“太激动了！还是有一种期待的心情，有开‘盲盒’的感觉，打开之后你才能看见样品。”空间站高温材料科学实验系统主任设计师、中国科学院上海硅酸盐研究所研究员刘学超手持太空返回的实验样品激动地说，“实际上，我们之前做了大量的地面匹配实验，我们有信心在太空中的实验会非常好，并期待会有很好的科研成果。”

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刘学超（右）

日前，中国空间站第四批空间科学实验样品随神舟十五号飞船返回舱安全降落，并交付给中国科学院空间应用系统。6月21日，包括高温合金材料样品在内的实验样品运至中国科学院上海硅酸盐所，举行交接仪式。

太空“盲盒”一次拆出五件套

2022年10月31日，空间站高温材料科学实验柜（高温材料柜）随梦天舱成功发射入轨，在轨稳定运行200余天。乘坐火箭升空的“货包”里都装了些什么？一起来看看。

记者看到，存放着太空实验样品的货包呈米黄色，与普通公文包大小类似，采用了抗震防震的设计。货包内整齐摆放着金属陶瓷管，里面存放的便是空间站高温材料科学实验系统下行（返回地面）的首批科学实验样品。据介绍，所有实验样品都需要在1000℃以上的高温中进行，为此实验材料会在金属陶瓷管内进行二次封装。

此次，神十五航天员带回的实验样品共有5件，总重量约6公斤，这批样品包括高温合金材料、功能晶体、新型金属以及特种玻璃材料。

以高温合金材料为例，我们国家正在发展的国产大飞机项目中，飞机发动机的核心材料就是高温合金。

“我们在地面上生产高温合金的时候，很难得到一些性能非常好的高温合金，非常想知道这其中的原因。所以，我们把材料送上太空，在微重力的情况下开展实验，以探究高温合金在微重力环境下的生长过程、成分分布、结构形态，为我们在地面生产更好的高温合金提供理论指导。”中国科学院上海硅酸盐研究所副研究员张明辉介绍。

张明辉告诉记者，在地面上，研究团队往往采用自由落体的方法模拟微重力实验，这种方式得到的微重力时间只有几秒。而在空间站，可以获得几天甚至一周的微重力时间。“一直在微重力状态下开展实验，这就是空间站环境一个非常强的优势。”张明辉说。

这些样品身份不凡，能为科学研究打开一扇窗

神十五航天员带回的实验样品移交后，科学家们将进行更深一步的分析研究。

作为高温材料科学实验系统主任设计师，刘学超最关心的是一款新型柔性半导体材料：“这个材料不像传统的半导体是脆性材料，它可以弯折，有可塑性，而且具有非常好的半导体特性，非常有研究意义和价值。未来，可能会为研制新一代半导体器件打开一扇‘窗户’。”

研究团队首先会对下行的样品进行外观检查，观察样品是否有破损，是否能扛住太空飞船发射时上行和下行的力学环境。然后深入分析样品，进一步鉴定它的结构、物像、性能等，再通过和地面的匹配实验作镜像对比，研究样品在太空微重力下是否有显著变化，有无新的机理或相关的生长机制等。“这对研究微重力下材料的制备和生长过程，以及后续地面上的材料制备，有很大的指导意义和帮助。”刘学超介绍。

目前，空间站上还有19个高温材料样品在轨实验。此外，研究团队还计划上行（由地面发往太空）20个样品，这些样品上行之前，都需要在地面上进行充分、大量的匹配实验。

“中国空间站全面建成转入运营阶段后，会有大量的材料科学实验在太空中进行，助力我国实现高水平科技自立自强。”刘学超说。

据介绍，高温材料柜在轨期间，中国科学院金属研究所、上海硅酸盐所、西北工业大学等项目团队密切合作，成功完成了一系列空间科学实验。此次返回的上海硅酸盐所在轨空间样品，其相关科学实验得到上海市科委和中国科学院空间总体部大力支持，为我国航天科研的发展贡献了重要成果。

开展镜像实验，天上地下“一体双生”

虽然我们看不见空间站里高温材料柜的实验过程，但记者在上海硅酸盐所的实验室里找到空间站高温材料柜的双胞胎“兄弟”，一套完整的镜像系统。

高温材料柜是由我国自主研制的重大空间微重力材料科学实验装置，是开展太空微重力材料科学实验的重要平台，可在微重力下支持材料的高温加热、定向凝固、梯度生长、快速冷却、磁场搅拌、参数实时测量、实时观察等功能，是我国最新一代的空间材料实验装置之一。

这套先进装置可有不少“第一”在手。

“这套设备与在轨的高温材料科学实验柜具有完全相同的功能和模块，具有批量样品管理等功能，一次性可以放16个材料样品，这也是国际上最多的一个批次样品数量，另外该装置最高的实验温度可以达到1600℃。”中科院上海硅酸盐所项目正高工潘秀红介绍，“有了这套设备，我们一个样品最短的在轨实验时间是20小时，最长的目前达到74小时。”

据介绍，高温材料柜主要由高温炉模块、批量样品管理模块、X射线透射成像模块、控制模块组成。其中，高温炉模块是整个装置的核心，X射线透射成像模块可开展样品加热和凝固过程的实时观察，控制模块负责整个装置的供电、控制等的管理。高温材料柜的加热温度和单批次样品数量都处于国际领先水平，而X射线透射成像功能是在国际上首次上行至空间站。

高温材料柜

与我国以往的空间材料实验装置相比，高温材料柜在加热温度、样品尺寸、温场模式、外部调控、精密生长、实时观察等功能方面都有了较大发展和提高，有效拓展了空间微重力材料研究的范围和深度，将长期在空间站为材料的微重力研究提供支持。

“后续，地面装置除了为这五个返回样品做镜像对比实验。我们还要为之后发射升空的材料作前期的匹配实验。所以，它的工作量还是十分大的，会越来越忙。”中国科学院上海硅酸盐研究所项目正高级工程师潘秀红介绍。

由于功能的升级和拓展，高温材料柜能够支持的材料研究涵盖功能晶体、高温合金、新型金属合金、半导体材料、特种玻璃、纳米材料、生物材料等众多领域，将促进微重力下材料的成分、结构、性能的调控及其机理的研究，对我国突破关键科学和技术问题具有重要意义。（来自“上海嘉定”微信公众号）