖然外形簡約統一，卻蘊含著巨大的科技力量。它們的高度約為1.7米，寬度1.1米，內部深度0.9米，尺寸適中，既能夠充分利用空間站的內部空間，又方便航天員進行操作。得益於空間站4.2米的大直徑設計，實驗櫃不僅可以靈活安裝在空間站的各個方向，還能為航天員留出寬敞的操作空間，確保他們在進行實驗時不會相互幹涉。
實驗櫃的主體結構堅固可靠，能夠承載高達400公斤的科學載荷。這一設計不僅為科學家提供了更多的重量限制，使他們能夠攜帶更多的科研器材進入太空進行實驗，還顯著提升了實驗櫃的載荷效率。與國際同類水平相比，「天宮」空間站的實驗櫃在重量和包絡尺寸上實作了更優的比例（1:4），相當於用更小的重量和尺寸，支持了更多的科學載荷和實驗。
除了主體結構外，實驗櫃還配備了統一的基礎能源支持系統。這一系統采用了標準化、模組化的設計理念，在每個實驗櫃的下方部署了實驗櫃控制器和熱控抽屜。實驗櫃控制器透過數碼化的配電技術，能夠滿足14個不同實驗櫃的各種用電需求。同時，它還提供了通訊功能，支持光纖、乙太網路等數據傳輸方式，使得科學家即使身處地球，也能即時觀測到實驗櫃內部的高畫質影像，並接收到來自太空的海量科學實驗數據。
熱控抽屜則是整個基礎支撐系統中不可或缺的一環。由於實驗櫃在軌執行時會產生大量的熱量，如何有效散熱成為一個關鍵問題。熱控抽屜就像一個「中央空調」，透過快速斷接器將乙二醇這種冷的工質傳遞到需要散熱的載荷單元中，再透過冷板和換熱設施將熱量從載荷中帶走，並透過整個櫃子傳到外面去。這樣一來，實驗櫃內的器材載荷就能保持在一個較低的溫度水平，從而確保實驗的高可靠性和長壽命。
重力科學實驗櫃系統組成圖
（圖片來源：中國科學院空間套用工程與技術中心）
「天宮」空間站內共有14個科學實驗櫃，每個實驗櫃都相當於一個或多個領域的實驗室，裝有大小各異的實驗裝置。 這些實驗裝置同樣采用了整合化與模組化設計，可透過更換實驗樣品或實驗單元來支持多個科學研究專案的捲動實施。其中既有像「變重力實驗櫃」這樣的大型裝置，其內部是一對直徑約一米的離心機；也有小到只有一個抽屜大小的實驗裝置。它們共同構成了「天宮」空間站科學實驗系統的核心部份，為人類擴充套件對太空的認知作出了獨特的貢獻。
科學家們希望透過在軌的研究，改變地面在材料科學、生命科學、制藥工藝等方面的技術水平。這些改變不僅將推動相關領域的科技進步和創新發展，還將為人類社會的可持續發展和福祉帶來深遠的影響。
「天宮」空間站的科學實驗櫃是太空科技探索的重要工具之一。它們不僅展示了中國在航天科技領域的強大實力和創新能力，還為全人類的太空探索和科學研究提供了寶貴的平台和資源。隨著「天宮」空間站的深入營運和更多科學實驗的進行，我們期待著它能夠帶來更多令人驚嘆的科學發現和技術突破。
出品：科普中國
作者：中國科普博覽
監制：中國科普博覽
