去年年底，中国空间站正式在轨建造完成，中国载人航天进入到了应用与发展阶段，空间实验和试验成为载人航天工程最重要的任务。8月18日，中国载人航天工程办公室召开了载人航天工程空间应用与发展情况介绍会，集中介绍载人航天工程立项实施以来，特别是空间站建造期间，空间科学、空间应用、空间技术领域取得的进展成果，以及未来发展前景。太空实验室里究竟能做哪些科学探索?又跟我们有着怎样的关联呢?
水稻种子第一次在太空中发芽、抽穗、长出新的稻种，第一团火苗受控在中国空间站燃烧30秒，航天员在空间站里进行世界上首次太空中的冷原子干涉实验……中国空间站开建两年多，已经实施了110个空间科学研究与应用项目。
中国载人航天工程新闻发言人、办公室副主任林西强：“我们规划计划的空间应用项目正在持续滚动开展，其中有些项目已经取得了阶段性成果，正在开展成果应用和转化。有的项目正在轨开展实验和测试，有的项目将随后续的神舟飞船和天舟飞船上行。”
载人为建站，建站为应用。31年前开始的中国载人航天事业，一步步按照工程计划不断推进，顺利进入了空间站应用与发展阶段，各类实验和试验在航天员的工作中比重越来越大。那么，究竟有哪些实验和试验必须到天上去做?地面的科学家们又能怎么参与呢?
探究太空里的生命搏动
此前，航天员在“天宫课堂”上展示了在太空中观察到的心肌细胞活动的样子，细胞在太空里失去了重力的作用、接受比地面更多的宇宙辐射，会发生什么变化?其他生命体又会如何?中国国家太空实验室建成后，探索生命在太空里长期生存的表现就成了重要的内容。
余路阳是浙江大学生命科学学院教授，他和同事王金福教授负责的细胞研究项目就是专门研究空间微重力对人体干细胞分化成骨细胞的影响。
余路阳：“在地面我们可以模拟，但是达不到真正在太空中失重的状态，所以必须要到太空中真实的环境下。去年11月份我们搭载了天舟五号到太空中。”
早在天舟一号飞船升空时，就曾经把细胞带上过太空，但是当时除了固定摄像机拍摄下了一些细胞形态变化的画面，科学家无法得到更多的信息。但今年6月，随着神舟十五号飞行乘组的返回，科学家等来了从太空返回的细胞。
返回地面两个多月后，余路阳和同事们已经对这些细胞进行了初步的研究，印证了之前的一些发现，在太空中，原本应该分化成骨细胞的干细胞分化出现了异常。
科学家发现，这个过程与骨质疏松有些相似，这些基础领域的发现将为今后的太空生活和地面医疗提供有力帮助。
从神舟一号飞船升空开始，每一次载人航天发射几乎都安排了科学实验和试验。今天，中国空间站已经拥有了问天、梦天两个专门的实验舱，可以滚动开展上千项科学实验。但是，因为神舟飞船主要为航天员乘坐设计，每次有乘组返回地面只有一小部分实验的结果会一起被带回，每一个拿到返回地面船票的实验样品都意义重大。
中国载人航天工程空间应用系统副总指挥、中国科学院空间应用工程与技术中心副主任王强：“我们要从方方面面综合权衡来确定，到底要不要下行，包括返回的必要性、返回的科学意义。我们加强了战略研究和科研选题工作，围绕一个方向久久为功，才能够解决一些重大的科学问题。”
太空“炼丹”锻新材
一个个细长的陶瓷管整齐地挂在炉子里，在中国空间站梦天实验舱里有一个高温材料科学实验柜，里面的每一个管子都装有不同材料做成的料棒。在空间站里，它们会经历几十小时甚至上百小时的高温考验，锻炼成材。
中国科学院上海硅酸盐研究所研究员、空间站高温材料科学实验系统主任设计师刘学超：“这个就好比“炼丹”。我们可以炼不同种类的“丹”，现在选择材料的样品就是瞄准国家重大需求的。比如一些金属高温合金，一些先进的半导体材料，还包括一些新型的药物材料、生物材料、纳米材料、能源材料等。”
天地合作是空间站开展科学实验和试验的重要方式，航天员在太空开始一项实验后，地面科学家会在中国科学院空间应用中心的载荷运控大厅里通过实时画面或数据的传输，了解整个实验情况，并与航天员保持联系。
中国科学院上海硅酸盐研究所高级工程师、空间站高温材料科学实验系统副主任设计师潘秀红：“一旦开机，不管是测试也好，做实验也好，最少要20个小时。航天员即使不操作，但是要时刻待命，万一出现异常情况能够及时处理。”
上天后半年多的时间，高温材料实验柜已经完成一批次科学实验，并且有五份样品已经回到了地面。一块银灰色材料看起来其貌不扬，它却是第一批在空间站“炼丹炉”里接受高温考验、制备的材料——硒化铟半导体材料。
上海电机学院副教授林思琪：“硒化铟材料可以任意弯曲和折叠，表现出非常优异的柔性性能，适用于制作晶体管材料，可能会带来另外一场革命。”
今天，许多电子设备向可折叠、便携带方向发展，柔性半导体材料不仅是市场急需的原料，也是接下来科技发展重要的基础材料，硒化铟就是这样的材料。但是，在地面制备(这种材料)时，因为重力的作用材料容易出现各种缺陷。这一次在太空中做实验，明显不同。用高温炉在太空“炼丹”，并不是空间站建成后才开始的。
王强：“在天宫二号做的新型材料实验，在地面上直接转化到产业界，在系列性的智能产品里选用了我们这样的材料，直接给国民经济产生了服务效应。”
各项返回地面的实验样品不断服务着科技产业的发展，而另一些科学试验虽然没有样品返回地面，研究成果也同样重要。
向着更广更远的太空
去年12月，停靠在中国空间站后向对接口的天舟五号飞船，向外弹射了一颗方方正正的卫星，名叫“澳门学生科普卫星一号”。传统的卫星上天主要靠火箭，而这一颗卫星却是由天舟五号飞船带上天后，和空间站共同飞行一个多月才开始自己的太空之旅。
航天科技集团五院卫星应用技术人员洪元：“利用空间站来发射卫星，整个应用模式上会更加灵活，需求面可以更广。我们可以在空间站原有的轨道实施发射，也可以利用应急燃料择机变换到需要的轨道进行发射。”
要在太空中从空间站、货运飞船发射卫星，需要一个特殊的弹射机构——微纳星部署发射器。一方面要用不大不小刚刚好的力量把卫星按照预定的速度和方向推出去，另一方面还要保证处于休眠状态的卫星在太空里飞行一段时间后各项性能依然达标。
在太空里带上能随时发射的小卫星，就像是在出征远洋的大船上带上轻巧的冲锋艇，遇到紧急情况可以快速响应。
空间站是我们更好探索太空奥秘的第一站，而要探索更远的深空，还有一些准备也需要尽早开始。一台名叫斯特林热电转换试验装置的设备，名字虽然复杂，功能却很明了。
航天科技集团五院卫星应用技术人员闫春杰：“目前，空间用的比如太阳能电池依赖于太阳能，在将来深空探测，比如探测木星、火星，太阳能就远远不及了，斯特林热电转换是一种效率非常高的把热源转换成电能的转换方式，这个实验成功以后，就可以用斯特林热能转换成电能，进行空间的能源应用。”
在国际上，这个设备热能转化成电能的效率已经超过了20%，我国的设备在地面早已达到了这个标准。但是太空里各项环境条件不同的情况下究竟表现如何?2022年底，它在中国空间站梦天舱迎来了关键的在轨测试。
航天科技集团五院卫星应用技术人员张安：“最终效率达到了24.72%，整机运行输出参数优于地面，证明机器非常适合空间环境，也就非常适用于未来空间任务的需求。”
既着眼地面，又放眼未来，中国载人航天的科学应用与发展将在各个领域发挥越来越重要的作用。
节目里的这些实验只是中国空间站上千个滚动实验当中的一小部分。太空实验室的产生和发展，是科技的进步，也包含着我们对太空的不尽探索，而要用好它，就需要更多科学家的参与。今年夏天，中国载人航天工程办公室发布空间科学与应用项目征集，正在空间站执行任务的我国首位载荷专家桂海潮也发出了邀请，诚邀科技界同仁一起去“天宫”做实验。我们也期待有更多的中国科学家在中国人自己的太空之家里实现创意，获得更多造福人类的新发现。