[導讀]中科院物理研究所研究員李明是個“幸運兒”，他所負責的空間復合膠體晶體生長實驗，是天宮一號里唯一的一項空間科學實驗。此刻，李明在北京大后方進行緊張的工作；在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心前線，中科院物理所副所長、載人
中科院物理研究所研究員李明是個“幸運兒”，他所負責的空間復合膠體晶體生長實驗，是天宮一號里唯一的一項空間科學實驗。
此刻，李明在北京大后方進行緊張的工作；在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心前線，中科院物理所副所長、載人航天工程空間應用系統(tǒng)空間材料科學分系統(tǒng)指揮馮稷接受了《科學時報》的專訪。
“潛力股”光子晶體
這項由中科院物理所和中科院空間中心合作承擔的、由中科院內(nèi)外多家單位參與的實驗在實驗設備體量上雖不及其他的一些“大家伙”，但從未來發(fā)展的前景來看，復合膠體晶體生長實驗或能四兩撥千斤。
晶體是材料中的一大類，最常見的就是半導體，如硅。電子在傳輸?shù)臅r候，會受到一定限制，這是由晶體本身的能帶結(jié)構(gòu)決定的。由此產(chǎn)生了晶體管，進而產(chǎn)生了集成電路，影響到我們今天社會生活的方方面面。
而光子晶體也有類似的現(xiàn)象。如受光子帶隙的影響，不同能量的光子在光子晶體中傳輸時會有不同的傳輸路徑，利用這一點，人們或可以實現(xiàn)光的開關，進而可研制光的邏輯器件。因此，光子晶體是未來光信息處理的一種潛在的、很重要的材料。
這次天宮一號上要進行的膠體晶體實驗即是以一種光子晶體為研究對象而設計的。目前在國際上，膠體晶體在自組裝材料領域受到廣泛關注。但由于重力的作用，光子晶體在地面的實驗研究受到限制。
“當復合膠體晶體由兩種不同粒徑的顆粒組成時，因大小不同的顆粒受重力影響不同，人們很難觀察到它們固有的結(jié)晶規(guī)律。”
于是，科學家們把目光瞄向了空間飛行器可提供的微重力環(huán)境。就已公開報道的情況而言，到目前為止，該類實驗在全世界只進行過幾次，包括拋物線飛機，且以單粒徑實驗為主?！拔覀兣c已有實驗有很大不同，主要體現(xiàn)在有兩種不同粒徑及相應形核條件上。所以這次復合膠體晶體生長的空間實驗是有一定代表性的?！?BR>對物理學家來說，復合膠體晶體實驗還提供了一個較為純粹和可控的物理模型，供他們研究分子體系的一些基本物理規(guī)律?！耙虼藦幕A研究講，光子晶體是一個絕佳的研究對象；從應用角度講，它或?qū)⒖梢灾谱鞒尚阅軆?yōu)良的光子器件。”
給科學家自由探索的機會
馮稷深知，科學有其不確定性和不可預見性，尤其是光子晶體這樣極具前沿性的研究，雖然在未來的潛力很大，但畢竟不能取得立竿見影的應用。
在中國載人航天事業(yè)各方面資源都還很緊張的情況下，復合膠體晶體實驗憑什么能上天？
關于這件事，專家們也一直在反復論證。在系統(tǒng)研制階段，中科院空間科學與應用總體部對空間科學實驗有一次中期評估，其目的之一就是考查實驗項目是否仍具有先進性。“載人航天任務周期很長，可能在中間過程中，別人已經(jīng)把結(jié)果做出來了。只有真正的前瞻性問題，才能帶上天?！?BR>專家們還要同時考慮天宮一號兩年在軌時間、地面是否可控、樣品是否可以反復使用等等一系列因素。最大限度地滿足條件后，光子晶體實驗才被敲定。
“科學研究的未知性如何跟載人航天工程很好地協(xié)調(diào)起來，這不是一件容易的事。很感謝國家和總體部給了我們自由探索的機會?！?BR>馮稷自己也很贊同專家們的“謹小慎微”?！拔覈d人航天空間科學實驗的漸進式發(fā)展模式，一方面是對技術的積累，另一方面也是隊伍的培養(yǎng)，現(xiàn)在走這種有計劃、有安排、循序漸進的道路，將來等我們有了自己的空間站，就有了較好的基礎，空間科學實驗不至于從零開始。”
“其實這些年下來，神舟系列飛船已經(jīng)逐漸把空間科學幾個重要的領域都涵蓋了，重要的研究方向和熱點也都包括進來了。雖然我們在實驗規(guī)模上與國外還有一定差距，但我們現(xiàn)在的戰(zhàn)略和布局是合理的?！?BR>“遙科學”是大勢所趨
馮稷最早參與航天工程空間科學實驗是在上世紀90年代初，那時候通過返回式衛(wèi)星搭載空間材料科學實驗，實驗材料要等衛(wèi)星成功返回地面后，才能收集起來作進一步的觀察和實驗。
不過這次天宮一號上的膠體晶體生長實驗，科學家已可以通過衍射圖像和相應工程數(shù)據(jù)的準實時回傳，觀察到晶體的生長和變化情況。
這種技術就是所謂“遙科學”的應用。早在20世紀80年代，西方發(fā)達國家就在發(fā)展這種技術，通過地面實驗室與空間飛行器間的實時數(shù)據(jù)交互，科學家坐在實驗室里就能獲取空間實驗的數(shù)據(jù)和圖像，還能去修改實驗參數(shù)和過程。
“我們現(xiàn)在的圖像雖然不是實時的，但也已經(jīng)能達到準實時的水平。比如一個小階段的實驗做完后，我們把數(shù)據(jù)下傳到地面，然后修改參數(shù)后再上傳回去，就可以實現(xiàn)天地間的交互?！?BR>在馮稷看來，在將來的空間站建設中，這種實驗模式是一種重要且有效的手段。“以前大量的返回式實驗成本太高，將來一定要通過在線操作完成實驗。將來有宇航員上天的時候，還可以讓宇航員把替換的樣品帶上去，裝置是較為通用的，可以不變，這樣能以較小的代價取得更多的成果?！?BR>當年，晶體管和集成電路技術都曾經(jīng)帶來過革命性的發(fā)展?，F(xiàn)在，很多人也在期盼著光子時代的到來。
此刻，李明在北京大后方進行緊張的工作；在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心前線，中科院物理所副所長、載人航天工程空間應用系統(tǒng)空間材料科學分系統(tǒng)指揮馮稷接受了《科學時報》的專訪。
“潛力股”光子晶體
這項由中科院物理所和中科院空間中心合作承擔的、由中科院內(nèi)外多家單位參與的實驗在實驗設備體量上雖不及其他的一些“大家伙”，但從未來發(fā)展的前景來看，復合膠體晶體生長實驗或能四兩撥千斤。
晶體是材料中的一大類，最常見的就是半導體，如硅。電子在傳輸?shù)臅r候，會受到一定限制，這是由晶體本身的能帶結(jié)構(gòu)決定的。由此產(chǎn)生了晶體管，進而產(chǎn)生了集成電路，影響到我們今天社會生活的方方面面。
而光子晶體也有類似的現(xiàn)象。如受光子帶隙的影響，不同能量的光子在光子晶體中傳輸時會有不同的傳輸路徑，利用這一點，人們或可以實現(xiàn)光的開關，進而可研制光的邏輯器件。因此，光子晶體是未來光信息處理的一種潛在的、很重要的材料。
這次天宮一號上要進行的膠體晶體實驗即是以一種光子晶體為研究對象而設計的。目前在國際上，膠體晶體在自組裝材料領域受到廣泛關注。但由于重力的作用，光子晶體在地面的實驗研究受到限制。
“當復合膠體晶體由兩種不同粒徑的顆粒組成時，因大小不同的顆粒受重力影響不同，人們很難觀察到它們固有的結(jié)晶規(guī)律。”
于是，科學家們把目光瞄向了空間飛行器可提供的微重力環(huán)境。就已公開報道的情況而言，到目前為止，該類實驗在全世界只進行過幾次，包括拋物線飛機，且以單粒徑實驗為主?！拔覀兣c已有實驗有很大不同，主要體現(xiàn)在有兩種不同粒徑及相應形核條件上。所以這次復合膠體晶體生長的空間實驗是有一定代表性的?！?BR>對物理學家來說，復合膠體晶體實驗還提供了一個較為純粹和可控的物理模型，供他們研究分子體系的一些基本物理規(guī)律?！耙虼藦幕A研究講，光子晶體是一個絕佳的研究對象；從應用角度講，它或?qū)⒖梢灾谱鞒尚阅軆?yōu)良的光子器件。”
給科學家自由探索的機會
馮稷深知，科學有其不確定性和不可預見性，尤其是光子晶體這樣極具前沿性的研究，雖然在未來的潛力很大，但畢竟不能取得立竿見影的應用。
在中國載人航天事業(yè)各方面資源都還很緊張的情況下，復合膠體晶體實驗憑什么能上天？
關于這件事，專家們也一直在反復論證。在系統(tǒng)研制階段，中科院空間科學與應用總體部對空間科學實驗有一次中期評估，其目的之一就是考查實驗項目是否仍具有先進性。“載人航天任務周期很長，可能在中間過程中，別人已經(jīng)把結(jié)果做出來了。只有真正的前瞻性問題，才能帶上天?！?BR>專家們還要同時考慮天宮一號兩年在軌時間、地面是否可控、樣品是否可以反復使用等等一系列因素。最大限度地滿足條件后，光子晶體實驗才被敲定。
“科學研究的未知性如何跟載人航天工程很好地協(xié)調(diào)起來，這不是一件容易的事。很感謝國家和總體部給了我們自由探索的機會?！?BR>馮稷自己也很贊同專家們的“謹小慎微”?！拔覈d人航天空間科學實驗的漸進式發(fā)展模式，一方面是對技術的積累，另一方面也是隊伍的培養(yǎng)，現(xiàn)在走這種有計劃、有安排、循序漸進的道路，將來等我們有了自己的空間站，就有了較好的基礎，空間科學實驗不至于從零開始。”
“其實這些年下來，神舟系列飛船已經(jīng)逐漸把空間科學幾個重要的領域都涵蓋了，重要的研究方向和熱點也都包括進來了。雖然我們在實驗規(guī)模上與國外還有一定差距，但我們現(xiàn)在的戰(zhàn)略和布局是合理的?！?BR>“遙科學”是大勢所趨
馮稷最早參與航天工程空間科學實驗是在上世紀90年代初，那時候通過返回式衛(wèi)星搭載空間材料科學實驗，實驗材料要等衛(wèi)星成功返回地面后，才能收集起來作進一步的觀察和實驗。
不過這次天宮一號上的膠體晶體生長實驗，科學家已可以通過衍射圖像和相應工程數(shù)據(jù)的準實時回傳，觀察到晶體的生長和變化情況。
這種技術就是所謂“遙科學”的應用。早在20世紀80年代，西方發(fā)達國家就在發(fā)展這種技術，通過地面實驗室與空間飛行器間的實時數(shù)據(jù)交互，科學家坐在實驗室里就能獲取空間實驗的數(shù)據(jù)和圖像，還能去修改實驗參數(shù)和過程。
“我們現(xiàn)在的圖像雖然不是實時的，但也已經(jīng)能達到準實時的水平。比如一個小階段的實驗做完后，我們把數(shù)據(jù)下傳到地面，然后修改參數(shù)后再上傳回去，就可以實現(xiàn)天地間的交互?！?BR>在馮稷看來，在將來的空間站建設中，這種實驗模式是一種重要且有效的手段。“以前大量的返回式實驗成本太高，將來一定要通過在線操作完成實驗。將來有宇航員上天的時候，還可以讓宇航員把替換的樣品帶上去，裝置是較為通用的，可以不變，這樣能以較小的代價取得更多的成果?！?BR>當年，晶體管和集成電路技術都曾經(jīng)帶來過革命性的發(fā)展?，F(xiàn)在，很多人也在期盼著光子時代的到來。
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