2024年11月22日 星期五
太空“梦工厂”
第3版:新民一周 2022-11-07

太空“梦工厂”

朱国顺

11月1日4时27分,从海南文昌发射场搭乘长征五号B升空13小时后,梦天实验舱与天和核心舱成功对接,中国空间站天和、问天、梦天三舱基本构型就此全面建成,即将进入全功能运行状态。

以梦天实验舱的到来为标志,中国的太空“梦工厂”正式开工!

卫星让人类与太空建立联系,飞船让人类感知太空,如果要在太空长时间工作实验,就需要更加宽敞可长期生活工作的多功能空间站。在中国载人航天起步30年之后的2022年,中国首次在太空建成了长期有人驻守的“天宫”空间站,这既是中国航天事业的伟大成就,更让中国人在太空拥有了最先进的“梦工厂”。

中国空间站将建设成为水平先进的国家太空实验室。为了实现这一目标,最新上天的梦天实验舱上汇聚了一大批国际领先装备,搭载了8个科学实验柜,包括超冷原子物理实验柜、高精度时频实验柜、高温材料科学实验柜等,是一座名副其实的太空硬核科技“梦工厂”。

“T”形“梦工厂”三个舱段中,天和核心舱是中枢和生活区,问天、梦天两个实验舱,主要开展各项实验工作。问天舱主要研究细胞、动植物等生命科学,兼顾人员出入、生活;梦天舱主要研究材料、原子等微重力科学,兼顾货物进出运输。因为运货的需求比较多,梦天舱做成舱中舱结构,有一个托运货物进出舱的“电梯”,航天员出舱工作不用随身携带货物,可以让“电梯”来搬运。

梦天舱上天后,带有一套特殊重要设备:世界第一套空间冷原子钟。

我们常常感叹,时间都去哪儿了?但是,我们有没有想过,时间在哪儿呢?

时间决定着世间万物的长度,但是我们看不见也摸不着时间。人类尝试用沙漏来衡量时间,用钟表刻度来标注时间,但不能不说,这其实是不够准确的。沙粒大小不同、位于海拔高度不同,会影响精度;钟表机械磨损、是否足够润滑,会影响精度。机械表通常每天的误差就有1秒。

衡量时间最准确的是什么呢?原子钟。

世间万物皆由原子构成,原子的基本结构由一个原子核加若干电子组成。原子有一个特性,如果外界有能量作用于原子,电子会在一定范围内来回运动,向外远离原子核的过程吸收能量,向内回来的过程释放能量,学术上把它叫做能量跃迁。如果外界能量恒定,来回波动的节奏是固定的。

那么,一个实用性的测量方法就诞生了:如果找到一种波动稳定准确的原子,给以恒定的能量,不就可以准确衡量时间吗?是的,这就是原子钟的原理,迄今最准确的时间测量方法。铯、铷、氢是目前可信的波动特别稳定的原子,常用的铯原子钟,每震荡波动9192631770次的时间,标定为1秒钟。通常原子钟精度每10万年误差不超过1秒,最高可以达到2000万年误差不超过1秒。

在太空设置原子钟的好处在于,它尽最大可能排除了地球引力、温度等对电子波动的干扰,确保精准。

在梦天舱,搭载了氢钟、冷原子铷钟、冷原子光钟。冷原子钟是原子钟的一种,它用激光定住原子,让它近似处于绝对零度也就是-273.15摄氏度,以尽可能消除原子热运动产生的干扰,测量更精准。这三组原子钟启用后,将成为世界第一套空间冷原子钟组,意味着中国在“天宫”建立了一套异常精准的计时系统,实际上很可能是世界最精准的计时系统。

精准的时间对于人类来说,实在是太重要了。它不仅能准确衡量万物,更能更好探索宇宙。在以光年为计量单位的茫茫宇宙间,一秒钟就是30万公里,差之毫秒,失之千里。宇宙巡航、引力波探测、暗物质搜寻,属于中国的世界第一套空间冷原子钟,都将大放光彩。

从1992年9月21日中国载人航天工程起步,历经星辰大海跋涉,在30年后的2022年,如愿建成了中国太空“梦工厂”。

这是一代人的奋斗,这是无数人的奋斗。

朱国顺

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