张洪章：我在空间站开展科学实（试）验的感悟 | NSR Career News

2025年10月31日，我与张陆、武飞搭乘神舟二十一号飞船，前往中国空间站，执行神舟二十一号载人飞行任务。此次任务是空间站应用与发展阶段第6次载人飞行任务，也是载人航天工程第37次飞行任务。任务主要目的是：与神舟二十号乘组完成在轨轮换，在空间站驻留约6个月，开展空间科学与应用工作，实施航天员出舱活动及货物进出舱，进行空间碎片防护装置安装、舱外载荷和舱外设施设备安装与回收等任务，开展科普教育和公益活动，以及空间搭载试验，持续发挥空间站综合应用效益。

作为载荷专家，主要职责在地面科研团队的支持下，与两位队友密切配合，完成在轨的实（试）验任务。我们按计划开展了27项科学与应用项目，针对航天医学、空间生命科学与生物技术、空间材料科学、微重力流体物理与燃烧、航天新技术等多个领域的关键科学问题进行深入系统的研究。在整个任务执行过程中，我感受到空间站与地面实验室有很大不同，面临诸多挑战。

一是极高的安全要求。空间站内实验项目必须绝对安全，实验设备和样品要耐受住飞船发射和返回的机械冲击，也不能产生威胁飞船及空间站安全的物质。以锂离子电池研究为例，不仅要杜绝电池冒烟、起火，还要避免泄露有害气体对航天员造成吸入伤害，并对在各种潜在问题提供安全可靠的解决预案。

二是极高的实验成本。空间站内实验物资通过载人或者货运飞船搭载上行，耗运输成本巨大，还占用宝贵的能源、天地通讯链路以及航天员的工作时间。必须通过实验设备的集成化、微型化和自动化，减小设备的体积、重量，减少对航天员的时间消耗。同时，要进行充分的地面实验，尽可能排除各种潜在故障，提高实验成功率。

三是微重力流体效应。在微重力环境中，一方面，密度对流消失、热对流消失、浮力消失；另一方面，表面张力、界面吸附等分子间相互作用显现出来，使很多物理、化学过程迥然不同。例如，在地面，从吸管中滴出一滴水很简单，但是在空间站，这滴水有可能挂在吸管壁上，难以分离；在地面，水中的气泡会自动上浮到表面，而在空间站，往往需要通过离心作用才能实现水气分离。这些现象会给实验的开展带来很大困扰，需要通过周密的实验设计予以避免。

四是热传递机制改变。在微重力环境下，自然对流消失。在没有强制对流的微观环境中，发热物质只能通过热传导和热辐射向外释放热量，散热效率较低，很容易形成局部高温热点，有可能导致反应失控、副反应增加或者电子元器件失效等问题。 因此，往往需要设计主动温控系统（如强制对流、液冷回路、热电制冷器）来维持反应温度的稳定。

五是物质传输与反应动力学变化。由于缺乏自然对流，反应物的补充和产物的移除主要依赖缓慢的分子扩散，使反应更受限于传质过程而非化学动力学本身。以晶体生长为例，虽然微重力有利于生长高质量晶体，但也失去了重力作为“天然搅拌器”的作用，需要对过饱和度进行精确控制。

六是精确操作难度大。由于空间站内是微重力环境，人和物品都处于漂浮状态，常规的物品固定、液体转移、样品混合、分离和清洗等步骤都变得极其复杂。这导致航天员需要较高的身体姿态控制能力、敏锐的观察能力和精准的动手能力。以植物栽培为例： 在失重条件下，土壤颗粒容易飞扬，种子无法自然地与土壤紧密贴；水分极易聚集成膜阻碍根系呼吸，却又易被基质过度吸附而导致根系缺水，给水气调控带来挑战，需要根据不同植物的生长习性精确调控，以确保植物在空间站萌发、成长和收获。

在地面科研团队的支持下，我们乘组充分发挥人在太空的主观能动性，克服各种困难，圆满完成全部既定科研任务。国内首次实现了两雌两雄4只小鼠的空间密闭在轨饲养，为后续开展空间哺乳动物实验奠定了技术基础；通过对面部微活动的智能识别，实现了在轨生理指标的非接触式检测，初步探索了航天员运动疲劳评估技术；国内首次实现了樱桃番茄和小麦在轨气雾培养，验证了相关关键技术等。

此外，我参与设计的“面向空间应用的锂离子电池电化学光学原位研究”，也顺利完成第一阶段研究，有望解析微重力环境对电池内部关键过程的影响机理，为提升航天器能源系统效能提供科学依据。

张洪章在中国空间站进行无容器实验柜操作

210天太空遨游，我与张陆、武飞三人既是空间站的守护者，也是太空实验室的执行者。每一次实验操作、每一组数据记录、每一回状态巡检，都是把科研团队的期盼、智慧和心血，化作微重力环境下实实在在的探索实践，是伟大祖国让我实现了科学理想与飞天梦想的完美融合。现在回到地面，我们依然对空间站的工作和生活感到无比怀念。一份份在轨下传的数据、一件件带回地面的实验样品，就是我们交出的太空科研答卷。能够在空间站开展科学研究，我倍感光荣，在此感谢伟大祖国的托举，感谢载人航天工程全线的工作人员，感谢所有科研团队，感谢所有关心帮助载人航天事业的朋友们！

“造船为建站、建站为应用”。应用重在产出更多更好的科研成果。在载人航天事业蓬勃发展的伟大新时代，我希望越来越多的科研工作者投身载人航天工程事业，并充分发挥国家太空实验室提供的“微重力”、“高辐射”、“高真空”、“高低温交变”等宝贵实验条件，为建设科技强国、航天强国贡献自己的力量！