地球上に「宇宙ステーション」を建設する：我が国の航空宇宙分野における最初の大規模科学施設を見学

中国の宇宙ステーションは地球から400キロメートル以上の高度の軌道を周回しており、中国の宇宙産業における重要なマイルストーンの一つとなっている。

祖国の北東の隅々まで目を向けると、「地上宇宙ステーション」と呼ばれる宇宙環境の地上シミュレーション装置がつい最近正式に完成し、試運転段階に入った。多くの指標が世界トップレベルに達しています。

「地上宇宙ステーション」は我が国の航空宇宙分野における初の大型科学施設であり、最も多くの環境要因を統合し、マルチスケールおよびクロススケールの環境影響研究を実現できる世界初の総合研究施設です。それは、我が国の航空宇宙産業と人類の宇宙探査の発展に知恵と力をもたらすでしょう。

夢が実現：地球上に「宇宙ステーション」を建設

宇宙環境は過酷かつ複雑です。宇宙船の信頼性が試されるだけでなく、宇宙飛行士の健康と安全も問われます。宇宙探査能力をいかに高めるかは、早急に解決しなければならない難しい問題です。

「より遠くまで飛び、より長く滞在し、より慎重に探査したいのであれば、宇宙環境をより深く理解する必要がある。」ハルビン工業大学宇宙環境・材料科学研究所所長で宇宙環境地上模擬装置の副司令官を務める李立毅氏は、「地上型宇宙ステーション」は実際の宇宙環境に近い基礎科学研究プラットフォームを地球上に構築するもので、地球上に「宇宙ステーション」を建設することに相当すると語った。

「地上宇宙ステーション」は黒龍江省ハルビン新区科学技術イノベーション城に位置し、ハルビン工業大学と中国航天科学技術集団によって建設されている。建設公園内には、大型の実験棟が 1 つ、小型の実験棟が 3 つ、合わせて 4 つの実験棟があります。 「大」は宇宙総合環境実験棟、「三小」は宇宙プラズマ科学実験棟、宇宙磁気環境科学実験棟、動物培養室です。

ハルビン工業大学の宇宙環境地上シミュレーション装置の研究者らが宇宙生命科学サブシステムのデバッグを行っている（4月6日撮影）。写真提供：新華社記者 王松

設計計画によると、「地上宇宙ステーション」は、真空、高温・低温、荷電粒子、電磁放射線、宇宙塵、プラズマ、弱磁場、中性ガス、微小重力など、9つの主要な宇宙環境要因をシミュレートし、宇宙環境が材料、装置、システム、生命体に及ぼす影響とメカニズムを説明できるという。

「地上宇宙ステーション」は、実験機器や設備を宇宙に移送する場合と比べて、コストを節約し、安全上の危険を軽減できるだけでなく、科学的問題や工学上のニーズに応じて具体的な環境要因を設定し、時間と空間の制約を受けずに繰り返し検証を実施できるため、より安全で便利な実験条件と科学研究方法を生み出すことができます。

円形のアーチがゆっくりと動くと、月の塵のキャビンが見えてきました。これは「模擬月面」実験キャビンです。人が一人分以上も背丈がある空間に、1メートル四方の台が銀色に輝き、その上に吊るされたサーチライトや放射線源はそれぞれ異なる形状をしている。

チームメンバーの孫成岳氏は、月面ダストカプセルは、多源照射充電装置の統合、微細ダストの均一散乱、強静電環境の光学的な現場オンライン検出など、多くの重要な技術を習得したと述べた。これは、我が国の月面探査、月面基地建設、有人宇宙飛行などの主要な航空宇宙プロジェクトのための科学研究プラットフォームを提供します。

これはハルビン工業大学の地上宇宙環境シミュレーション装置「月ダストチャンバー」（4月6日撮影）。写真提供：新華社記者 王松

「将来的には、宇宙に到達することを必要とする多くの実験を地上で完了できるようになります。」ハルビン工業大学宇宙環境・材料科学研究所副所長のヤン・ジホン氏は、これは科学者が夢見ていることだと語った。

困難な問題に取り組む：「コールドベンチ」を温める

李立毅氏は「地上宇宙ステーション」の起源について、宇宙環境が航空宇宙の故障の頻繁化につながり、それが宇宙船の長寿命と高信頼性の運用を制限する鍵となっていると述べた。

ハルビン工業大学は、2005年に早くも中国航天科技集団と共同でチームを結成し、宇宙環境と物質の相互作用に関する基礎科学的問題の研究プラットフォームの条件について調査・分析を開始しました。

「科学技術研究は最も差し迫った問題に狙いを定めています。」ハルビン工業大学宇宙環境・材料科学研究所のE Peng副所長は、大型科学施設の建設は多くの基礎最先端研究や戦略的なハイテク研究において重要な支援的役割を果たしていると述べた。

ハルビン工業大学の宇宙環境地上シミュレーション装置の粒子加速システムです（4月6日撮影）。写真提供：新華社記者 王松

関連分野およ​​び関連部門の科学者による度重なる実証と慎重な判断を経て、「宇宙環境地上シミュレーション装置」プロジェクトは2015年9月に承認されました。

2017年1月に実現可能性調査が承認され、同年7月に装置の予備設計が承認され、年末に建設が開始されました。

2019年9月、ハルビン工業大学宇宙環境・材料科学研究所が設立されました。チームは設立当初の数名から、物理学、材料、電気機械、電気工学、化学工学、航空宇宙、生命科学など複数の分野をカバーする 100 名を超える規模に成長しました。

2023年2月、ハルビン工業大学の宇宙環境と物質相互作用フロンティア科学センターの建設が承認されました...

他の科学研究プロジェクトやインフラストラクチャとは異なり、大規模な科学施設は科学プロジェクトであると同時に工学プロジェクトでもあり、科学研究と工学建設という二重の特徴を備えています。技術的に難しく、サイクルが長く、リスクが高く、活用できる経験はほとんどありません。

「地上宇宙ステーション」の重要な部分として、ゼロ磁気宇宙環境の目標は、外部環境の磁場干渉を遮断するほぼゼロの磁気空間を構築することです。 90年代以降のチームのメンバーである孫志銀さんは、博士課程在学中に指導教官の指導の下、「入れ子人形」型の磁気シールド設計を革新的に提案しました。

ハルビン工業大学の宇宙環境地上シミュレーション装置の研究者らが宇宙磁気環境シミュレーション研究システムを実演している（4月6日撮影）。写真提供：新華社記者 王松

「地上宇宙ステーション」イオン加速システムの主任設計者、劉建立氏は、多数の機器に成熟した製品がなかったため、チームはゼロから始める必要があったと振り返った。設計、処理、設置、試運転、データ分析...すべてのリンクに「120%のエネルギー」を投入する必要があります。

「科学研究の『国家チーム』として、自分に何ができるか、何ができるかを考えるだけでなく、何をすべきか、何をする必要があるかを考える」 「石を触りながら川を渡り、石があるところならどこでも石を動かす」...チームのメンバーは、大規模な科学施設には通常300人から400人のチームが必要だが、「地上宇宙ステーション」は100人程度で完成できると認めた。週末や休日も休まず、1日10時間以上働くのが普通です。多くの場合、「1 人で 2 人分の仕事をこなす」ことになります。

「なぜ『地上宇宙ステーション』が可能なのでしょうか？その鍵は、独自のイノベーションと『鋼鉄の歯で固い骨に噛みつく』という決意にあります。」ハルビン工業大学学長で地上宇宙環境シミュレーション装置の主任設計者でもある韓潔才氏は、同学は多くの協力組織と協力して重要な問題に継続的に取り組んでおり、建設の全過程を通じて常に科学研究の探究が行われ、同期した進歩を実現していると語った。

展望：科学技術交流と協力の新たな章を開く

夏のハルビンは緑が豊かです。華中科技大学物理学部重力センターの95年博士課程学生、于元洋さんがゼロ磁気装置の前に座り、コンピューター画面上の実験データを注意深く観察している。彼はここで1か月間、重力波検出に関する実験を行う予定です。

「当社が使用する主要コンポーネントの磁性は非常に弱く、特定のゼロ磁性環境でのみ、より正確な測定結果を得ることができます。」于元陽氏は、「地上宇宙ステーション」は国家の武器であり、科学研究のツールであり、大量の科学研究成果の産出を促進するのに役立つと述べた。

現在、国内外の科学者らは科学実験を行うために「地上宇宙ステーション」に入る申請を競っている。 30 を超える国と地域にまたがる 110 を超える機関がユーザー契約に署名しています。

大規模な科学施設は、未知の世界を探検したいという人類の美しい願いを担い、また若い科学技術者のグループを惹きつけています。彼らは多くの大学や研究機関から来ており、自らの成長と発展を国家の発展のニーズとより密接に統合していくでしょう。

1980年代生まれの聶秋月さんは、今年、ハルビン工業大学で教鞭をとって10年目を迎えます。 2014年、清華大学のポスドク研究室を離れた後、彼女は宇宙プラズマ環境シミュレーションと研究システムの開発に参加するために北へ行くことを決意しました。

ハルビン工業大学の宇宙環境地上模擬装置の宇宙プラズマ環境模擬研究システムです（4月6日撮影）。写真提供：新華社記者 王松

「大規模な科学施設は、科学技術競争の頂点を極めるための新たなアイデアの源泉となるだろう。」南部の大学からハルビン工業大学に移った金成剛氏は、航空宇宙電子部品の検査から重力波の検出、農業育種から生命科学の実験まで、ますます多くの科学研究がここで行われ、ますます多くのハイレベルの科学研究人材がここに集まるだろうと語った。

現在、「地上宇宙ステーション」建設の波及効果はすでに現れており、国内外で80件以上の発明特許を取得している。脳科学、生命と健康、ハイエンド機器、放射線育種などの分野で重要な役割を果たすでしょう。

ハルビン工業大学の宇宙環境地上シミュレーション装置の火星ダストチャンバーです（4月6日撮影）。写真提供：新華社記者 王松

業界関係者は、新たな科学技術革命と産業変革の推進力により、「地上宇宙ステーション」は航空宇宙製品の統合設計、モジュール製造、宇宙環境への適応性におけるボトルネックの問題を解決し、衛星製造、電子情報、人工知能、新素材、バイオメディカルなどの新興産業の発展を促進すると期待されていると認めている。

イノベーションに終わりはなく、イノベーションを追求することは未来を追求することです。ハルビン工業大学党委員会書記の熊思浩氏は、同大学は「地上宇宙ステーション」を先進技術の研究・工学応用プラットフォームに構築し、科学技術強国の建設と未知の謎の探究にさらに貢献できるよう努力していくと述べた。

記者：楊思奇

ビデオレポーター: Yang Siqi、Wang Dayu

ポスターデザイン: チャン・チンタン

編集者: Li Huan、Hao Jing、Li An、Wu Jinfu、Cheng Hao

コーディネーター: Wang Jie、Fang Sixian