面对重大仪器设备难以搭载升空、科研人员受限无法进驻空间站开展实验等现实困境，能否在地球上建设模拟月球、火星等真实宇宙空间的基础科学研究平台？如今，哈尔滨工业大学已成功给出解决方案。
2024年2月27日，在哈尔滨新区科技创新城，哈工大联合中国航天科技集团建设的我国航天领域首个国家重大科技基础设施“空间环境地面模拟装置”（也被称为“地面空间站”）正式通过国家验收。该装置可综合模拟九大类空间环境因素，是目前世界上模拟环境因素最多、规模最大、功能最齐全的综合性空间环境效应研究平台，项目总体建设指标处于国际先进水平，部分关键技术指标处于国际领先水平，为我国空间科学和航天技术的发展提供强大支撑。
“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说，“这个研究平台可以为全国、全世界的科学家提供前沿的科研环境和条件，围绕相关领域开展更多探索研究。”
空间环境地面模拟装置园区
如今，“地面空间站”正成长为一片孕育创新、科技、人才和活力的沃土，一系列从“0”到“1”的原创性引领性科学成果从这里产出，有力支撑哈尔滨成为中国航天科技研发、人才培养和成果转化的重要基地。
硬核设备打造科研“全能实验室”
走进哈尔滨新区科技创新城装置现场，在50个足球场大的建设园区，分布着“一大三小”4栋实验楼，“一大”即空间综合环境实验楼、“三小”即空间磁环境科学实验楼、空间等离子体科学实验楼和动物培养室。
走进空间综合环境实验楼，系统级综合辐照试验舱、月尘舱、火星尘舱、高速粉尘舱等庞然大物巍然耸立。空间综合环境模拟与研究系统由综合环境模拟、离子加速器、器件辐照、微观机理分析、空间生命科学5个分系统组成，能够模拟太阳系典型空间环境因素。
系统级综合辐照试验舱
大型月球多因素极端环境模拟器——月尘舱
直流引射式低气压风洞——火星尘舱
走进空间磁环境科学实验楼，空间磁环境模拟与研究系统实现了接近零磁的空间环境，为航天器发射前的磁特性测试提供了地面实验条件。
在空间等离子体科学实验楼，两个直径5米、相当于3层楼高的大型真空模拟舱映入眼帘。它们可分别模拟研究距离地表20公里以外到太阳之间的近地和临近空间环境，在国际上首次实现三维地球磁层空间等离子体环境模拟。
从2005年开始组建团队进行调研分析，到2015年通过国家发展改革委立项审批；从2017年开工建设，到2023年通过工艺系统专项验收，再到2024年正式通过国家验收开始运行……团队也从筹建之初的十几人增加到百余人，覆盖物理、材料、机电、电气、化工、航天、生命等多个学科。
“李立毅经常说，没有情怀干不了大科学，我们必须扎根东北、艰苦奋斗，才能对得起国家和学校的信任。”2015年加入建设团队的院长助理、空间生命科学分系统主任设计师李亮说，从科研到工程再到管理，他全流程跨领域参与了装置的建设。“要在一流的平台上做出一流的成果，为国家交上卓越的哈工大答卷。”
“家门口”模拟9大类空间环境因素
据了解，“地面空间站”由空间综合环境模拟、空间磁环境模拟、空间等离子体环境模拟等8大系统构成，可以模拟真空、高低温、粒子辐照、电磁辐射、磁场、中性气体等离子体、碎片粉尘、微重力等9大类太阳系常见的空间环境因素和效应。
装置聚焦航天领域重大基础性科学问题，为我国航天器在轨安全服役以及宇航员长期太空驻留等提供世界领先的研究平台，服务我国载人航天、空间站建设、深空探测和商业航天发展……
有了“地面空间站”，过去需要抵达太空才能做的实验，科学家们在“家门口”就可以完成。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℃至零下130℃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。
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，我们有一些急需的重要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作用。”
在这个材料、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。
此外，从大科学设施产出的科学成果也源源不断。2025年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，研究成果问鼎国际学术权威期刊《科学》……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。
协同创新尖端技术突破不再遥不可及
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厘米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。”陆全明感慨地说。
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实现了首次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。”
目前，空间环境地面模拟装置已促成哈工大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了条件。
开放共享编织全球合作网络
谢尔盖·阿帕腾科夫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。”
现在，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同行们，在这里，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。
李双余 刘培香 马国亮 哈尔滨日报记者 纪天伟
编辑 王剑青
