中国空间站会搭载14个实验柜，张璐研究员说，可提供9个领域上千多项科学实验，这些柜子里做的会是诺奖级别的实验。
实验柜就是一个个金属箱，沿空间站舱壁安装一圈，昨天我们看了一些，有些光听名字就很厉害：
高精度时频实验柜（里面包括空间飞秒光梳、光钟真空单元、空间飞秒光梳）、变重力科学实验柜、超冷原子物理实验柜、燃烧科学实验柜 ......
其中一种【小型受控生命生态实验柜】，可以养鱼or小型哺乳动物（比如仓鼠），柜子里的辐射比外面还小，仓鼠可能比人类率先实现在太空中的繁衍。
韩培助理研究员说，“（仓鼠繁殖）实现的话，对研究长期太空生存很有帮助，宇宙里生命火种不灭，就很有科幻照进现实的感觉。”
#科幻作家走近中国空间站##未来局科幻工作坊##中科院公众科学日#
实验柜就是一个个金属箱，沿空间站舱壁安装一圈，昨天我们看了一些，有些光听名字就很厉害：
高精度时频实验柜（里面包括空间飞秒光梳、光钟真空单元、空间飞秒光梳）、变重力科学实验柜、超冷原子物理实验柜、燃烧科学实验柜 ......
其中一种【小型受控生命生态实验柜】，可以养鱼or小型哺乳动物（比如仓鼠），柜子里的辐射比外面还小，仓鼠可能比人类率先实现在太空中的繁衍。
韩培助理研究员说，“（仓鼠繁殖）实现的话，对研究长期太空生存很有帮助，宇宙里生命火种不灭，就很有科幻照进现实的感觉。”
#科幻作家走近中国空间站##未来局科幻工作坊##中科院公众科学日#
第四零一天，光真是让人感到不可思议。你可以扭曲它，也可以反射光。研究人员已经找到了一种方法来捕捉光，移动它，然后再释放。
这个令人难以置信的物理学壮举在约翰内斯·谷登堡-美因茨大学得到了证明并被发表在《物理评论快报》上。研究人员在量子存储器里捕捉光，这是一团超冷铷原子云，然后将量子存储器移动1.2毫米，释放出的光对其性能几乎没有影响。
“可以这么说，我们把光放在手提箱里储存起来，只是就我们而言，这个手提箱是由一团冷原子组成的。我们把这个手提箱移动一段很短的距离，然后再把光放出来。这不仅对于一般的物理来说很有趣，而且对于量子通信来说也是如此，因为光是不容易被’捕捉’的，而且如果你想以一种可控的方式将它运输到别处，最后都会丢失。”资深作家帕特里克·温德帕辛格教授在一份报告中说。
量子通信网络对计算机技术的未来至关重要，它利用自然界的量子特性来产生不可思议的计算能力。储存甚至移动光的能力是实现这一目标的关键。如果没有这个能力，是不可能扩大量子网络的规模的。
移动原子云是不容易的，如果不扰乱它们的话。如果你想让被困在它里面的光保持安全，你对它们施加的影响要非常小。为了解决这个问题，研究小组开发了一种“光传送带”。在不丢失或加热原子云的情况下，两个激光器被用来移动原子云。
商业量子计算机和网络中仍然有许多障碍存在，但在这项工作中克服了一些困难。量子系统很容易受到周围环境的干扰和噪声的影响，这就是为什么量子系统被维持在非常低的温度下，以便控制系统的特性。
由于多种因素，目前传输距离较短，但归根结底是因为光只能以这种方式储存在有限的时间内。与许多量子现象一样，当前的存储方法很容易被破坏。我们的目标是尽可能让光保持不变。所以尽管1.2毫米看起来很短，但对这个领域来说是一个巨大的进步。
电子云是物理学中原子结构-电子云模型所衍生的一个概念，意在以几率描述电子的方位，而非像先前的轨道模型来描述电子运动的轨迹。
电子在原子核外很小的空间内作高速运动，其运动规律跟一般物体不同，它没有明确的轨道。根据量子力学中的测不准原理，我们不可能同时准确地测定出电子在某一时刻所处的位置和运动速度，也不能描画出它的运动轨迹。因此，人们常用一种能够表示电子在一定时间内在核外空间各处出现机会的模型来描述电子在核外的运动。在这个模型中，某个点附近的密度表示电子在该处出现的机会的大小。密度大的地方，表明电子在核外空间单位体积内出现的机会多；反之，则表明电子出现的机会少。由于这个模型很像在原子核外有一层疏密不等的“云”，所以，人们形象地称之为“电子云”。
这个令人难以置信的物理学壮举在约翰内斯·谷登堡-美因茨大学得到了证明并被发表在《物理评论快报》上。研究人员在量子存储器里捕捉光，这是一团超冷铷原子云，然后将量子存储器移动1.2毫米，释放出的光对其性能几乎没有影响。
“可以这么说，我们把光放在手提箱里储存起来，只是就我们而言，这个手提箱是由一团冷原子组成的。我们把这个手提箱移动一段很短的距离，然后再把光放出来。这不仅对于一般的物理来说很有趣，而且对于量子通信来说也是如此，因为光是不容易被’捕捉’的，而且如果你想以一种可控的方式将它运输到别处，最后都会丢失。”资深作家帕特里克·温德帕辛格教授在一份报告中说。
量子通信网络对计算机技术的未来至关重要，它利用自然界的量子特性来产生不可思议的计算能力。储存甚至移动光的能力是实现这一目标的关键。如果没有这个能力，是不可能扩大量子网络的规模的。
移动原子云是不容易的，如果不扰乱它们的话。如果你想让被困在它里面的光保持安全，你对它们施加的影响要非常小。为了解决这个问题，研究小组开发了一种“光传送带”。在不丢失或加热原子云的情况下，两个激光器被用来移动原子云。
商业量子计算机和网络中仍然有许多障碍存在，但在这项工作中克服了一些困难。量子系统很容易受到周围环境的干扰和噪声的影响，这就是为什么量子系统被维持在非常低的温度下，以便控制系统的特性。
由于多种因素，目前传输距离较短，但归根结底是因为光只能以这种方式储存在有限的时间内。与许多量子现象一样，当前的存储方法很容易被破坏。我们的目标是尽可能让光保持不变。所以尽管1.2毫米看起来很短，但对这个领域来说是一个巨大的进步。
电子云是物理学中原子结构-电子云模型所衍生的一个概念，意在以几率描述电子的方位，而非像先前的轨道模型来描述电子运动的轨迹。
电子在原子核外很小的空间内作高速运动，其运动规律跟一般物体不同，它没有明确的轨道。根据量子力学中的测不准原理，我们不可能同时准确地测定出电子在某一时刻所处的位置和运动速度，也不能描画出它的运动轨迹。因此，人们常用一种能够表示电子在一定时间内在核外空间各处出现机会的模型来描述电子在核外的运动。在这个模型中，某个点附近的密度表示电子在该处出现的机会的大小。密度大的地方，表明电子在核外空间单位体积内出现的机会多；反之，则表明电子出现的机会少。由于这个模型很像在原子核外有一层疏密不等的“云”，所以，人们形象地称之为“电子云”。
【“天和”两大科学实验柜硬核在哪？】
高洁净、高真空、微重力……太空具备有利于开展科学实验的条件，一直让科学家向往。但过去多次空间任务中，特定、明确的科学实验需要的实验装置是“专人专用”的。这显然不能满足科学家的需要——他们想要满足不同学科、不同领域的通用“太空实验室”。
“太空实验室”主要靠科学实验柜实现，每个科学实验柜都相当于一个专业学科或研究领域的实验研究平台。日前成功发射的“天和”核心舱安排上了！舱内配置了无容器实验柜和高微重力实验柜等两个科学实验柜，均利用了空间中的微重力环境，通过创新设计，实现科学实验所需的条件。科学实验柜的总体任务由中科院空间应用工程与技术中心组织承担。
图：上图为无容器材料实验柜，下图为高微重力科学实验柜示意图。中科院空间应用工程与技术中心供图
△ 无容器实验柜：纯净“液滴”不是梦
“无容器”状态是材料科学家梦寐以求的一种实验条件。一幅直观形象的画面有利于理解它：熔融的金属或者非金属材料成为液滴，飘浮在空中。这时，“液滴”不会和容器壁接触而受到污染，“纯净”材料能在较低温度下不凝固，仍然保持液体状态。
中科院空间应用工程与技术中心无容器材料实验柜主任设计师张立宪介绍，“无容器”环境下，科学家有望实现对金属和非金属的“深过冷凝固过程与机理”研究、新型功能材料制备研究、高温熔体的热物性精确测量研究等。
据了解，地面上让“液滴”飘起来实现“无容器”，需要利用某种外力抵消“液滴”本身的重力，包括利用气浮力的气悬浮、声辐射压力的声悬浮、静电场库仑力的静电悬浮、电磁力的电磁悬浮等。“空间实现‘无容器’则难在浮得住、控得稳，就是能将样品稳定、精确地悬浮在实验位置，以获得稳定的样品状态。”张立宪介绍。
为此，来自中科院空间应用工程与技术中心的研究人员基于静电悬浮技术，为“天和”核心舱开发了一套全新的无容器材料实验柜。
张立宪表示，实际运行中，一个样品盒可以容纳29个样品。一次实验有以下几个步骤：完成真空或者氩气加压的实验环境准备；样品盒释放样品；位控系统捕获释放样品，对样品进行悬浮位置控制；激光器加热熔化样品，高熔点样品温度可以达到3000摄氏度以上；开展热物性参数测量；冷凝固样品；位置控制将悬浮样品移动到样品回收入口处，通过前后推杆将样品夹持住，再推送到样品盒内的样品存储位置。
“整个过程中不需要航天员进行直接操作，而是主要通过注入指令执行，地面工作人员可以实时监控实验开展。”张立宪介绍。
将来，航天员入驻后，将在无容器实验柜上进行方便的“傻瓜式”操作，即取出完成实验的样品盒、装上新样品盒。
△ 高微重力实验柜：双层“隔振”挑战极限
2013年，神舟十号飞船内，航天员向公众直播了微重力状态下的“真人秀”。指令长聂海胜盘起腿，玩起了“悬空打坐”。王亚平用手指轻轻一推，聂海胜摇摇晃晃向远处飘去。
对于科学实验而言，太空中的微重力环境能够提供地面上难以得到的极限条件，有望获得新发现。但像“天和”核心舱这样在轨道上运行的航天器，其微重力状态源于航天器受到的合力和航天器绕地球轨道飞行的向心力相等。
“这并不是一种绝对意义上的微重力。”中科院空间应用工程与技术中心高微重力科学实验柜主任设计师李宗峰介绍，“实际上，在轨运行的航天器不仅会受到地球的引力，也会受到太阳光压、大气阻力等多种摄动力的影响。航天器受到的合力不可能与轨道运动所需的向心力完美相等。”
因此，两者之间的差异意味着航天器上存在不同程度的“微重力水平”。一般而言，空间站的微重力水平大约在10-3g至10-5g。而在为“天和”核心舱研制的高微重力科学实验柜研制中，来自中科院空间应用工程与技术中心的研究人员将微重力水平提升了至少两个数量级，达到10-7g水平。他们怎么做到的？
“对于10-7g这种量级的高微重力水平，很多平常不起眼的因素都会造成破坏性影响。这些影响因素包括空间站整体环境、空间站舱内气流以及实验载荷本身的力学性质等。”李宗峰解释道。而消除这些影响因素的策略则可以被总结为“隔振”二字。
为此，研究人员设计了双层实验系统，还让它们分别“悬浮”起来，从而最大程度上消除振动，完成微重力水平的极限挑战。这一系统由外体和内体组成，科学载荷安装于内体上，外体隔离外部的各种扰动力。
其核心工作模式有两种。第一种为“柜内磁悬浮控制模式”，也被称为“单层主动隔振模式”。工作状态下，外体固定在实验柜中，内体通过主动隔振控制实现10-6g的微重力水平。“这一模式已在天舟一号上得到了验证。”李宗峰说。第二种为“柜外跟随控制模式”。工作状态下，内外体实验系统整体在核心舱的空间内飞行，内体不受控制力，外体用精心设计的控制回路对内体进行姿态、轨道跟随。这时，由于内体不受引力以外的力，就能够实现10-7g的高微重力水平。
据了解，这是国际上首次在空间站舱内采用双层悬浮的模式实现内体的高微重力水平，有望为高精度的科学实验提供更好的微重力环境。
李宗峰表示，目前计划开展基于冷原子干涉仪的“等效原理”检验技术试验，以期为甄别众多引力理论、寻找新物理提供证据。https://t.cn/A6cebypo
高洁净、高真空、微重力……太空具备有利于开展科学实验的条件，一直让科学家向往。但过去多次空间任务中，特定、明确的科学实验需要的实验装置是“专人专用”的。这显然不能满足科学家的需要——他们想要满足不同学科、不同领域的通用“太空实验室”。
“太空实验室”主要靠科学实验柜实现，每个科学实验柜都相当于一个专业学科或研究领域的实验研究平台。日前成功发射的“天和”核心舱安排上了！舱内配置了无容器实验柜和高微重力实验柜等两个科学实验柜，均利用了空间中的微重力环境，通过创新设计，实现科学实验所需的条件。科学实验柜的总体任务由中科院空间应用工程与技术中心组织承担。
图：上图为无容器材料实验柜，下图为高微重力科学实验柜示意图。中科院空间应用工程与技术中心供图
△ 无容器实验柜：纯净“液滴”不是梦
“无容器”状态是材料科学家梦寐以求的一种实验条件。一幅直观形象的画面有利于理解它：熔融的金属或者非金属材料成为液滴，飘浮在空中。这时，“液滴”不会和容器壁接触而受到污染，“纯净”材料能在较低温度下不凝固，仍然保持液体状态。
中科院空间应用工程与技术中心无容器材料实验柜主任设计师张立宪介绍，“无容器”环境下，科学家有望实现对金属和非金属的“深过冷凝固过程与机理”研究、新型功能材料制备研究、高温熔体的热物性精确测量研究等。
据了解，地面上让“液滴”飘起来实现“无容器”，需要利用某种外力抵消“液滴”本身的重力，包括利用气浮力的气悬浮、声辐射压力的声悬浮、静电场库仑力的静电悬浮、电磁力的电磁悬浮等。“空间实现‘无容器’则难在浮得住、控得稳，就是能将样品稳定、精确地悬浮在实验位置，以获得稳定的样品状态。”张立宪介绍。
为此，来自中科院空间应用工程与技术中心的研究人员基于静电悬浮技术，为“天和”核心舱开发了一套全新的无容器材料实验柜。
张立宪表示，实际运行中，一个样品盒可以容纳29个样品。一次实验有以下几个步骤：完成真空或者氩气加压的实验环境准备；样品盒释放样品；位控系统捕获释放样品，对样品进行悬浮位置控制；激光器加热熔化样品，高熔点样品温度可以达到3000摄氏度以上；开展热物性参数测量；冷凝固样品；位置控制将悬浮样品移动到样品回收入口处，通过前后推杆将样品夹持住，再推送到样品盒内的样品存储位置。
“整个过程中不需要航天员进行直接操作，而是主要通过注入指令执行，地面工作人员可以实时监控实验开展。”张立宪介绍。
将来，航天员入驻后，将在无容器实验柜上进行方便的“傻瓜式”操作，即取出完成实验的样品盒、装上新样品盒。
△ 高微重力实验柜：双层“隔振”挑战极限
2013年，神舟十号飞船内，航天员向公众直播了微重力状态下的“真人秀”。指令长聂海胜盘起腿，玩起了“悬空打坐”。王亚平用手指轻轻一推，聂海胜摇摇晃晃向远处飘去。
对于科学实验而言，太空中的微重力环境能够提供地面上难以得到的极限条件，有望获得新发现。但像“天和”核心舱这样在轨道上运行的航天器，其微重力状态源于航天器受到的合力和航天器绕地球轨道飞行的向心力相等。
“这并不是一种绝对意义上的微重力。”中科院空间应用工程与技术中心高微重力科学实验柜主任设计师李宗峰介绍，“实际上，在轨运行的航天器不仅会受到地球的引力，也会受到太阳光压、大气阻力等多种摄动力的影响。航天器受到的合力不可能与轨道运动所需的向心力完美相等。”
因此，两者之间的差异意味着航天器上存在不同程度的“微重力水平”。一般而言，空间站的微重力水平大约在10-3g至10-5g。而在为“天和”核心舱研制的高微重力科学实验柜研制中，来自中科院空间应用工程与技术中心的研究人员将微重力水平提升了至少两个数量级，达到10-7g水平。他们怎么做到的？
“对于10-7g这种量级的高微重力水平，很多平常不起眼的因素都会造成破坏性影响。这些影响因素包括空间站整体环境、空间站舱内气流以及实验载荷本身的力学性质等。”李宗峰解释道。而消除这些影响因素的策略则可以被总结为“隔振”二字。
为此，研究人员设计了双层实验系统，还让它们分别“悬浮”起来，从而最大程度上消除振动，完成微重力水平的极限挑战。这一系统由外体和内体组成，科学载荷安装于内体上，外体隔离外部的各种扰动力。
其核心工作模式有两种。第一种为“柜内磁悬浮控制模式”，也被称为“单层主动隔振模式”。工作状态下，外体固定在实验柜中，内体通过主动隔振控制实现10-6g的微重力水平。“这一模式已在天舟一号上得到了验证。”李宗峰说。第二种为“柜外跟随控制模式”。工作状态下，内外体实验系统整体在核心舱的空间内飞行，内体不受控制力，外体用精心设计的控制回路对内体进行姿态、轨道跟随。这时，由于内体不受引力以外的力，就能够实现10-7g的高微重力水平。
据了解，这是国际上首次在空间站舱内采用双层悬浮的模式实现内体的高微重力水平，有望为高精度的科学实验提供更好的微重力环境。
李宗峰表示，目前计划开展基于冷原子干涉仪的“等效原理”检验技术试验，以期为甄别众多引力理论、寻找新物理提供证据。https://t.cn/A6cebypo
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