首次太空养鱼！神舟十八号发射在即，这些“太空出差”新亮点值得关注！

转自：科普中国

据中国载人航天工程办公室消息，神舟十八号瞄准4月25日20时59分发射，执行神舟十八号载人飞行任务的航天员乘组由叶光富、李聪、李广苏3名航天员组成，叶光富担任指令长。乘组包括1名第二批航天员和2名第三批航天员，3人均为“80后”。

这是神舟十八号航天员叶光富（中）、李聪（右）、李广苏。新华社发

作为最新一批神舟载人飞船的第一艘，神舟十八号有多项技术升级，特别是全面升级了飞船的电源系统，提升了飞船的性能与安全性。那么，随着我国载人航天工程的发展，神舟飞船的电源系统经历了哪些升级改进？此外，在神舟十八号载人任务新闻发布会上，还提到航天员将首次在太空中养鱼，除了养鱼，航天员还会进行哪些科学实验和研究呢？

这次我们邀请到了中国科学院国家空间科学中心周炳红老师和中国科学院空间应用工程与技术中心张伟老师，来跟我们讲讲神舟十八号的那些事儿。

神舟十八号电池系统

做了这些升级改进

在神舟五号、六号、七号，三次载人飞行任务中，由于电力供应不足，航天员不得不吃冷饭。对于载人航天来说，电源系统就像人体的心脏和血液一样重要，需要为其源源不断提供电能。

那么，我国神舟飞船的电源系统包括哪些部分？分别是做什么用的？载人航天的电源系统经历了哪些重要改进，为什么要不断改进？以下是中国科学院国家空间科学中心周炳红老师采访实录。

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神舟飞船的电源系统构成

首先，神舟飞船的电源系统由主电源、应急电源、返回着陆电源和火工品电源四个部分组成。

应急电源、返回着陆电源这几个电源顾名思义，比较容易理解。比如应急电源有重要的“救命”作用，万一发生意外情况，应急电池就会启用。应急电池使用的是高性能比银锌电池，其作用就像UPS不间断电源。出现紧急情况时，飞船返回地面需要4个小时，而应急电池可以确保飞船的用电量。

主电源又分为太阳电池翼、调节控制器、蓄电池三个部分。飞船绕地球飞行一圈大约90分钟，会经历光照区和地影区。在光照区，太阳电池翼将太阳能转化为电能，同时为蓄电池充电储存能量。在太阳无法照射的地影区，蓄电池负责为整个飞船供电。

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电源系统的升级改进

随着我国载人航天工程的发展，电源系统经历了哪些升级改进呢？

航天员每天的生活用电要依靠电源系统，飞船的用电功率大约2千瓦，相当于一个普通家用空调或者是一个功率高点的微波炉的耗电量，这样神舟飞船一天耗电40多度。

在载人航天工程一期时，由于供电能力有限，航天员吃的都是冷饭。载人航天工程二期使用的电源系统中，太阳能电池帆板的材料采用了砷化镓，代替了一期使用的多晶硅，发电能力提高了一倍，可以确保航天员顿顿吃上热饭。

神舟十八号之前的飞船使用的一直是镉镍蓄电池，工作电压28伏。载人航天发展过程中，还研制了另外两种蓄电池，分别是用于天宫实验室的100伏高压氢镍蓄电池，和用于天舟货运飞船的锂离子蓄电池，这次神舟十八号也升级到了锂离子蓄电池。

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升级为锂离子蓄电池

为什么要升级为锂离子电池呢？

这是由于空间站时代飞船的使用环境和使用时间长度变化决定的。空间站时代后，在轨驻留时间通常是6个月。

这样一来就面临两个很严峻的问题：一是空间站舱体的遮挡问题，舱体连接长度数十米，还有巨大的柔性太阳翼，对神舟载人飞船的太阳翼形成了比较严重的光照遮挡，导致自主发电能力不足。还有一个是神舟飞船停靠期间需要接受空间站的电力供应，由此产生充放电状态不断切换的不稳定情况，造成充放电不规律问题。

从神舟一号到神舟十七号，飞船配置的都是“镉镍蓄电池”，这种电池具有高安全、高可靠、耐过充、耐过放等优势性能，可以满足神舟飞船高安全运行的任务要求。但是它也有缺点，就是“记忆效应”。“记忆效应”就是蓄电池在长期小负载情况下不断充放电时产生的，一旦耗电量又增加、回到满负荷状态，就可能会出现蓄电池供电能力不足的问题。

鉴于长寿命大容量锂离子电池的安全性，在天舟货运飞船中得到广泛验证。为了让神舟飞船具备更加强大的能力，从神舟十八号开始，就换成了锂离子电池。

锂离子电池相较于镉镍蓄电池的一个突出优势就是没有记忆效应，使用寿命长。这就使得神舟飞船克服了不规律充放电问题，获得了更长的停靠空间站组合体的时间，同时也更加安全可靠。

航天员在太空中

将会进行这些实验

自1999年神舟一号飞船发射至今，我国载人航天工程进行了各项技术验证试验，开展了大量空间科学实验，涵盖空间环境、空间生命科学、空间材料、空间天文和物理等多个领域。

本次神舟十八号将会在太空中进行哪些实验呢？张伟介绍到主要有4个实验：水生生态实验、有机分子起源实验、植物干细胞实验、润滑材料实验，以下是张伟关于神舟十八号将要进行的实验介绍。

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水生生态实验

首先是斑马鱼和金鱼藻的水生生态实验，这次将是我们首次把斑马鱼带到太空当中。在太空中养鱼和在地面最明显的不同之处在于，地面上水和气是分离的，鱼缸不用装满水，而在太空中水和气难以分离，所以鱼缸应该是满的。这次实验主要研究在太空环境下，斑马鱼和金鱼藻的一个共生共存关系。

金鱼藻会通过光合作用产生氧气，供斑马鱼呼吸，而斑马鱼呼吸所产生的二氧化碳又会提供给金鱼藻来进行光合作用。通过这么一个小型的水生生态系统，能够实现在太空中对水生生态模型的一个验证。

这一次开展小型水生生态系统研究后，未来还要开展陆地生态系统的研究，将小鼠带上太空。在解决小鼠的臭气排放问题之后，用它来做实验，探索人类在太空长期生存和适应的问题。

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有机分子起源的实验

第二个实验就是生命起源的分子机制。中国科学家赵一峰院士提出了蛋白和核酸共起源的一个机制，通过核苷酸氨基酸和磷进行反应来验证无机分子如何生长为有机分子，这样一个分子机制的验证。

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植物干细胞实验

第三个实验，植物干细胞。我们要看在微重力条件下，植物干细胞如何发挥作用，微重力如何影响植物干细胞的调控，从而来影响它的生长和发育。

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润滑材料实验

第四个实验是润滑实验，之前已经做过一些润滑实验，我们在舱外有一个暴露装置，专门做材料在空间条件下的一些暴露特性。

润滑材料应该是非常简单的一个东西，但实际上在太空中不一样。在太空中高温在零上100多度，低温是零下100多度，在这300度的温差下面，同时还有辐射的作用。

我们润滑材料寿命非常短，而且很多时候在高温情况下它可能挥发了。在低温的时候它可能冷冻了。所以说我们在太空要验证这些固液混合的材料，在太空条件下能不能寿命更长，更好地发挥作用。

当然，以前的实验仍然在继续。

我们神舟十八号乘组进入太空以后，不只做这次神舟十八号带上去的实验，还要做大量之前带上去的一些实验。比如说在生命科学方面，我们还要做人骨干细胞的定向分化，研究微重力条件下，骨干细胞如何分化，如何能够对它进行调控，让它更好地生长。

在材料领域，我们还要进行大量材料的制备。比如说铁基超导的材料，还有铝基的材料，甚至纳米材料和一些特殊的材料，要把它在太空当中，用我们的无溶剂实验柜，还有我们的高温材料实验装置把它们制备出来。同时还要在轨测试它的性能，比如说用无容器的来测它的热物理性质、表面张力、粘度和密度等等。

非常有意思的是我们的燃烧实验。我们这次带上的是气体插件的燃烧实验，将要开展气体小火苗点火火焰的传播和熄火的特性（实验），还要揭示它一些本质的规律。

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因为在地面上，我们知道燃烧是一种浮力对流驱动的燃烧，它是一种泪滴状的火焰，温度也比较高。但是在太空当中，由于浮力对流消失了，燃烧是一种扩散驱动，所以说它是一种球形的火焰，而且火焰的温度低。所以我们在太空当中通过研究这些特性，来揭示它的本质规律，从而来指导我们地面开发更清洁的燃料，提高燃烧效率。

我们还有一些实验是流体实验，比如说在太空微重力条件下，由于浮力对流消失了，我们要做一些流体的研究。比如蒸发与沸腾，我们在地面是浮力对流驱动的，它有一些沸腾现象在太空当中，这沸腾现象就变了。

比如说我们开水小气泡很多，然后慢慢有一个浮力对流，整个水开了，在太空当中小气泡会越来越大，直到破掉。但是在顶面的水是很难开的，所以说我们在太空研究蒸发与冷凝，沸腾与传热这些基础的现象。

同时我们可能还要研究比如推进剂的管理，在太空当中推进剂是非常特殊的一种形态，所以说我们需要在太空结合着这些特殊的对流现象，对整个流体的管理和流体的输运进行深入的研究。

相信未来我们一定能看到越来越多太空实验带来的成果！

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