运行一周年，哈工大“地面空间站”交出亮眼答卷！

哈工大全媒体（李双余 刘培香/文 辛然 孙毅 谭立军 空间环境与物质科学研究院/图）“自2024年2月通过国家验收开始正式运行一年多以来，在国家发展和改革委员会、财政部、工业和信息化部、黑龙江省政府以及哈尔滨市政府等相关部门大力支持下，空间环境地面模拟装置从建设期平稳过渡到开放运行期，至今已累计服务包括中国航天科技集团、中国电子科技集团在内的150余家用户，为1000余型宇航元器件的研发提供测试服务，支撑我国多项重大航天工程顺利实施。”哈工大空间环境与物质科学研究院院长李立毅介绍说。

这座被誉为“地面空间站”的空间环境地面模拟装置正成长为一片孕育创新、科技、人才和活力的沃土，结出一颗颗丰硕饱满的果实。

从0到1 产出原创性引领性科学成果

通过“地面空间站”中的空间磁环境模拟与研究系统，上海交通大学的科研团队开展了一项突破性实验：在近零磁场环境并复合零下20至130摄氏度的极端温度范围内，微生物连续生存7天并成功存活。这一成果在国内尚属首次。

上海交通大学微生物代谢国家重点实验室教授肖湘说：“零磁场环境与无磁高低温装置构建了多因素耦合的极端域外环境，对探寻生命起源与域外生命问题具有重要科学价值。”

空间环境地面模拟装置园区

与肖湘教授不同，对于哈工大材料科学与工程学院极端环境材料和器件技术创新中心团队来说，这座“地面空间站”真的建到了“家门口”。团队杨剑群研究员说：“我们团队从始至终都在深度参与大科学工程建设的相关工作。在空间环境地面模拟装置建成之前，我们有一些重要急需实验需要到外地甚至是国外去做。现在有了‘家门口’的‘地面空间站’，不但开展科研更方便了，而且装置的先进性和稳定性，为我们极端环境与效应基础研究和人才培养，以及团队承担的国家重大项目提供了重要的支撑和促进作用。”

300MeV质子重离子加速器 

在这个集材料、航天、物理、计算机、数学等多学科深度融合、以基础性研究为代表的交叉团队中，有一半以上师生使用过空间环境地面模拟装置的器件离子辐照研究系统，并在极端环境材料和器件机理研究、软件验证等方面取得突破性进展，相关研究成果已在《IEEE核科学汇刊》等领域知名期刊发表。

“申请使用平台的校内外用户非常多，机时也很珍贵，所以每一次试验对我们来说都非常宝贵。”杨剑群说，“希望未来能够通过一流的平台产出更多一流的成果，为我国航天技术的进步和发展作出更大贡献。”

陈政课题组研究成果发表于《科学》（Science）

从大科学设施产出的科学成果源源不断——2月28日，哈工大生命科学中心陈政课题组在糖脂代谢稳态整合调控和代谢性疾病发病机制方面取得重要进展，研究成果问鼎《科学》（Science）……这座空间环境地面模拟装置将持续促进成果对科学研究、科技发展作出原创性、引领性贡献。

1+1>2 协同创新促进高技术发展

通过空间环境地面模拟装置，一场跨越校际合作开展的地球磁层的磁场重联、哨声波与粒子相互作用等空间重要物理过程的实验研究正在展开。

中国科学技术大学陆全明教授是装置的深度使用者，“以前我们只能通过几十公分的小装置完成相关验证，而这里的装置尺寸大上几十倍，我们能够研究更复杂的物理过程，这是小型装置无法实现的。”陆全明感慨道：“大科学的‘大’开拓的不光是我们的研究成果，更是我们的研究思路。”

空间等离子体环境模拟与研究系统

“在这里，我们和陆全明教授团队共同首次实现了地球磁层顶重联过程的地面模拟和确认，这座装置的建成，不仅推动了科学研究的突破，也促进了校际合作的深化。”空间环境与物质科学研究院副院长鄂鹏教授说：“我们与中国科学技术大学的合作实现了优势互补，将空间探测、地面实验和理论仿真三种研究手段高效融合。”

通过空间环境地面模拟装置形成的合作，不仅催生了一批高水平技术，还促进了人才的流动与培养。陆全明教授的多名学生毕业后加入哈工大，继续从事相关研究，成为校际合作的生动注脚。

鄂鹏介绍空间等离子体环境模拟与研究系统

目前，空间环境地面模拟装置已经促成我校与中国科学技术研究院、西安电子科技大学、北京理工大学等众多高校、科研院所之间的合作，为携手加快在重要领域技术攻关、在战略性领域取得更多更大突破创造条件。

1到100 开放共享连接全球科学

谢尔盖·阿帕腾科夫（Sergei Apatenkov）教授来自俄罗斯圣彼得堡国立大学，从事空间等离子体物理领域研究已近20年，这座位于中国东北的“地面太空实验室”让他感到耳目一新。

“这里让我看到了地球与太阳相互作用的‘迷你宇宙’。” 谢尔盖这样形容他的实验体验。他所在的团队利用装置模拟太阳风与地球磁层的相互作用，研究磁重联这一空间物理中的关键现象。“在太空中，我们只能依赖卫星数据，捕捉到的是瞬间的、不可重复的自然现象。而在这里，我们可以精确控制实验条件，重复验证每一个猜想。”

谢尔盖教授

作为国际用户，谢尔盖对装置的开放性和包容性给予了高度评价。“这里不仅是一个实验平台，更是一个国际合作的枢纽。我期待更多全球科学家来到这里，共同探索宇宙的奥秘。”

这座“地面空间站”不仅是中国科技实力的象征，更是全球科学家共同探索宇宙的“地面桥梁”。正如谢尔盖教授所说：“我会毫不犹豫地将空间环境地面模拟装置推介给周围的同行们，这里，宇宙的奥秘触手可及。”

“实现了从0到1的突破，还要做好从1到100的推广。”李立毅表示，大科学装置具有科学和工程双重属性，担负着原始创新策源地、基础研究先锋队的使命。未来将进一步统筹更新大科学装置方案，提升其对基础研究、国家战略、高技术发展和国际合作等方面服务支撑能力。

空间环境地面模拟装置是“十二五”国家重大科技基础设施，由哈尔滨工业大学联合中国航天科技集团建设，可以在地面模拟真空、辐照、弱磁等9大类太阳系常见空间环境因素和效应，是面向全球开放共享的基础科学研究平台。装置能够开展的科学研究方向如下：

综合环境模拟分系统是空间环境地面模拟装置的核心组成部分，可模拟真空、高低温、带电粒子辐射、电磁辐照、空间中性气体、固体颗粒物等6大类太阳系典型空间综合/极端环境与效应。配备高分辨率原位/半原位分析设备，可开展空间综合/极端环境下材料/器件/系统的物质结构演化过程和强关联效应的定量研究，以及空间尘埃环境物理与效应理论研究，揭示空间综合环境下材料/器件/系统性能的时空演化规律与环境效应的物理本质。

器件离子辐照分系统基于300MeV质子/重离子加速器、10MeV质子加速器以及1MeV电子加速器开展元器件辐照试验，可进行电子元器件原位在线的工程评价、机理分析以及高精度离线测试等工作。

微观机理分析分系统能够实现材料与器件的制备-空间环境作用-原位分析测试的全链条式研究，从微观层面上探究空间环境因素耦合作用下材料表面结构与性能的变化规律和物理机制。

离子加速器分系统是空间环境地面模拟装置的核心组成部分，可提供宽能量范围的电子、质子和重离子束流，建设有300MeV质子重离子加速器、10MeV质子加速器、1.2MeV电子加速器、1MeV电子加速器、200keV电子加速器和200keV质子加速器，可提供充沛的实验机时和稳定的束流，是研究粒子辐射与材料、器件及生物体作用的重要平台。离子加速器分系统建设有多条实验束线，可开展辐射场模拟、元素分析、微区分析、器件辐照效应、细胞辐照效应、核物理、核探测器校准等研究。

空间生命科学分系统是通过构建辐照、弱磁、微重力单一因素以及任意两者或三者耦合的综合环境因素下的生物学效应在线实验分析平台，致力于揭示空间因素下生命活动现象的规律和机制，提高人类进入并适应空间的能力。

空间磁环境模拟与研究系统以主动补偿和被动屏蔽的优化结合为主体方案，突破大型零磁室磁路连续性设计与实现的关键技术，实现剩余静磁场优于0.05nT、磁场梯度优于1pT/cm的零磁环境，可用内部空间为3.6m*3.6m*3.6m。本系统更进一步解决弱磁调控线圈与屏蔽磁路的耦合问题，建立1nT-0.1mT的交直流可控弱磁场，指标同样达到世界先进水平。并且克服科学研究设备带来的电磁干扰，是首个集成多种功能研究平台的弱磁／零磁环境装置。系统将扩展弱磁／零磁环境的实现范围，为弱磁生物学、空间科学、航空航天工程、空间探测技术、磁计量学、地磁导航技术、地球物理科学等科学技术领域的新探索和新发现提供必要研究条件。

空间等离子体环境模拟与研究系统是“空间环境地面模拟装置”的核心组成部分，分为近地空间等离子体环境模拟舱和临近空间等离子体环境模拟舱，分别模拟地球磁层等离子体环境和高速飞行器表面等离子体环境。配备有多种磁体线圈、等离子体源以及高时空分辨诊断设备，可模拟爆发性空间等离子体过程（磁暴、高能粒子暴等），研究基本等离子体物理过程（磁重联、湍流等），建立和验证具有实际应用意义的地球磁层空间等离子体环境参数分布及演化规律的模型。模拟航天器再入大气层（或临近空间高超声速飞行器）产生的动态等离子体鞘套，并研究其与电磁波相互作用的物理机制，揭示等离子体鞘套中射频通信／测控信号的传播特性，发展缓解或消除通信黑障的有效方法。

数值仿真与中央监控系统是空间环境地面模拟装置中实验设备的集中监控枢纽和实验数据的汇聚中心。本系统为装置及其运行的实验提供全生命周期的管理与支持服务，为装置提供数据采集、实验和安全监控、集中展示、数据存储、运行管理、数值仿真、数据共享、远程实验等服务。