张伟：太空实验“飞天”之前

2018年，太空中，一颗小小的种字在天宫二号实验室培养箱中沉睡。地球上，守在大屏幕前面的所有科研人员一直都在密切关注它的生长情况。相关科研工作者经过地面遥控技术对种子进行浇水、温度控制等悉心的照料，第一次在太空中顺利完成了从种子到种子生长的过程。这小小的种子随后被带回地球进行研究，它的生长对7人类来说，可能是未来人类移民其他星球必需的一项技术。

这项实验是张伟与团队遴选的诸多太空实验项目中的一个。作为载人航天发展战略研究工作的主要负责人，张伟肩负着太空实验项目遴选的重要责任。他说道：“未来空间站的建成将会支持开展更多的项目。每一项实验都孕育着重大科学发现和技术突破。”

张伟

中国科学院空间应用工程与技术中心战略规划研究室主任、研究员.曾在北京理工大学信息与电子学院任教8年。在英国伯明翰大学访问研究1年。近年来主要从事载人航天发展战略研究和空间科学与应用任务论证工作。参与我国空间科学发展战略研究、空间开发战略研究、航天强国战略研究和载人航天中长期发展规划的制定等。完成的咨询报告多次上报国务院;组织开展我国载人空间站空间应用任务论证。近年来.面向公众和大、中、小学生做科普讲座100余场。共发表学术论文40余篇.获国防科技进步奖1项。

科学家将“变身”航天员

2016年3月，天宫一号目标飞行器终止了数据服务，同年9月份，天宫二号空间实验室发射升空并成功释放了伴随卫星。它是中国第一个真正意义上的空间实验室，将用于进一步验证空间交会对接技术并进行一系列空间科学实验。在天宫二号发射升空当天，中国科学院空间应用工程与技术中心战略规划室主任张伟坐在直播室中，为大家解析天宫二号承载的实验任务。

近期，张伟愿意出现在大众视线中，讲述与太空有关的科普知识，他从最初演讲时候的严肃紧张，逐渐变得灵活而流畅。他的演讲力图满足人们对于太空讯息的渴望，也让看似遥远的太空变得可知可感。

天宫二号的14项研究项目是经过国内近百位专家充分研讨和论证，面向国际前沿和战略高技术方向的，优中选优实验项目。

张伟透露，目前在天宫二号正在操作的14个项目中，有一些已经完成。航天员已经把生命和材料的样品带回地球，科学家进行了深入研究，比如拟南芥植物样品和材料样品等，并且取得了很多重要的研究成果。这次实验研究还发现在太空生长的水稻吐水问题变得严重，而且拟南芥和水稻等植物生长的周期变长，与此同时，冷原子钟的相关研究成果发布在《naturecommunications》也同样得到了国际同行的高度认可。太空中的实验操作十分困难，不仅仅面临着失重问题，周遭的辐射等环境也十分恶劣。这就需要有关专家在实验装置的研究以及实验样品的选择上进行全方位的考虑，这也成为张伟工作的难点之一。他列举了一些太空中的环境情况。比如，在太空中存在银河宇宙线辐射，这些来自银河系的高能粒子可以穿透舱壁，对实验装置造成一定程度的损伤;在一些辐射环境比较恶劣的情况下，集成电路（IC）常常会受到干扰，宇宙中单个高能粒子射入半导体器件灵敏区，使器件逻辑状态翻转：原来存储的“0”变为“1”，或者“1”变为“0”，从而导致系统功能紊乱，严重时会发生灾难性事故。这也就是很多人所熟知的“单粒子事件”。除此之外，太空温差大，需要相应的加温、散热等热控制装置的配合，以及防振动装置等。

“天宫二号有两大目的，一是开展多项科学实验，覆盖生命、材料、流体、基础物理等多个领域，期待产出高质量科学成果。第二是为未来空间站关键技术的应用做铺垫。天宫二号其实相当于—个小型空间站，也就是未来空间站的雏形。”张伟补充道，“目前预计在2021年初发射核心舱，2022、2023年分别打实验舱Ⅰ和实验舱Ⅱ，在軌完成对接后形成‘T’字形空间站，组建成为真正的大型空间站。相比天宫二号的14项实验任务，未来的空间站承担的任务要多得多，预计最终将达数百项，未来的空间站要开展大量的科学研究，也期待有更多的一流科学家参加进来。”

2011年到2013年，张伟与团队组织国内60多位院士，数百位专家开展了载人空间站科学与应用任务的论证工作，面向全国征集了500多个项目，后经过专家评审，遴选出60余项科学意义重大、预期成果突出的第—批科学与应用项目，期待在轨实施。目前，空间站马上就要进行第二轮的项目征集，“大规模空间站未来开展的研究项目，关键是需要提出一些不同于国外项目的、有特色的研究。”

今年，第三批航天员的初选工作正在进行，在这批航天员中将加入科学家航天员，又称载荷专家。他们是一批非职业航天员，有一个其同的身份就是科研学者。他们有一定的学科背景、工作经验，经过多重的心理测试、身体检查以及专业的操作培训等，最终会跟随航天员—起，亲自在空间站操作生命、材料等实验。

“希望在空间站，我国能有科学家航天员到太空中，这是一件非常有意义的事情，我们已经投入大半年的时间一直在筹备这件事情。目前，初选工作已经结束，未来将有多名身体素质好、心理素质过硬、学科背景良好的科学家航天员参与到太空实验中。”张伟自豪地说。

接触太空之前的多重ID

在各类科研项目中遴选出最有意义的项目并不是一件容易的事情，张伟的工作十分繁复。他忙碌的一天通常开始于早上七点半，每天的行程都不统一，不是奔走于各大研究所的科研大楼之中，就是在研讨会上，其中还包括不定期的面向公众的各类科普讲座。接受采访当天，他终于可以坐在自己的办公室，与我们讲述他与太空千丝万缕的联系。他的语言十分朴实，但每一句话语中都透露出他对这份事业的尊重与自豪。张伟并没有预想到自己的未来会从事与太空相关的职业，但他在理工方面的强项的确是很早就已经显现。张伟高中时期就对物理感兴趣，而后进入太原理工大学自动化专业，这是一门工业应用十分广泛的学科，那时的他，理想是成为一位工程师。而后，在1997年，他顺利进入北京理工大学就读研究生，在大家都称考研是一条艰苦之路的时候，张伟却觉得没那么费力：

“当年的研究生考试只有5%的录取率，的确不简单。但我记得，当时的高等数学的复习我就是通学了两遍课本，并没有怎么做题，因此感觉没那么费力。”凭借优异的表现，他提前攻博并成为飞行器制导专家祁载康老师的优秀门生。

“祁载康老师现在已经82岁了，但他依然每天去学校上班，十分热爱他的工作，而且他的很多习惯让我非常敬佩。比如，坚持每天跑步5公里，每天早上坚持学习半小时英语，晚上看英语节目。最有印象的是，老师看英文报纸和杂志从来没有英语生词。”这位老师深深影响了张伟的学习观念，“我从导师身上学到了发现问题、分析问题、解决问题的方法。我感覺，知识是有限的，能找到解决问题的方法才是最关键的。”后来，张伟在信息与电子学院任教8年的时间中，一边学习新知识充实自己，一边做好教学工作。在校期间，他与各大研究所的交流十分密切。为了进一步提升自己，他争取了出国访问学习的机会，选择了英国伯明翰大学，做雷达系统方向的研究，主要是为捷豹路虎公司做汽车电子中GPS、惯导、雷达等信息融合方面的研究。

“我在国外交流的时候，为实验室开辟一个新的研究方向。当时，每周部需要向合作导师汇报研究进展，每周部有新进展。我发现他们对待研究十分认真，在实验的各个方面都做得相当通透，而且是不紧不慢的把事情做深入、做细致。”

2012年，张伟回国后，他的的身份从一名高校教师做了转折，并且打开了他的“太空之门”。张伟说道：“我刚刚来研究所的时候，当时载人航天工程的科学与应用项目还很少，在接触了中科院空间应用中心后，我发现这是一个正在蓬勃发展中的工程。最重要的是，这是真正为国家做事睛，我非常有自豪感。”

载人航天工程原来有7大系统，到空间站阶段增加为14大系统。张伟所在的空间应用系统主要负责航天器里面开展的实验，涉及规划、设计、集成、运行、数据等。起初，在航天控制指挥中心，张伟参与了天宫一号在轨运行的值班工作，检测、预测在轨实验状态，了解实验的多重指标等工作。随后，在天宫二号研制期间，他开始尝试做一些实验测试。“我一直在接触新的东西，始终觉得自己学的不够，只能继续学习，继续做。”张伟谦虚地说。随后，他开始重点承担载人航天的发展战略研究和空间站科学应用任务的论证工作。张伟参与撰写的空间科学发展战略研究报告，曾提出了“我国空间科学、空间技术、空间应用协调发展”的建议，这与全国科技创新大会上提出的“空间科学、空间技术、空间应用全面协调发展”不谋而合。

“俄罗斯和平号空间站在轨15年，做了1700多项研究，16500次实验。国际空间站也从2001年开始正式运行，至今已经做了2000多项研究，取得了大量的科技成果并获得应用。中国将是第三个发射空间站的国家，我们在稳扎稳打地向这个目标迈进。”张伟如是说。

谈到航天事业、工作进展，张伟一直是滔滔不绝地表达，几个小时的采访时间过去，他马上又要赶到另一个会议现场。一个人的时间和精力毕竟有限，张伟说：“工作挺多，始终都是绷得很紧的状态，连花费—个小时锻炼身体的时间我都觉得很奢侈。”目前，他只想做一件事情，就是将自己全身心地投入到目前的工作中。

张伟说

Q：《北京青年》周刊

A：张伟

Q您曾提到的很多实验都是用植物、小动物或者微生物进行，目前哺乳类动物有计划列入实验名单吗？

A现在碰到的一个问题就是，我们想在太空做小鼠的研究实验，但是空间站上研制这样的实验装置还有很多难点。首先，在微重力条件下，所有的小鼠是飘在空中的。我们需要设法喂养它，给予食物和水。其次，它排出的粪便尿液以及有味道的气体，这些都需要不断进行处理，以免污染空间站环境，对航天员安全造成威胁。这部是我们面临的—些困难。所以，目前来讲，哺乳动物还是很少用于太空实验研究的。

Q除了提到的第二批实验项目的遴选工作在即之外，目前还有哪些论证正在进行中？

A近期，我们还在开展“载人月球探测的科学与应用任务论证”，同时也在为未来实施载人登月做关键技术研究，我们要论证提出在月球做哪些有价值的研究，希望能取得一些具有国际影响的研究成果。

Q这个最新的论证工作与天宫二号及空间站的论证有何不同？

A主要是环境不同、研究的目标也不一样。我们的航天员这次需要登陆到月球上做实验。面临的困难完全不同，比如月尘对设备和人体都有影响，月球上的辐射比地面强的多，而且月面高低温差异很大，夜间最低温度是零下160度，白天最高温度是150度，这都会对航天员和设备造成影响。研究目标与空间站有很大不同，希望能通过对月球地质及环境等方面的研究来加深对太阳系起源和演化的理解。

Q这个论证经过了多久的准备时间？

A我们在2011年就曾经组织过相关论证，提出了载人月球探测的科学与应用系统方案。在2015年又做了第二次深化论证，又进行了科学目标等更新。现在是载人月球探测关键技术攻关和方案深化论证。反复的论证部是希望可以提出更有价值的、更有意义的研究任务。

Q目前，大家对于太空研究以及月球探测等航天事业的进展都十分有兴趣，同时也渴望有专家学者来给大家讲述，您也在参加这些科普活动吗？

A是的，除了之前参与过的很多直播活动，也经常面向学生做一些科普讲座。最近一次，我是在今日头条的海绵演讲平台上给大家讲述“太空垃圾”，为了达到最好的效果，反复修改演讲稿件，最后有一位听众还把我修改的密密麻麻的演讲稿收藏了。

Q您的日程已经排得很满了，还要挤出时间来参与这些辩普活动，会有压力吗？

A我个人没有觉得这是一种压力，关键是想满足大家对于航天领域了解的需求。相比公众，我更愿意给中小学生做讲座，他们是国家的未来，激发他们对科学的兴趣，我们的科技事业将后继有人。一旦未来科技事业没人来做，我们的国家就没有发展的后劲。所以，我希望他们对于科技的兴趣从小就可以培养起来。对公众的演讲来说，是他们对航天领域感兴趣，我希望他们能够对航天事业甚至是科技事业有更多的理解和支持。