國(guó)際空間站繼續(xù)發(fā)揮在軌科研應(yīng)用平臺(tái)的重要價(jià)值。基于美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）和俄羅斯國(guó)家航天集團(tuán)公司（Roscosmos）國(guó)際空間站計(jì)劃網(wǎng)站公布的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和研究設(shè)施信息，以及NASA發(fā)布的國(guó)際空間站年度成果報(bào)告，概述國(guó)際空間站2022年科研與應(yīng)用活動(dòng)的總體情況，重點(diǎn)分析6大研究領(lǐng)域中代表性的新實(shí)驗(yàn)以反映國(guó)際空間站科研應(yīng)用的新部署，通過(guò)分析亮點(diǎn)論文反映國(guó)際空間站科研應(yīng)用的新成果，在此基礎(chǔ)上綜合研判國(guó)際空間站科研應(yīng)用取得的新進(jìn)展和呈現(xiàn)的新特點(diǎn)。

2022年是中國(guó)載人航天工程立項(xiàng)30周年。夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙于2022年11月3日成功實(shí)現(xiàn)平面轉(zhuǎn)位，中國(guó)空間站“T”字基本構(gòu)型組裝完成，向著建成空間站的目標(biāo)邁出了關(guān)鍵一步。中國(guó)空間站將成為除國(guó)際空間站之外，目前在太空之中在軌運(yùn)行的第2個(gè)空間站。這樣一座國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室的建成，將使科學(xué)家開(kāi)展在地球上受限的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的研究成為可能。接下來(lái)，中國(guó)空間站將進(jìn)入為期10a以上的應(yīng)用與發(fā)展階段，航天員將在空間站長(zhǎng)期駐留，開(kāi)展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)，并對(duì)空間站進(jìn)行照料和維護(hù)。

國(guó)際空間站是當(dāng)前在軌運(yùn)行的最大的空間平臺(tái)，同時(shí)也是一個(gè)擁有現(xiàn)代化科研設(shè)備，可開(kāi)展大規(guī)模、多學(xué)科的基礎(chǔ)和應(yīng)用科學(xué)研究的空間實(shí)驗(yàn)室。國(guó)際空間站2011年基本完成組裝建設(shè)，此后進(jìn)入全面科研應(yīng)用階段，在技術(shù)開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證、生物學(xué)與生物技術(shù)、物理科學(xué)、人體研究、教育和文化活動(dòng)及地球與空間科學(xué)等6大研究領(lǐng)域長(zhǎng)期持續(xù)開(kāi)展豐富多樣的科研實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并陸續(xù)產(chǎn)生許多重要的科學(xué)研究成果，催生重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)國(guó)計(jì)民生、推進(jìn)未來(lái)深空探索等應(yīng)用效益逐漸顯現(xiàn)，同時(shí)促進(jìn)了空間和地面上的創(chuàng)新應(yīng)用發(fā)展。國(guó)際空間站上的科學(xué)研究與應(yīng)用拓展，對(duì)于中國(guó)空間站的科研規(guī)劃和項(xiàng)目遴選具有很高的借鑒價(jià)值。

基于美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）和俄羅斯國(guó)家航天集團(tuán)公司（Roscosmos）國(guó)際空間站計(jì)劃網(wǎng)站公布的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和研究設(shè)施信息，以及NASA發(fā)布的國(guó)際空間站年度成果報(bào)告，概述國(guó)際空間站2022年科研與應(yīng)用活動(dòng)的總體情況，重點(diǎn)分析6大研究領(lǐng)域中代表性的新實(shí)驗(yàn)以反映國(guó)際空間站科研應(yīng)用的新部署，通過(guò)分析亮點(diǎn)論文反映國(guó)際空間站科研應(yīng)用的新成果，在此基礎(chǔ)上綜合研判國(guó)際空間站科研應(yīng)用取得的新進(jìn)展和呈現(xiàn)的新特點(diǎn)。

2022年國(guó)際空間站科研應(yīng)用活動(dòng)概況

國(guó)際空間站按長(zhǎng)期考察任務(wù)批次來(lái)規(guī)劃、實(shí)施和發(fā)布科研實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目情況。根據(jù)對(duì)NASA和Roscosmos國(guó)際空間站計(jì)劃網(wǎng)站公布信息的梳理結(jié)果，2021年10月至2022年3月開(kāi)展的國(guó)際空間站第66次長(zhǎng)期考察任務(wù)和2022年3—9月開(kāi)展的國(guó)際空間站第67次長(zhǎng)期考察任務(wù)在技術(shù)開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證、生物學(xué)與生物技術(shù)、物理科學(xué)、人體研究、教育和文化活動(dòng)及地球與空間科學(xué)6大研究領(lǐng)域共開(kāi)展了360項(xiàng)科研實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。NASA、Roscosmos、歐洲航天局（ESA）、日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）和加拿大航天局（CSA）在各領(lǐng)域支持開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)量及其中新實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目數(shù)量見(jiàn)表1。

表1 各航天機(jī)構(gòu)在各研究領(lǐng)域支持開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)量

在第66~67次長(zhǎng)期考察任務(wù)開(kāi)展的全部360項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，NASA支持開(kāi)展197項(xiàng)，其中技術(shù)實(shí)驗(yàn)最多，其次為生物和物理實(shí)驗(yàn)。Roscosmos、ESA和JAXA支持開(kāi)展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)接近，Roscosmos的生物實(shí)驗(yàn)、ESA的技術(shù)實(shí)驗(yàn)、JAXA的生物實(shí)驗(yàn)相對(duì)較多。CSA僅支持開(kāi)展了人體研究實(shí)驗(yàn)。在全部360項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，154項(xiàng)為新實(shí)驗(yàn)，其中113項(xiàng)由NASA支持開(kāi)展，NASA在技術(shù)領(lǐng)域新實(shí)驗(yàn)的數(shù)量最多。

2022年國(guó)際空間站科研應(yīng)用進(jìn)展

1 技術(shù)開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

技術(shù)開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)共計(jì)113項(xiàng)，其中55項(xiàng)為新實(shí)驗(yàn)，占比近50%，NASA、JAXA、ESA和Roscosmos分別支持開(kāi)展了40項(xiàng)、8項(xiàng)、6項(xiàng)和1項(xiàng)新實(shí)驗(yàn)（表1）。NASA支持開(kāi)展的小衛(wèi)星及控制技術(shù)新實(shí)驗(yàn)阻力離軌裝置立方體衛(wèi)星，測(cè)試一種可以重復(fù)展開(kāi)和收回、具有可控阻力表面的裝置，以調(diào)整衛(wèi)星的軌道衰減率，有望提供一種近地軌道航天器更快離軌的替代方案；逃脫特殊被動(dòng)姿態(tài)控制衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)，旨在探究可否利用充氣吊桿，幫助衛(wèi)星停止旋轉(zhuǎn)、有效穩(wěn)定姿態(tài)。通信與導(dǎo)航新實(shí)驗(yàn)立方體衛(wèi)星激光紅外交叉鏈路-航天器A，利用3U航天器測(cè)試建立從航天器到地面小型望遠(yuǎn)鏡的10Mbps下行激光通信鏈路；Aexa公司全息傳送行為實(shí)驗(yàn)，利用HoloLens 2頭顯和HoloWizard混合現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序，開(kāi)展航天員與地面人員之間的360度全息圖像遠(yuǎn)程通信。輻射測(cè)量和防護(hù)新實(shí)驗(yàn)RadMap望遠(yuǎn)鏡驗(yàn)證新型輻射傳感技術(shù)在無(wú)人和載人航天器中的應(yīng)用，助力開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)更加緊湊的輻射探測(cè)器。生保系統(tǒng)和居住新實(shí)驗(yàn)正向滲透膜評(píng)估在國(guó)際空間站微重力條件下脲酶磷脂反應(yīng)性正向滲透膜的水回收性能。JAXA支持開(kāi)展的空氣、水和表面監(jiān)測(cè)新實(shí)驗(yàn)IHI-SAT立方體衛(wèi)星旨在驗(yàn)證先進(jìn)的船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)接收機(jī)，提高在多船舶航行海域的船舶探測(cè)率。表征實(shí)驗(yàn)硬件新實(shí)驗(yàn)人造金剛石襯底空間暴露實(shí)驗(yàn)觀(guān)察空間惡劣環(huán)境對(duì)襯底的影響，助力高性能下一代金剛石半導(dǎo)體器件在未來(lái)實(shí)現(xiàn)空間應(yīng)用。航天器材料新實(shí)驗(yàn)?zāi)静耐饪毡┞吨荚谠u(píng)估原子氧粒子對(duì)木材的侵蝕作用以及輻射環(huán)境對(duì)木材力學(xué)性能的影響，驗(yàn)證木材是否可用作空間建材。ESA支持開(kāi)展的機(jī)器人技術(shù)新實(shí)驗(yàn)表面化身，利用直觀(guān)界面開(kāi)展多化身和多機(jī)器人協(xié)作實(shí)驗(yàn)評(píng)估，用于在未來(lái)行星探索任務(wù)中開(kāi)展機(jī)器人資產(chǎn)遠(yuǎn)程控制的操作程序。生保系統(tǒng)和居住新實(shí)驗(yàn)虛擬現(xiàn)實(shí)-機(jī)載訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)利用虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯設(shè)備為航天員提供在軌訓(xùn)練，評(píng)估該訓(xùn)練方式的有效性。Roscosmos防護(hù)復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)收集特定厚度聚合物基復(fù)合材料的累積輻射劑量數(shù)據(jù)。

在新成果方面，ESA支持開(kāi)展的ESA-觸覺(jué)-2實(shí)驗(yàn)（圖1）旨在評(píng)估空間站上的航天員利用力反饋實(shí)時(shí)控制地面上機(jī)器人的能力。ESA和Roscosmos的研究人員研究在飛行任務(wù)之前、期間和之后的各種觸覺(jué)設(shè)置如何影響瞄準(zhǔn)操作，發(fā)現(xiàn)力反饋操縱桿的低剛度支持微重力條件下的瞄準(zhǔn)精度，個(gè)人的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)技能有助于操作。該項(xiàng)研究為空間飛行期間安全遠(yuǎn)程操作機(jī)器人和飛行控制系統(tǒng)提供了關(guān)鍵信息。

圖1 航天員在軌開(kāi)展ESA-觸覺(jué)-2實(shí)驗(yàn) （圖片來(lái)源：NASA網(wǎng)站）

2 生物學(xué)與生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)

生物學(xué)與生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)共計(jì)67項(xiàng)，其中新實(shí)驗(yàn)有28項(xiàng)，NASA、JAXA、ESA和Roscosmos分別支持開(kāi)展了24項(xiàng)、2項(xiàng)、1項(xiàng)和1項(xiàng)新實(shí)驗(yàn)（表1）。NASA支持開(kāi)展的細(xì)胞生物學(xué)新實(shí)驗(yàn)規(guī)律間隔成簇短回文重復(fù)序列（CRISPR）空間診斷，研究測(cè)試微重力條件下基于CRISPR的基因檢測(cè)方法，并與地面進(jìn)行比較，有望用于未來(lái)長(zhǎng)期空間任務(wù)中病原體和污染物的準(zhǔn)確識(shí)別及太空農(nóng)業(yè)；近地軌道上的腫瘤類(lèi)器官建模實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證癌前和癌細(xì)胞的在軌組織培養(yǎng)、共焦熒光顯微鏡和實(shí)時(shí)共焦圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)目茖W(xué)參數(shù)和操作過(guò)程；微重力下誘導(dǎo)多能干細(xì)胞實(shí)驗(yàn)研究空間環(huán)境對(duì)誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）和由iPSC產(chǎn)生的神經(jīng)祖細(xì)胞的影響，旨在助力開(kāi)發(fā)在空間中培育干細(xì)胞的相關(guān)技術(shù)。植物生物學(xué)新實(shí)驗(yàn)根在軌測(cè)試系統(tǒng)旨在使用水培和氣培技術(shù)種植植物，助力在未來(lái)的深空任務(wù)中大規(guī)模生產(chǎn)農(nóng)作物。大分子晶體生長(zhǎng)新實(shí)驗(yàn)空間科學(xué)促進(jìn)中心蛋白質(zhì)晶體生長(zhǎng)-20-單克隆抗體結(jié)晶，研究在微重力下制備可用于有效治療多種癌癥的結(jié)晶單克隆抗體pembrolizumab。2項(xiàng)動(dòng)物生物學(xué)方向的嚙齒動(dòng)物研究系列新實(shí)驗(yàn)，分別研究飛行環(huán)境誘導(dǎo)小鼠視網(wǎng)膜血管網(wǎng)絡(luò)重塑和膠質(zhì)血管通信，以及空間飛行對(duì)組織再生的影響。JAXA支持開(kāi)展的動(dòng)物生物學(xué)新實(shí)驗(yàn)小鼠棲息地單元-7-從器官間通信網(wǎng)絡(luò)的角度解釋與年齡相關(guān)的肌肉骨骼疾病的可能機(jī)制，研究神經(jīng)血管網(wǎng)絡(luò)在與年齡相關(guān)的肌肉骨骼疾病的發(fā)病或進(jìn)展中的作用，以及器官間通信因子分泌型微RNA的表達(dá)隨重力變化或衰老而發(fā)生的特異性改變，幫助更好地理解機(jī)械應(yīng)力傳感以及肌肉和骨骼隨年齡變化的新機(jī)制。ESA支持開(kāi)展的動(dòng)物生物學(xué)新實(shí)驗(yàn)加速骨骼肌老化的微重力模型，在微重力環(huán)境下對(duì)人造肌肉進(jìn)行自動(dòng)電刺激，以誘導(dǎo)收縮，研究有助于確定處于微重力條件下的航天員和地面老年人群的肌肉損失機(jī)制。Roscosmos磁性制造實(shí)驗(yàn)使用磁性3D生物打印機(jī)制造冠狀病毒蛋白晶體，探究微重力條件下由有機(jī)和無(wú)機(jī)材料控制三維結(jié)構(gòu)形成和制造的可行性。

在新成果方面，NASA支持開(kāi)展的微生物跟蹤載荷系列-微生物觀(guān)測(cè)-1實(shí)驗(yàn)對(duì)空間站微生物分布開(kāi)展監(jiān)測(cè)，確定了數(shù)百種微生物。Singh等發(fā)現(xiàn)了3種新的農(nóng)桿菌菌株，這些菌株可適應(yīng)營(yíng)養(yǎng)較少的生長(zhǎng)環(huán)境，使其比那些需要更豐富營(yíng)養(yǎng)的菌株更有優(yōu)勢(shì)。對(duì)微生物的研究為制定應(yīng)對(duì)方法，維護(hù)空間飛行中的航天員以及地面人們的安全生活空間提供了支持。JAXA支持開(kāi)展的利用微重力條件檢驗(yàn)重力感應(yīng)器形成的細(xì)胞過(guò)程和重力感應(yīng)的分子機(jī)制實(shí)驗(yàn)，研究微重力條件下生長(zhǎng)的植物是否能感知重力變化。Nakano等發(fā)現(xiàn)，在微重力條件下利用尼龍網(wǎng)培育的擬南芥種子發(fā)育出卷曲的根，與在地球重力條件下相比，根系與網(wǎng)的糾纏程度更高，這一結(jié)果表明重力會(huì)影響根部卷曲。了解重力如何影響植物生長(zhǎng)，有助于開(kāi)發(fā)在空間中種植植物的新方法，以及在地球上培育出新的植物品種。

3 物理科學(xué)實(shí)驗(yàn)

物理科學(xué)實(shí)驗(yàn)共計(jì)58項(xiàng)，其中新實(shí)驗(yàn)有26項(xiàng)，NASA、JAXA、ESA和Roscosmos分別支持開(kāi)展了15項(xiàng)、7項(xiàng)、3項(xiàng)和1項(xiàng)新實(shí)驗(yàn)（表1）。NASA支持開(kāi)展的材料科學(xué)新實(shí)驗(yàn)用于原位能力的生物聚合物，研究在空間站利用牛血清白蛋白和二氧化硅混合物制備混凝土替代品，揭示微重力如何影響生物聚合物土壤復(fù)合材料的形成過(guò)程；國(guó)際空間站材料系列實(shí)驗(yàn)開(kāi)展了2項(xiàng)新實(shí)驗(yàn)，測(cè)試空間環(huán)境對(duì)嵌入式傳感器、3D打印聚合物、航天器材料、輻射防護(hù)生物材料、碳基鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池等各類(lèi)材料和器件性能的長(zhǎng)期影響；寶潔洗滌劑遠(yuǎn)程科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)研究2種洗滌劑在微重力下的去污有效性，以及微重力對(duì)洗滌劑外觀(guān)和酶穩(wěn)定性的影響。流體物理新實(shí)驗(yàn)流體空間光學(xué)，研究微重力如何影響液體在光學(xué)元件中的展開(kāi)和凝固行為，同時(shí)對(duì)大型液體空間望遠(yuǎn)鏡開(kāi)展概念驗(yàn)證；非對(duì)稱(chēng)鋸齒和空腔增強(qiáng)成核驅(qū)動(dòng)傳輸實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)微重力下使用微結(jié)構(gòu)表面電子設(shè)備的被動(dòng)冷卻系統(tǒng)。固體燃料點(diǎn)火和熄滅系列實(shí)驗(yàn)開(kāi)展了2項(xiàng)燃燒科學(xué)新實(shí)驗(yàn)，分別研究厚固體燃料——聚甲基丙烯酸甲酯的火焰生長(zhǎng)和熄滅特性，以及通過(guò)改變氣流速度、氧氣濃度、壓力和外部輻射水平等參數(shù)，研究微重力下的熱輔助燃燒，驗(yàn)證材料可燃性模型。JAXA支持利用靜電懸浮爐開(kāi)展多項(xiàng)材料科學(xué)新實(shí)驗(yàn)，包括測(cè)量各種氧化物的熱物理性質(zhì)，驗(yàn)證利用小功率激光清除空間碎片的可行性，觀(guān)測(cè)懸浮鐵-銅液態(tài)合金的冷卻曲線(xiàn)，測(cè)量解聚硅酸鹽熔體黏度和密度的溫度依賴(lài)性，研究受質(zhì)量傳輸特性和成核速率控制的熱能儲(chǔ)存和釋放過(guò)程，測(cè)試準(zhǔn)確測(cè)量高溫液態(tài)金屬/合金表面張力的方法等。ESA支持開(kāi)展的材料科學(xué)新實(shí)驗(yàn)混凝土硬化，研究重力如何影響混凝土的硬化過(guò)程和性能；透明合金-凝固過(guò)程中的柱狀-等軸相變實(shí)驗(yàn)，通過(guò)測(cè)量透明合金中擴(kuò)散熱和質(zhì)量傳輸參數(shù)，確定微重力情況下晶體生長(zhǎng)機(jī)制和物理機(jī)制。Roscosmos支持開(kāi)展的基準(zhǔn)計(jì)量實(shí)驗(yàn)，旨在研究微重力對(duì)鎵、銦、錫、鋅等金屬共晶合金熔化和結(jié)晶相變特性的影響。

在新成果方面，Carollo等利用NASA冷原子實(shí)驗(yàn)室設(shè)施生成冷原子云，研究原子的基本行為和量子特性，并報(bào)告了這些超冷原子氣泡的產(chǎn)生和測(cè)量結(jié)果。這些數(shù)據(jù)將為開(kāi)展微重力條件下凝聚氣泡狀態(tài)的基本性質(zhì)研究提供信息，加深對(duì)量子系統(tǒng)的理解。

4 人體研究實(shí)驗(yàn)

人體研究實(shí)驗(yàn)共計(jì)57項(xiàng)，其中新實(shí)驗(yàn)有17項(xiàng)，NASA、CSA和ESA分別支持開(kāi)展了14項(xiàng)、2項(xiàng)和1項(xiàng)新實(shí)驗(yàn)（表1）。NASA支持開(kāi)展的骨骼與肌肉生理學(xué)新實(shí)驗(yàn)生物制造設(shè)施——組裝下一代膠原同種異體移植半月板，評(píng)估了使用生物墨水和細(xì)胞3D打印半月板或膝蓋軟骨組織的可行性；微重力痛感實(shí)驗(yàn)評(píng)估了微重力如何影響航天員疼痛感、生物力學(xué)、骨骼生理學(xué)和肌肉骨骼系統(tǒng)。輻射對(duì)人體影響新實(shí)驗(yàn)AstroRad背心人因和工效研究，評(píng)估了防輻射背心的效率和工效。人類(lèi)行為和績(jī)效新實(shí)驗(yàn)壓力監(jiān)測(cè)研究了是否可以通過(guò)持續(xù)監(jiān)測(cè)基本中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能發(fā)現(xiàn)航天員的情緒困擾，結(jié)果可用于支持開(kāi)發(fā)在長(zhǎng)期空間任務(wù)中，維持航天員健康和績(jī)效的早期干預(yù)工具。視覺(jué)新實(shí)驗(yàn)反射式視力測(cè)試，利用平板電腦安裝的測(cè)試軟件，在空間飛行之前、期間和之后對(duì)視覺(jué)功能開(kāi)展快速可靠的評(píng)估，結(jié)果有助于更好地了解失重對(duì)視覺(jué)和其他大腦功能的影響。綜合生理學(xué)及營(yíng)養(yǎng)學(xué)新實(shí)驗(yàn)空間尿液分析，利用專(zhuān)用套件和平板電腦在軌開(kāi)展尿液分析，包括評(píng)估腎功能的白蛋白與肌酐比值等。CSA支持開(kāi)展的視覺(jué)新實(shí)驗(yàn)空間飛行相關(guān)神經(jīng)-眼部綜合征-眼壁硬度研究，旨在確定導(dǎo)致航天員在長(zhǎng)期空間任務(wù)后視力受損的空間飛行相關(guān)神經(jīng)-眼部綜合征是否與眼壁硬度有關(guān)。心血管和呼吸系統(tǒng)新實(shí)驗(yàn)國(guó)際空間站心肺耦合的因果分析，研究空間飛行期間心臟、呼吸和姿勢(shì)對(duì)血壓調(diào)節(jié)的綜合影響，以及飛行任務(wù)后發(fā)生的變化。ESA支持開(kāi)展的人體微生物組新實(shí)驗(yàn)Ice Cubes #9.2-Maleth 2，研究糖尿病足潰瘍微生物在空間和地面對(duì)照實(shí)驗(yàn)中的耐藥性，并以多組學(xué)方式開(kāi)展分析。

在新成果方面，NASA支持開(kāi)展的國(guó)際空間站醫(yī)療監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)，定期收集在軌航天員的健康數(shù)據(jù)，以測(cè)量空間飛行對(duì)人體的影響。ESA和Roscosmos的研究人員利用實(shí)驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)，通過(guò)航天員在長(zhǎng)期暴露于微重力之前和之后所采集的血液樣本，評(píng)估腦組織生物標(biāo)志物。Eulenburg等發(fā)現(xiàn)，血液中的炎癥生物標(biāo)志物增加，可能表明長(zhǎng)期飛行人員的潛在風(fēng)險(xiǎn)。CSA支持開(kāi)展的骨髓研究實(shí)驗(yàn)旨在評(píng)估空間環(huán)境對(duì)骨髓的影響，Trudel等對(duì)空間飛行貧血（即紅細(xì)胞計(jì)數(shù)減少）開(kāi)展研究，利用綜合呼吸和血液樣本精確測(cè)量作為血紅蛋白降解直接指標(biāo)——一氧化碳的新技術(shù)，研究發(fā)現(xiàn)在空間飛行任務(wù)期間紅細(xì)胞的破壞持續(xù)增加，長(zhǎng)期暴露于空間環(huán)境會(huì)加劇空間貧血。

5 教育和文化活動(dòng)實(shí)驗(yàn)

教育和文化活動(dòng)實(shí)驗(yàn)共計(jì)36項(xiàng)，其中18項(xiàng)為新實(shí)驗(yàn)（表1）。NASA支持開(kāi)展了11項(xiàng)新實(shí)驗(yàn)，涉及使用光遺傳學(xué)等技術(shù)控制鷹嘴豆生長(zhǎng)、微重力對(duì)細(xì)菌降解塑料的影響、腸道微生物群落對(duì)抗生素的反應(yīng)、辣木籽粉和銅片對(duì)大腸桿菌培養(yǎng)物的影響、轉(zhuǎn)染技術(shù)對(duì)藥物輸送速率的影響、生產(chǎn)益生菌酸奶、航天員與學(xué)生交流互動(dòng)、開(kāi)展學(xué)生編程競(jìng)賽等豐富內(nèi)容。JAXA支持開(kāi)展了5項(xiàng)新實(shí)驗(yàn)，包括機(jī)器人編程挑戰(zhàn)賽、國(guó)際空間站文化宣傳活動(dòng)、大學(xué)生開(kāi)展衛(wèi)星技術(shù)開(kāi)發(fā)等。ESA支持開(kāi)展了2項(xiàng)新實(shí)驗(yàn)。Ice Cubes #11-Code4Space實(shí)驗(yàn)利用一顆配備傳感器的太空彈跳球測(cè)量加速度、時(shí)間和彈跳次數(shù)等，并與地面實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)照。CalliopEO實(shí)驗(yàn)為德國(guó)小學(xué)生提供在國(guó)際空間站運(yùn)行自己編寫(xiě)程序的機(jī)會(huì)。

6 地球與空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)

地球與空間科學(xué)領(lǐng)域共開(kāi)展了29項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，其中10項(xiàng)為新實(shí)驗(yàn)，NASA和JAXA分別支持開(kāi)展了9項(xiàng)和1項(xiàng)新實(shí)驗(yàn)（表1）。NASA支持開(kāi)展的對(duì)地觀(guān)測(cè)新實(shí)驗(yàn)BeaverCube使用多種攝像頭拍攝地球海洋地區(qū)的彩色圖像，并檢測(cè)云頂和海洋表面的溫度，旨在提高對(duì)浮游植物密度的了解；對(duì)地觀(guān)測(cè)實(shí)驗(yàn)利用從國(guó)際空間站拍攝的圖像，研究天氣和森林火災(zāi)/火山爆發(fā)等自然事件，以及農(nóng)業(yè)和城市化等人文特征，以更好地了解不斷變化的地球環(huán)境；地表礦物塵源調(diào)查實(shí)驗(yàn)使用成像光譜儀技術(shù)，觀(guān)測(cè)地球干旱地區(qū)塵埃中礦物的類(lèi)型和分布情況，旨在提升對(duì)礦物塵埃如何影響地球上太陽(yáng)能平衡的理解；閃電和夜間電現(xiàn)象成像實(shí)驗(yàn)，旨在拍攝雷暴和多種瞬態(tài)發(fā)光事件，并與地面觀(guān)測(cè)結(jié)果結(jié)合，以重建瞬態(tài)發(fā)光事件的3D結(jié)構(gòu)，識(shí)別閃電的參數(shù)，并從不同的范圍和角度跟蹤閃電活動(dòng)和云照明模式。日球?qū)游锢硇聦?shí)驗(yàn)日間大氣和電離層邊緣成像儀利用立方體衛(wèi)星，在140~180km高度對(duì)地球大氣層邊緣進(jìn)行成像，以確定日間大氣氧的密度變化，為了解高層大氣的動(dòng)力學(xué)提供新信息；使用時(shí)域阻抗探針對(duì)等離子體密度不規(guī)則性進(jìn)行空間分辨測(cè)量實(shí)驗(yàn)，以米級(jí)分辨率測(cè)量電離層上層電子的密度變化，旨在研究高層大氣中的湍流不規(guī)則性。JAXA支持開(kāi)展的宇宙生物學(xué)新實(shí)驗(yàn)Tanpopo-日本宇宙生物學(xué)-4，通過(guò)將苔蘚孢子體、微生物Metallosphaera sedula、氨基酸和肽暴露在空間環(huán)境中6個(gè)月，研究生命的起源、運(yùn)輸和生存，幫助回答生命起源這一重大問(wèn)題，并助力開(kāi)發(fā)適應(yīng)空間環(huán)境的作物。

在新成果方面，NASA支持開(kāi)展的中子星內(nèi)部構(gòu)成探測(cè)器（NICER）（圖2）對(duì)新發(fā)現(xiàn)的天體SwiftJ1555.2-5402開(kāi)展觀(guān)測(cè)并確定其是一顆磁星。磁星是高度磁化的中子星，通過(guò)不規(guī)律地爆發(fā)X射線(xiàn)和伽馬射線(xiàn)釋放出大量的磁能。對(duì)磁星爆發(fā)的觀(guān)測(cè)有助于解決天文學(xué)領(lǐng)域的很多相關(guān)科學(xué)問(wèn)題，增進(jìn)對(duì)宇宙中一些最極端條件的理解。ESA支持開(kāi)展的暴露-R2-生物學(xué)和火星實(shí)驗(yàn)（圖3）將沙漠藍(lán)藻暴露于空間和地面的火星模擬環(huán)境條件下，研究地球生物在極端環(huán)境下的生存情況。Napoli等發(fā)現(xiàn)，空間暴露菌株的基因變異沒(méi)有增加，表明菌株保留了對(duì)輻射暴露導(dǎo)致的、累積DNA損傷的修復(fù)能力。藍(lán)藻有潛力用于人工生物再生生保系統(tǒng)，在空間任務(wù)中提供氧氣和食物。NASA支持開(kāi)展的國(guó)際空間站生態(tài)系統(tǒng)天基熱輻射實(shí)驗(yàn)，通過(guò)測(cè)量地球表面的溫度，幫助解決有關(guān)水資源可用性、植被水壓力和農(nóng)業(yè)用水的問(wèn)題。Cooley等利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)研究了具有不同植物功能類(lèi)型（如草地和森林）區(qū)域內(nèi)和區(qū)域間的用水效率值，直接測(cè)量了植物碳吸收和水分損失之間的關(guān)系，并展示了生態(tài)系統(tǒng)功能是如何隨氣候變化的。

圖2 安裝在國(guó)際空間站艙外的中子星內(nèi)部構(gòu)成探測(cè)器 （圖片來(lái)源：NASA網(wǎng)站）

圖3 暴露-R2飛行硬件 （圖片來(lái)源：NASA網(wǎng)站）

7 新科研設(shè)施

在第66~67次長(zhǎng)期考察任務(wù)期間，4項(xiàng)新的科研設(shè)施投入使用。由NASA支持開(kāi)發(fā)的固體燃料點(diǎn)火與滅火硬件是一項(xiàng)物理科學(xué)領(lǐng)域的科研設(shè)施，將作為燃燒集成機(jī)架的一個(gè)插件，為開(kāi)展各類(lèi)固體材料燃燒和滅火研究提供樣品架、流量控制、外部輻射加熱、點(diǎn)火器等通用基礎(chǔ)設(shè)施。由JAXA支持開(kāi)發(fā)的暴露設(shè)施單元適配器2是一項(xiàng)技術(shù)開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證領(lǐng)域的艙外暴露科研設(shè)施，尺寸為720mm×500mm×390mm，重100kg，最多可容納2個(gè)有效載荷，并提供電力和通信支持。由JAXA支持開(kāi)發(fā)的小型載荷支持設(shè)備是一項(xiàng)多用途的艙外暴露科研設(shè)施，最多可容納8個(gè)立方體衛(wèi)星級(jí)別的載荷，并提供電力和通信支持。由NASA支持開(kāi)發(fā)的BioServe離心機(jī)是一項(xiàng)多用途科研設(shè)施，能夠分離細(xì)胞培養(yǎng)物、DNA、蛋白質(zhì)、血液、沉淀樣品等不同密度的物質(zhì)，支持生命、物理、材料科學(xué)等多領(lǐng)域研究工作。

結(jié)論

從實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和研究成果2個(gè)方面反映出1年來(lái)國(guó)際空間站科研與應(yīng)用活動(dòng)的新進(jìn)展和新特點(diǎn)。

1）在科研實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目方面，國(guó)際空間站科研與應(yīng)用活動(dòng)繼續(xù)保持活躍的發(fā)展態(tài)勢(shì)。在2021年10月—2022年9月開(kāi)展的國(guó)際空間站第66~67次長(zhǎng)期考察任務(wù)中，NASA、Roscosmos、ESA、JAXA和CSA在6大研究領(lǐng)域支持開(kāi)展了360項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，其中在國(guó)際空間站首次開(kāi)展的新實(shí)驗(yàn)有154項(xiàng)，占比高達(dá)43%。從機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)來(lái)看，NASA支持開(kāi)展197項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，其中113項(xiàng)為新實(shí)驗(yàn)，2項(xiàng)指標(biāo)均繼續(xù)遙遙領(lǐng)先其他機(jī)構(gòu)。NASA支持開(kāi)展的技術(shù)實(shí)驗(yàn)最多，其后依次為生物和物理實(shí)驗(yàn)。Roscosmos、ESA和JAXA支持開(kāi)展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)接近，Roscosmos的生物實(shí)驗(yàn)、ESA的技術(shù)實(shí)驗(yàn)、JAXA的生物實(shí)驗(yàn)相對(duì)較多。CSA僅支持開(kāi)展了人體研究實(shí)驗(yàn)。此外，4項(xiàng)新的科研設(shè)施投入使用將進(jìn)一步增強(qiáng)國(guó)際空間站的科研能力。

2）在科研應(yīng)用成果方面，2021年10月—2022年9月，基于國(guó)際空間站科研應(yīng)用活動(dòng)共發(fā)表400余篇論文，亮點(diǎn)科研成果頻現(xiàn)，涌現(xiàn)出在軌控制地面機(jī)器人、發(fā)現(xiàn)在軌微生物菌株、揭示重力會(huì)影響根部卷曲、在軌產(chǎn)生和研究超冷氣泡、分析航天員大腦的生物標(biāo)志物、研究空間飛行貧血、觀(guān)測(cè)磁星、探究藍(lán)藻在極端環(huán)境下的生存、在軌觀(guān)測(cè)水資源利用等多項(xiàng)突出新成果。

總體判斷，當(dāng)前國(guó)際空間站正處于科研應(yīng)用的高峰期，結(jié)合相關(guān)規(guī)劃部署，未來(lái)一段時(shí)間國(guó)際空間站有望繼續(xù)通過(guò)開(kāi)展各研究領(lǐng)域的新穎實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，產(chǎn)生更多造?？臻g和地面的科研應(yīng)用新成果。

國(guó)際空間站的科研應(yīng)用活動(dòng)實(shí)踐，也為中國(guó)空間站開(kāi)展相關(guān)規(guī)劃提供了豐富的案例參考和經(jīng)驗(yàn)啟發(fā)。（1）空間站科研應(yīng)用規(guī)劃方面，要堅(jiān)持充分發(fā)揮應(yīng)用效益，統(tǒng)籌安排以推動(dòng)重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)、造福國(guó)計(jì)民生、使能未來(lái)探索為目標(biāo)的科研項(xiàng)目，針對(duì)航天強(qiáng)國(guó)建設(shè)的總體戰(zhàn)略需求和優(yōu)先事項(xiàng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)謀劃中國(guó)空間站的科研應(yīng)用藍(lán)圖。（2）在空間站科研應(yīng)用部署方面，要形成項(xiàng)目梯隊(duì)和序列，有序推進(jìn)研究實(shí)施，兼顧系列實(shí)驗(yàn)的持續(xù)深入和各領(lǐng)域研究的協(xié)調(diào)與平衡，支持新概念、新技術(shù)研究，重視研究支撐能力的建設(shè)和更新，重視國(guó)際合作。（3）在空間站科研應(yīng)用成果和影響評(píng)價(jià)方面，要遵循科研規(guī)律，充分認(rèn)識(shí)到從基礎(chǔ)研究或技術(shù)開(kāi)發(fā)到實(shí)現(xiàn)應(yīng)用效益是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程，要耐心培育研究，爭(zhēng)取厚積薄發(fā)。

本文作者：韓淋、王海名、范唯唯、李國(guó)鵬、楊帆

作者簡(jiǎn)介：韓淋，中國(guó)科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢(xún)研究院，副研究員，研究方向?yàn)榭臻g科技戰(zhàn)略情報(bào)；楊帆（通信作者），中國(guó)科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢(xún)研究院，研究員，研究方向?yàn)榭臻g科技戰(zhàn)略情報(bào)。

原文發(fā)表于《科技導(dǎo)報(bào)》2023年第13期，歡迎訂閱查看。