圖①：系統級綜合輻照試驗艙。

圖②：空間環境地面模擬裝置園區。

圖③：300兆電子伏特質子重離子加速器。

以上圖片均為哈爾濱工業大學提供

　　地球上也能建空間站嗎？“地面空間站”和真實的宇宙空間有哪些區別？位於黑龍江哈爾濱新區的空間環境地面模擬裝置，為這些疑問提供了科學答案。

　　從支撐載人航天、深空探測等國家重大戰略任務，到服務醫療健康、農業育種、新材料、新能源等前沿領域研究，“地面空間站”應用廣泛、前景廣闊。讓我們一同走進這座大國重器，于一方天地，探宇宙奧秘。

　　——編  者

　　在黑龍江哈爾濱新區的科技創新城，有一片“潔白”分量頗重。這處佔地近50個足球場的白色建築群，是我國航天領域國家重大科技基礎設施——空間環境地面模擬裝置，它還有一個別稱：“地面空間站”。

　　該裝置由哈爾濱工業大學與中國航天科技集團聯合建設，歷時近20年攻關，2024年通過國家驗收。它能將真空、輻照、弱磁、等離子體等九大類宇宙極端環境“搬”來地球，為國家多項重大航天任務工程提供不可或缺的地面驗證。

　　裝  置

　　盡可能模擬真實宇宙空間

　　“國際上通用的地面模擬裝置大都基於單一因素，然而外太空的真實環境往往是各種因素的耦合。”走進裝置內部，哈爾濱工業大學空間環境與物質科學研究院院長李立毅介紹，“‘地面空間站’的建設目的，就是盡可能模擬宇宙空間的真實環境。”

　　裝置建設的關鍵突破，在於實現“多因素耦合”這一科學設想。它不再是多個單一環境實驗室的簡單集合，而是能在同一物理空間內，復現輻射與超低溫、多種輻射之間等複雜耦合的真實宇宙空間。

　　往裏走，有一座高約15米、形似“套娃”的建築，這就是空間磁環境科學裝置。

　　地球磁場無處不在，而外太空的磁場強度僅為地球的約百萬分之一。為了模擬這種極端環境，科研團隊用7層特種電磁屏蔽材料層層包裹，建造了一個“磁屏蔽泡泡”。這裡的靜態磁場被穩定抑制在極低水準，實現了接近絕對零磁的空間環境。

　　除空間磁環境科學裝置之外，綜合環境模擬分系統、離子加速器分系統都是其中的重要組成部分。

　　綜合環境模擬分系統設置有系統級綜合輻照試驗艙、月塵艙、火星塵艙、高速粉塵艙等巨型金屬裝置，可模擬真空、高低溫、帶電粒子輻射、電磁輻照、空間中性氣體、固體顆粒物等六大類太陽系典型空間綜合或極端環境與效應。離子加速器分系統可提供寬能量範圍的電子、質子和重離子束流，該分系統建設有多條實驗束線，可開展輻射場模擬、元素分析、輻照育種、器件輻照效應、細胞輻照效應、核物理、核探測器校準等研究。

　　微觀機理分析、空間生命科學、數值倣真與中央監控……“地面空間站”能夠開展不同類別的科學研究：能模擬速度為70公里/秒的太空粉塵撞擊，為航天器打造“鎧甲”；能在巨大的真空艙內，克服每平方米近10噸的大氣壓力差，將關鍵設備的位置精度控制在毫米級以內；還能構建帶電月塵環境，測試登月服材料的性能。

　　從論證到驗收，團隊突破了多源輻照等效模擬、粉塵極端環境模擬等15項關鍵技術，讓裝置成為多學科交叉創新的平臺，已推動2000餘款航天元器件研製，支撐10余個重大航天型號的考核鑒定工作。

　　應  用

　　服務重大戰略任務與前沿探索

　　裝置的價值在於應用。自投入運行以來，“地面空間站”憑藉強大的模擬能力，吸引了眾多國內外科學家，服務科技前沿探索。

　　“以前，我們只能通過幾十釐米的小裝置進行驗證，而這裡的裝置尺寸大幾十倍，我們能研究更複雜的物理過程。”2025年3月，中國科學技術大學陸全明教授團隊與哈爾濱工業大學合作，首次在實驗室實現了地球磁層頂位形磁場重聯過程的地面模擬和確認。

　　“在可控實驗室裏能‘再造’太空中的能量爆發節點，讓我們觀察到前所未有的細節。這些是傳統的小型實驗裝置、單一的衛星觀測難以完整揭示的新現象。”陸全明説。

　　華中科技大學王順教授團隊利用“地面空間站”零磁環境，對“天琴計劃”關鍵部件進行了高精度磁性測量，實現了對極弱磁信號的直接觀測，使得我國在極弱磁測量技術上取得重要進展。

　　“‘地面空間站’顯著降低了載荷研製風險與成本，縮短了驗證週期，支撐了航天技術快速迭代。”談及裝置帶來的變化，王順認為這類大科學裝置不僅提供了自主可控的地面驗證平臺，更使我國在前沿研究中搶佔先機，加速技術向工程的跨越。

　　近年來，隨著商業航天産業的迅速發展，裝置也變得更加繁忙。

　　“2023年，商業航天試驗任務只佔總任務的36%；2025年下半年，這一比例已經提高到了67%。”李立毅介紹，通過提高加速器的束流能量，並減少抽真空和轉接線的環節，裝置的試驗速度提升到每小時6個器件，支撐我國多個星座大部分衛星電子系統的地面考核與驗證，推動我國低軌星座的快速佈局。

　　“地面空間站”不僅面向國內，也積極對接國際同行，實現聯合攻關、數據互通、人才聯合培養等深度合作。例如，通過亞太空間合作組織正式發佈“全球開放計劃”，“地面空間站”已與8個國家、15家科研機構在多個重點領域推進高水準科研協同，用技術交流搭建跨國合作橋梁。

　　自驗收以來，圍繞載人航天、商業航天、深空探測、醫療健康、農業育種、新材料、新能源等重大戰略任務與前沿科學探索，“地面空間站”累計服務中國航天科技集團等200余家用戶單位、400余個用戶團隊，對外服務超6萬小時。

　　升  級

　　成為人類探秘宇宙的前哨

　　這座“地面空間站”，一直眺望著浩瀚的星辰大海。“接下來，‘地面空間站’建設將向更精、更廣、更深推進。”李立毅説。

　　在技術性能的精進化升級方面，“地面空間站”立足國家重大科技需求和戰略考量，聚焦航天、晶片、新材料等領域的需求，持續突破更高精度的環境模擬技術。例如，優化質子微束的能量控制精度，提升設備運行的穩定性和試驗數據的準確性，為解決“卡脖子”技術問題提供支撐。

　　在服務領域的廣度化拓展方面，“地面空間站”針對月球、火星等深空環境的模擬需求，開發專屬試驗模組；結合醫療領域的輻照治療研究，拓展生物輻照模擬功能。裝置將重點向深空探測、量子科技、新能源等戰略性新興産業和未來産業延伸，持續擴大服務半徑。

　　在合作層次的深度化推進方面，“地面空間站”在深空探測相關的材料抗輻照、航天器可靠性驗證等領域，能持續為各國科研團隊提供獨有的試驗條件。“我們將借助該裝置，加速推進‘全球開放計劃’實施，共同發起國際大科學計劃，聯合全球相關領域的頂尖大學和科研機構、頂尖科學家，開展前沿探索。”李立毅説。

　　未來，這座連接大地與星空的橋梁，將繼續為載人登月、火星採樣、太陽系邊際探測等提供堅實的地面支撐。這座“地面空間站”，不僅是中國的大國重器，也是人類探秘宇宙的前哨。