[導(dǎo)讀]中科院物理研究所研究員李明是個“幸運兒”，他所負(fù)責(zé)的空間復(fù)合膠體晶體生長實驗，是天宮一號里唯一的一項空間科學(xué)實驗。此刻，李明在北京大后方進(jìn)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(fù)責(zé)的空間復(fù)合膠體晶體生長實驗，是天宮一號里唯一的一項空間科學(xué)實驗。
此刻，李明在北京大后方進(jìn)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(yīng)用系統(tǒng)空間材料科學(xué)分系統(tǒng)指揮馮稷接受了《科學(xué)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(dān)的、由中科院內(nèi)外多家單位參與的實驗在實驗設(shè)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(fù)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(dǎo)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(jìn)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(guān)，進(jìn)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(jìn)行的膠體晶體實驗即是以一種光子晶體為研究對象而設(shè)計的。目前在國際上，膠體晶體在自組裝材料領(lǐng)域受到廣泛關(guān)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(dāng)復(fù)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?！?BR>于是，科學(xué)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(jìn)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(yīng)形核條件上。所以這次復(fù)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(xué)家來說，復(fù)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(chǔ)研究講，光子晶體是一個絕佳的研究對象；從應(yīng)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(xué)家自由探索的機會
馮稷深知，科學(xué)有其不確定性和不可預(yù)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(yīng)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(fù)合膠體晶體實驗憑什么能上天？
關(guān)于這件事，專家們也一直在反復(fù)論證。在系統(tǒng)研制階段，中科院空間科學(xué)與應(yīng)用總體部對空間科學(xué)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(jìn)性?！拜d人航天任務(wù)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(fù)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(xué)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(jǐn)小慎微”?！拔覈d人航天空間科學(xué)實驗的漸進(jìn)式發(fā)展模式，一方面是對技術(shù)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(jìn)的道路，將來等我們有了自己的空間站，就有了較好的基礎(chǔ)，空間科學(xué)實驗不至于從零開始?！?BR>“其實這些年下來，神舟系列飛船已經(jīng)逐漸把空間科學(xué)幾個重要的領(lǐng)域都涵蓋了，重要的研究方向和熱點也都包括進(jìn)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(xué)”是大勢所趨
馮稷最早參與航天工程空間科學(xué)實驗是在上世紀(jì)90年代初，那時候通過返回式衛(wèi)星搭載空間材料科學(xué)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(jìn)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(xué)家已可以通過衍射圖像和相應(yīng)工程數(shù)據(jù)的準(zhǔn)實時回傳，觀察到晶體的生長和變化情況。
這種技術(shù)就是所謂“遙科學(xué)”的應(yīng)用。早在20世紀(jì)80年代，西方發(fā)達(dá)國家就在發(fā)展這種技術(shù)，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(xué)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(dá)到準(zhǔn)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(shè)中，這種實驗?zāi)Ｊ绞且环N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(dāng)年，晶體管和集成電路技術(shù)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(jìn)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(yīng)用系統(tǒng)空間材料科學(xué)分系統(tǒng)指揮馮稷接受了《科學(xué)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(dān)的、由中科院內(nèi)外多家單位參與的實驗在實驗設(shè)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(fù)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(dǎo)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(jìn)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(guān)，進(jìn)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(jìn)行的膠體晶體實驗即是以一種光子晶體為研究對象而設(shè)計的。目前在國際上，膠體晶體在自組裝材料領(lǐng)域受到廣泛關(guān)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(dāng)復(fù)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?！?BR>于是，科學(xué)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(jìn)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(yīng)形核條件上。所以這次復(fù)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(xué)家來說，復(fù)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(chǔ)研究講，光子晶體是一個絕佳的研究對象；從應(yīng)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(xué)家自由探索的機會
馮稷深知，科學(xué)有其不確定性和不可預(yù)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(yīng)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(fù)合膠體晶體實驗憑什么能上天？
關(guān)于這件事，專家們也一直在反復(fù)論證。在系統(tǒng)研制階段，中科院空間科學(xué)與應(yīng)用總體部對空間科學(xué)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(jìn)性?！拜d人航天任務(wù)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(fù)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(xué)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(jǐn)小慎微”?！拔覈d人航天空間科學(xué)實驗的漸進(jìn)式發(fā)展模式，一方面是對技術(shù)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(jìn)的道路，將來等我們有了自己的空間站，就有了較好的基礎(chǔ)，空間科學(xué)實驗不至于從零開始?！?BR>“其實這些年下來，神舟系列飛船已經(jīng)逐漸把空間科學(xué)幾個重要的領(lǐng)域都涵蓋了，重要的研究方向和熱點也都包括進(jìn)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(xué)”是大勢所趨
馮稷最早參與航天工程空間科學(xué)實驗是在上世紀(jì)90年代初，那時候通過返回式衛(wèi)星搭載空間材料科學(xué)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(jìn)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(xué)家已可以通過衍射圖像和相應(yīng)工程數(shù)據(jù)的準(zhǔn)實時回傳，觀察到晶體的生長和變化情況。
這種技術(shù)就是所謂“遙科學(xué)”的應(yīng)用。早在20世紀(jì)80年代，西方發(fā)達(dá)國家就在發(fā)展這種技術(shù)，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(xué)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(dá)到準(zhǔn)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(shè)中，這種實驗?zāi)Ｊ绞且环N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(dāng)年，晶體管和集成電路技術(shù)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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