2021年6月17日，神舟12号飞船搭载三名中国航天员进入地球轨道，并分别与已发射和组装的中国空间站（CSS）天和核心舱、天舟二号货运飞船完成对接工作。预计2022年，问天和梦天实验舱将发射升空与天和实现对接组成CSS的基本结构。CSS设计至少使用10年，并将为来自多个学科的研究人员提供外太空实验平台。未来几年在国际空间站退役之后，CCS会成为太空中唯一的人类空间站！目前在27个申请的国家中已有17个国家被批准入驻CCS。
2021年7月23日，《国家科学评论》杂志（NSR）专访了中国载人航天工程空间应用系统总指挥高铭女士。
高铭，出生于1964年，毕业于北京大学，现任中国科学院空间应用中心主任、研究员，中国载人航天工程空间应用系统总指挥，也是目前我国载人航天八大系统中唯一的女性总指挥，国际宇航科学院院士。目前从事载人航天战略研究、空间站任务规划和数据利用等研究工作。曾获国家科学技术进步特等奖1项，一等奖1项、全军武器装备科技进步二等奖1项，获中国十大女杰、全国五一劳动奖章、曾宪梓载人航天基金奖、载人航天突出贡献者等，并入选新世纪百千万人才工程国家级人选。
高铭院士从1994年开始参与中国载人航天工程，经历了从神舟飞船到CSS的整个发展过程。在这次采访中，她介绍了CSS的科学目标、计划和愿望。
NSR：过去几十年，俄罗斯和平号空间站和国际空间站上进行了数千次实验，包括哪些类型的实验？取得了哪些主要成就？
高院士：和平号从1986年到2001年运行了长达15年。据官方报道，有100多名宇航员在此工作，进行了1700多次实验。在和平号上，苏联和俄罗斯在人体生理学、生命科学、材料科学和地球观测等方面做了大量工作，在生物医学科学、新材料合成和矿产资源勘探等方面取得了重大成果。
在国际空间站，科学家们做了更多的实验，涵盖了更多学科，包括生命科学、微重力物理、空间观测、地球观测，以及新技术的开发和验证。截至目前，国际空间站已进行3600余项实验，发表高水平研究论文3000余篇，获得多项专利。
具体来说，在国际空间站上，研究人员在生物体对微重力环境的反应、冷火焰的稳定燃烧、玻色-爱因斯坦凝聚和暗物质探测等方面取得了重大科学发现；在空间3D打印、空间机器人、天地激光通信等技术上取得突破；他们的一些成果已经应用于地面，如治疗骨质疏松症等疾病的药物、人造肌肉等新材料，以及地球上CO2含量的测量。这些都为CSS的科学规划提供了宝贵的参考。
NSR：我认为这些实验至少可以在三个方面对人类社会有益：加深我们对基本物理和宇宙学规律的理解，改善我们在地球上的生活，为我们未来的太空探索做好准备。
高院士：是的，人类在太空中的活动包括三个密切相关的方面：科学探索、技术开发和实际应用。
太空科学探索的目的是研究宇宙起源与演化、物质基本规律等基础科学问题。这将加深我们对自然世界的了解，同时推动技术的发展。例如，冷火焰稳定燃烧的发现将有助于我们改进燃料发动机并减少污染物排放。
空间技术开发的直接目标是提高人类在太空中生活和探索的能力。另一方面，这些新技术可以应用在地球上提高我们的生活质量。比如激光通信技术奠定了全球高速通信网络的基础。
空间应用也可直接服务于地面应用和人类空间活动。例如从太空进行地球观测在监测全球气候变化以及保护我们的海洋和陆地环境方面发挥了重要作用。
NSR：中国空间站上将进行哪些实验？
高院士：在我们的规划中，CSS舱内将有20多个实验架；在CSS的外侧，将有三个暴露测试平台和两个大型有效载荷悬挂点。此外，中国空间站望远镜（CSST）将于2024年发射，与CSS共享同一轨道但会保持一定的距离；并且每两三年，或者需要的时候，会对接CSS进行维护或者升级。
我们制定了生命科学与人体研究、微重力物理、空间与地球科学、空间技术与应用四大学科系统的长期研究规划，开发新设施并开展 1000多个研究项目。
生命科学和人体研究领域将研究细胞、器官和组织对太空环境的反应及其潜在机制。探索空间植物和动物的发育和繁殖过程，开发在长期太空飞行中维持人类健康的方法，并利用太空的特殊环境发明新的药物和医疗技术。
微重力物理学旨在学习自然的基本规律，建立高精度时频系统，验证广义相对论，测量全球引力场。研究人员希望在100 pK的超低温下实现玻色-爱因斯坦凝聚，以进行超冷原子物理和低温量子相变的基础研究。他们还将研究多相流、相变过程中的传热、燃烧的特性和机制并开发新材料。
空间与地球科学学科，研究人员将充分利用CSST、高能宇宙辐射探测等设备进行各种宇宙学观测。他们将研究暗物质、暗能量、宇宙射线的起源、宇宙的开始和早期演化以及其他基本问题。努力开发新的地球观测技术和系统，以监测气候变化并帮助全球可持续发展努力。
空间技术与应用方面，发展在轨制造与建造、太空机器人与自动化系统、空间信息采集与精密测量等技术，提高人类探索和利用太空的能力。
NSR：这些研究项目是如何提出和批准的？它是自上而下的过程还是自下而上的过程？
高院士：两者兼而有之。我们首先成立了重点学科专家委员会，专家们合作提出总体方案，然后委员会发布公告，向全国科学家征求建议。提交的提案将经过多轮科学审查，并整合和细化为一系列研究计划。其次是工程可行性验证，经过多轮讨论和细化，我们制定了CSS项目的最终研究和工程计划。
重要的是，研究计划将不断更新，新计划将每两到三年启动一次。选定的项目将进入我们的“项目库”——可行的项目将被批准并实施，未准备好的项目将进行一两年的初步研究，在此期间可能会进一步改进研究设计和实验方法。最终选定的太空实验质量需要得到保证。
NSR：中国正在建设CSS地面研究中心，可以用于您提到的初步研究。这个中心的建设进展如何？
高院士：该中心建在北京怀柔科学城，已基本完工，有望在今年年底投入使用。地面中心是不仅对初步研究很重要，它将在实际空间实验之前、之中和之后发挥重要作用。
在空间进行实验之前，需要进行大量的地面实验以保证其可行性。地面中心可以提供类似于空间站的实验条件，使科学家能够测试他们的实验设置。在空间实验中，科学家可以在地面上进行镜像实验进行比较。空间实验结束后，科学家可以在中心进行进一步研究，以验证和扩展在空间中获得的结果。
将CSS与地面中心相结合，打造天地协同开放实验体系，为空间科学提供理想的研究平台。
高院士：明年六月底前问天发射，九月底前梦天发射。到那时，CSS的主要结构就完成了。如果将来需要，结构可能会进一步扩展。
NSR：前三名宇航员进入CSS已经一个多月了。他们开始帮助实验了吗？
高院士：是的，他们帮助了几个实验，比如高微重力实验装置的测试。现在我们在天河有两个实验架，一个用于无容器材料研究，另一个用于高微重力研究。宇航员将进一步帮助进行高微重力测试和无容器材料装置的样品更换。
高院士：是的，当然。宇航员分为三种类型：飞行员宇航员、空间工程师和有效载荷专家。
我们已经讲过了前三名宇航员可以进行更换样品、进行实验等人机交互操作，他们还充当工程师来修理和维护仪器。此外，他们还负责舱外的操作，包括仪表安装和CSST的维护。
另一方面，有效载荷专家具有科学背景，他们的主要工作是做实验。他们可以根据实时情况重新调整实验设计，更好地控制空间中的研究过程。我们已经招募了四名具有不同研究领域背景的有效载荷专家，他们目前正在宇航员中心接受培训，将在CSS组装完成后开始他们的任务。
NSR：会有外国宇航员在CSS工作吗？
高院士：是的，原则上是可以的。中国载人航天工程始终对国际合作持开放态度，多个国家表示有兴趣在中国空间站开展其空间研究项目。
高院士：我们多年来一直与欧洲航天局（ESA）、德国航天中心（DLR）和意大利航天局（ASI）等外国机构合作。我们在神舟八号飞船上与 DLR成功合作，使用共享生物孵化器进行了六个 DLR 实验、十个中国实验和一个协作实验。在CSS项目中，目前我们与ESA有10个正在进行的合作项目，中欧科学家将利用双方的资源进行联合研究。
2018 年，我们与联合国外层空间事务司一起发布了一项国际公告，呼吁世界各地的科学家提出研究项目。我们收到了来自27个国家的42个提案，从中选出了9个作为第一批国际合作项目。和国内项目一样，我们每两三年就会招新的国际项目。
高院士：首先，CSS至少要运行10年，到2035年左右。另外，我们正在对载人探月工程进行深入评估。在不久的将来，我们的宇航员将踏上月球，从长远来看，我们计划建造一个月球基地，在更遥远的未来，我们也希望探索更远的太空。
高院士：中国载人航天工程从1990年代开始已经发展了近30年，多年来建立了完整的项目组织管理体系和技术质量控制体系。我认为未来应该更加重视对科学问题的追求，工程过程应该更好地适应科学追求。现在CSS已经进入应用阶段，科学目标的意义应该得到更多的关注。
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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