今天是第9個“中國航天日”。
一代代航天人自力更生、接續奮鬥，走出了一條中國特色的航天強國之路。
從去太空“轉一圈”到能在“太空之家”長期生活，這一變化離不開大陸航天支撐能力的提升。載人航天工程是一項“既高大上，又要接地氣”的偉大事業，在自身發展的同時，又可以帶動相關産業更新，推動經濟社會發展。據中國載人航天工程辦公室釋出的消息，中國載人航天工程發展30多年來，初步統計有4000餘項技術成果被廣泛用于國民經濟的各行各業，成果轉移轉化成效顯著。
在逐夢藍天的征程上，活躍着高校師生、科研人員的身影，他們以舍我其誰的勇氣、格物緻知的精神，叩問浩瀚蒼穹。連日來，記者走訪我市相關機關的科研人員，了解他們在助力載人航天工程、中國空間站建造，以及航天技術轉化等方面發揮的重要作用。
天津高校航天成果轉化改善民生
南開大學
為“天宮”打造安全屏障
“南開大學一直積極參與大陸航天事業，與相關機關開展前沿技術合作。”南開大學電子資訊與光學工程學院現代光學研究所副教授孫陸說，其課題組研發的“在軌航天器有害氣體檢測裝置”，成為“天宮一号”和“天宮二号”確定航天員安全的關鍵裝置。
“該項目是2009年啟動研發的。當研制‘天宮一号’考慮到航天員的身體健康，提出了需要靈敏、準确的輕量化氣體環境監測裝置。我們團隊負責人劉偉偉教授創造性地提出了基于微納結構新型材料的光譜檢測技術在載人航天工程上應用的方案。”據孫陸介紹，在軌運作過程中，空間實驗室的太陽能電池翼、電源分系統的所有裝置、飛行器的燃料都有可能導緻艙内有害氣體增加，會對密閉空間内的航天員造成緻命危險。劉偉偉帶領團隊争分奪秒工作，隻用了兩年就完成了研發應用任務，成功解決了在軌有害氣體檢測多組分、高靈敏度的線上測量性能需求與體積小、重量輕、功耗低的苛刻空間環境适應性要求之間的沖突，使大陸在光譜分析領域的技術水準達到國際領先。
孫陸（左二）、齊鵬飛（右二）開展光譜實驗。 受訪機關供圖
“針對高效準确的大氣污染監測這一實施大氣污染治理的重要前提和基礎，我們團隊從2018年開始承擔了一項國家重點研發計劃項目，去年順利結題。”南開大學電子資訊與光學工程學院現代光學研究所副研究員齊鵬飛介紹，這項與北京空間機電研究所合作、名為“基于光絲雷射雷達的大氣污染多組分監測技術研究”的項目，是考慮到現有對地觀測技術無法監測氣溶膠、金屬等複雜大氣污染物化學成分和濃度，面向在軌應用時所面臨的探測距離遠、大氣環境複雜及載荷環境适應性要求高等艱巨挑戰，利用飛秒雷射來遠端激發、探測和識别各種污染物成分和濃度，“目前，我們已實作對21種常見大氣污染物的探測，檢測靈敏度可做到在1公裡距離下從100萬分子裡探測到35個氣溶膠污染物，達到了我們的預期目标。”
同時，該團隊十分注重讓科技成果從“實驗室”走向“生産線”。“‘在軌航天器有害氣體檢測裝置’項目傳遞後，我們一方面努力将相關的氣體探測技術民用化，例如目前将光纖氣體傳感技術運用于華陽集團的煤礦中，對礦井下甲烷、一氧化碳等有害氣體進行實時監控，為采煤安全保駕護航，并将光學氣體檢測技術開拓到更多應用場景；另一方面，我們團隊也積極開展了其他航空航天項目，例如參與研制大陸首個專門用于大氣環境綜合監測的衛星——‘大氣一号’，提供多元跨尺度光學參數融合的計算模型，近期還和相關機關針對環境遙感監測技術，開展新型光絲雷射雷達的技術研發。”孫陸說。
齊鵬飛表示，該團隊下一步将加強光絲雷射雷達系統小型化、輕量化、低功耗方面研究，持續賦能車載、機載及星載等應用場景，“另外，針對月塵、月岩和月壤等物質組成問題，我們希望将來從不同類型特征光譜激發和擷取的角度，研發相關載荷産品，助力月表元素和礦物組成及分布機制的探測與分析。”
記者從南開大學獲悉，除了劉偉偉團隊，該校人工智能學院趙新教授研究團隊的孫明竹、秦岩丁兩位老師參與了中國空間站問天實驗艙中部署的“科學手套箱”中微操作手臂、微操作末端工具的研制及細胞操作軟體的開發。據了解，“科學手套箱”支援各類科學實驗樣品的隔離密閉和精細操作，其中，微操作手臂的操作精度優于5微米，可完成多種微米級細胞操作，進一步确立了南開大學在微操作機器人領域的領先地位。
天津中醫藥大學
“太空針灸” 在家就能做理療
2023年10月26日，神舟十七号載人飛船發射取得圓滿成功。其中，陪伴航天員“出差”太空的，包括天津中醫藥大學副校長郭義教授研究團隊研發的便攜式穴位刺激裝置，為在軌航天員提供了具有中國特色的健康防護。該項科研成果開創了傳統針灸走向太空的先河。
據了解，2019年，天津中醫藥大學與中國航天員科研訓練中心共建中醫藥航天聯合實驗室，運用中藥制劑、穴位刺激等方式，為航天員的身體健康護航。2022年，便攜式穴位刺激裝置在中國空間站應用于神舟十三号航天員并取得了良好效果。此後，郭義團隊針對航天員使用後的回報，在穿戴方式、耐用性、電極導電性等方面進行了優化，為神舟十七号和神舟十八号航天員的健康貢獻一份力量。在軌航天員可在空閑時間針對不同部位開展太空針灸理療。
郭義團隊成員、天津中醫藥大學中西醫結合學院副院長、航天員健康防護中醫裝置研發項目執行人章明星說，研發便攜式穴位刺激裝置，除了要解決穴位合适和刺激參數的核心問題，還要考慮裝置的體積小、重量輕、功耗低、使用友善等，是以，該團隊和天津大學、天津工業大學聯合攻關，天津大學負責刺激器部分，天津工業大學負責穿戴部分，通過一次次優化更新，将裝置優化到智能手表大小，并研發了新的刺激電極，防水、防潮、防腐蝕的性能更強，穴位刺激效果也更好。團隊已申請多項相關專利，目前已獲批其中3項，将來其研發成果也能走進尋常百姓家，在家就能用航天科技成果進行自我健康防護。
天津工業大學
“太空編織” 複合材料用途廣
根據計劃，在2030年前實作中國人首次登陸月球，開展月球科學考察及相關技術試驗。目前，長征十号運載火箭、夢舟載人飛船、攬月月面着陸器、登月服等已全面進入初樣研制階段。
“我們圍繞設計要求及研制指南，開發了神經肌肉刺激儀，可幫助航天員在軌工作時調節身體狀态。此課題已于去年結題，樣機目前已傳遞。”天津工業大學紡織科學與工程學院智能可穿戴電子紡織品研究所副所長、紡織材料測試中心主任劉皓教授告訴記者，其團隊現在主要攻關柔性可穿戴技術，開發小型、輕薄、柔性的電子元件，并将其內建到紡織品上，提高智能可穿戴産品的穩定性和舒适性。
劉皓教授團隊科研人員在人工氣候室裡模拟不同天氣狀況，利用出汗暖體假人測試服裝舒适性。 記者 姜寶成 通訊員 李煥峰 高澤宇 攝
劉皓介紹，此次為大陸載人月球探測任務研發的神經肌肉刺激儀，主要用于對航天員的肌肉組織穴位或神經點位進行電脈沖刺激，協助航天員進行肌肉疲勞恢複和肌肉力量訓練，防止長期飛行試驗造成的肌肉萎縮。
“神經肌肉刺激儀具有興奮神經肌肉、促進血液循環、緩解疲勞和疼痛、調節睡眠和提高警覺功能，除了能為航天員保駕護航，也可用于人們日常生活中的疲勞緩解等。”劉皓說，其團隊項目應用涉及海陸空各領域，并緻力于相關民用産品的研發，以國家戰略需求為導向，通過學科交叉融合，打通“傳感器件—智能可穿戴電子紡織品—主動健康與醫療”産業鍊，助力航天科技走入百姓家。
“除了劉皓團隊，我校紡織未來技術研究中心陳利教授領銜的複合材料研究院團隊，長期從事多元編織材料及其複合材料在航空航天領域應用的基礎研究和技術開發，研發的多向編織增強材料成功應用于從神舟七号到神舟十七号的傳回艙，用新一代‘天工編織技術’守護航天員的‘回家路’。”天津工業大學紡織科學與工程學院常務副院長劉雍介紹，在傳回艙傳回地球的過程中，首先就要面臨高溫的考驗。在進入大氣層的過程中，傳回艙會與大氣層發生劇烈摩擦，産生幾千度高溫，確定傳回艙燒不壞的就是安裝在傳回艙最外層的防熱材料。陳利帶領團隊突破了多項關鍵技術，為神舟系列傳回艙量身定制了耐2000多攝氏度高溫的多元編織結構增強材料，精準滿足了傳回艙關鍵器件的防護結構複合材料“耐高溫燒蝕、堅固抗沖擊”的要求，保障航天員安全順利傳回地球。
2022年，“天津号”純太陽能驅動汽車首次公開亮相。在“天津号”的研發過程中，天津工業大學共有複合材料結構件、熔噴複合吸音材料、氧負離子釋放紡織面料、溫度管理針織坐墊、柔性光刻電路等5項技術被應用。“其中就有陳利團隊的産品。”劉雍說，該團隊研發的多元編織複合材料在輕量化汽車、風力發電機葉片以及農業、植物保護、快遞運輸、災難救援無人機等民用領域具有廣泛的應用前景。
河北工業大學
“太空果蔬” 擺上百姓餐桌
如今，太空辣椒、太空南瓜等航天育種蔬菜已擺上人們的餐桌。
“航天育種是航天技術、生物技術與農業育種技術相結合的育種新途徑，國内外農業領域經常采用。相比地球表面環境，太空環境能促使種子産生更豐富的基因突變，為育種科學家提供更多有益的變異材料，便于培育出遺傳穩定、品質優良的新品系、新品種。”河北工業大學理學院副院長、該校輻照生物團隊帶頭人耿金鵬說，聯合國糧食及農業組織和國際原子能機構早已将航天育種列為實體輻射育種的一類，實踐證明，航天育種的安全性是确定的。
耿金鵬教授觀察太空金蓮花S1代突變情況。 受訪機關供圖
耿金鵬帶領輻照生物團隊建設了綜合利用航天搭載、高能輻射以及低能注入等多重輻射交叉的研發基地，為植物種質資源創新提供了良好的科研平台。從2008年開始，團隊陸續進行了6次太空搭載實驗，搭載植物品系176個，主要對玉米、金蓮花和黃瓜等進行了多年的輻射誘變育種基礎研究和應用研究，選育了210份玉米自交系，成功培育出永研1101玉米新品種并獲推廣；篩選出金蓮花、仙客來和黃瓜等優質穩定遺傳性狀的種質，培育出具有畝産量高、觀賞性強、藥用成分含量高的金蓮花新品種，提高了金蓮花的畝産量和種植戶的經濟效益。
“我們團隊目前正開展藜麥、菊苣種質資源創新與新品種選育。”耿金鵬說，眼下其團隊一方面為下一次搭載的新品種做答辯準備，另一方面将前期的研究成果市場化，“我們努力解決育種核心技術的‘卡脖子’問題，堅持基礎與應用并重研究，把航天育種的科研創新成果帶進百姓家。”
天津科技大學
“太空神臂” 賦能工業發展
在神舟十三号載人飛行任務中，天津科技大學機械工程學院教師董穎懷和王岩帶領的精密與特種加工研究團隊研制了“空間機械臂維修專用工具”等配套産品，為大陸在軌運作機械臂艙體表面巡檢、航天員出艙等任務順利完成提供有力保障。
該團隊在航天項目的研究過程中，不斷探索将一流的航天技術應用于民用領域中的可能性：團隊聯手大連沅泓機械有限公司将團隊自主研發的多自由度調節機構系統融合到企業中的非标裝置研發中，開發出具有六自由度的特種加工機床，提升了企業的裝備研發實力，大大拓寬了市場應用技術産品種類；基于在航天材料領域先進制造技術的研發成果，團隊與奧創特新（蘇州）科技有限公司針對複合材料精密制造、加工損傷智能檢測、多自由度檢測平台等領域展開合作，為企業生産制備高性能複合材料提供了有力的技術支援，提升了企業核心競争力，目前企業已成功生産出新能源動力電池防火貼片、改性雲母片、氣凝膠隔熱片等産品；與三代光學科技（天津）有限公司合作，應用自由曲面超精密加工技術，為其生産的光學自由曲面産品提供了技術支援，解決了光學鏡面加工的企業生産技術難題，企業成功應用該技術生産了兒童視力矯正用的多點離焦鏡、汽車擡頭顯示系統、PM2.5環境監測用的光學模組等産品。
（記者 姜凝 記者 姜寶成 通訊員 李煥峰 高澤宇 攝）