【每日科普】你知道“太空小屋”里曾做过哪些有趣的实验吗？

据中国载人航天工程办公室消息，中国空间站“天宫课堂”将于近期择机开展第二次太空授课活动。每一次的“太空授课”，都少不了那些精彩的太空实验。

1894年，康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基描绘了一个环绕地球轨道的“太空小屋”，它实际上就是一座空间站，可以进行天文观测，还可以进行植物栽培。

▲【图】康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基和他的全金属飞船模型（来源：视觉中国）

如今，空间站对大众来说已经不是个陌生的概念了。在空间站中，在太空微重力条件下，物质运动的规律发生了很多变化，出现了在地面无法观测到的一些奇特现象。

神奇的“冷焰”

在国际空间站上有一个有趣的火焰熄灭实验。在不同的压力和气体环境中燃烧庚烷和甲醇液滴。在大量的液滴实验中，科学家观察到了令人意想不到的“冷焰”现象。在庚烷液滴燃烧后，明明已经看不到火焰，是所谓的“熄灭”状态，但是液滴却在连续、快速、几乎稳定地蒸发，表现出与有可见火焰时相同的状态，科学家将这个过程定义为“冷焰”。

普通可见火焰的燃烧温度一般在1226.85摄氏度到1726.85摄氏度，“冷焰”则是在226.85摄氏度到526.85摄氏度相对较低的温度下燃烧。而且，二者的化学反应完全不同，普通的火焰会产生烟尘、二氧化碳和水，而“冷焰”会产生一氧化碳和甲醛。“冷焰”在地球上也存在，但它们只是一闪而过，在空间站中“冷焰”则可以持续很长时间。“冷焰”的发现有助于提高燃油机的效率并减少污染排放，具有很大的应用潜力。

“长肉”的机器人

通常我们认为的机器人，是由一堆金属组成的。2015年4月，搭载人造肌肉材料的猎鹰9号火箭从美国佛罗里达州升空进入国际空间站，目的是在国际空间站中测试这种材料的抗辐射能力，未来它将被安装在机器人身上，使其能够在特殊环境中执行任务。这种人造肌肉是由电活性聚合物制成的材料，是一种新型智能高分子材料。在外加电场的作用下，当电荷逆转时，它会随着电流收缩、扩张、弯曲、束紧或膨胀，能够模拟人类的肌肉运动。

人造肌肉除了能够模拟人类的肌肉运动外还具有非常好的抗辐射特性，所以这种材料被安装到机器人身上，可以使其更好地完成太空探索的任务，也可以在核电站故障后执行救援和维修维护任务。这种人造肌肉能够承受的辐射极限和火星上的辐射相当，是人类所能承受辐射的20倍。同样，人造肌肉在零下271摄氏度的条件下也不会发生改变，在远高于水的沸点的135摄氏度的环境下也能很好地工作。

基于人造肌肉各方面的优越性，研究人员将人造肌肉送往太空进行测试，检验其是否能够适应太空和外星球表面的恶劣环境。

精准的太空钟表

在天宫二号空间实验室中，科学家实现了国际上最高精度的空间冷原子钟，日稳定度达7.2×10-16秒，可以近似描述为3000万年误差小于1秒。在地面上，由于受到重力的作用，经激光冷却和俘获后的超冷原子团始终处于变速状态，宏观上只能做类似喷泉的运动或者是抛物线运动，这使得基于原子量子态精密测量的原子钟在时间和空间两个维度受到一定的限制。在空间微重力环境下，原子团可以做超慢速、匀速直线运动，基于对这种运动的精细测量可以获得较地面上更加精密的原子谱线信息，从而可以获得更高精度的原子钟信号。因此空间冷原子钟成为重要的高精度时间频率系统。

由于空间冷原子钟可以在太空中对其他卫星上的星载原子钟进行无干扰的时间信号传递和校准，避免了大气和电离层多变状态的影响，因此可以为全球卫星导航系统提供授时服务，具有更加精确和稳定的运行能力；同时，可以支持开展广义相对论验证、基本物理常数测量、地球重力位测量等重大科学研究与应用研究。