長征七號遙二運載火箭與天舟一號結合後，在海南文昌發射場一景。

♦文編／李中興

中國大陸首艘貨運飛船「天舟一號」發射成功。除了貨運，天舟一號還承擔著不少科學任務。根據「科普中國」的報導，其中一個項目，還引起了歐洲太空局的注意。

這個項目包括兩個部分，太空的蒸發與冷凝實驗，和兩相系統實驗平台關鍵技術研究，負責人是中國科學院力學研究所劉秋生研究員。參與研究的除了中國科學院力學所，還有大陸的中山大學、中國科學院太空應用中心和東南大學。

這是中國大陸首次太空冷凝與蒸發相變傳熱科學與熱控技術實驗研究，也是首次在一個太空實驗裝置中展開2種以上科學與技術實驗的多目標流體物理太空實驗。

實驗有兩個目的，在科學上，希望能夠探究太空蒸發與冷凝相變傳熱特殊規律；在技術上，希望驗證本次實驗中採用的太空兩相回路熱控與實驗流體管理等關鍵實驗技術。

天舟一號成功發射。

為什麽要研究太空的冷凝與蒸發？

蒸發與冷凝是自然界中普遍存在的現象，其相變傳熱過程也是物理學長期研究的經典問題。如水揮發（蒸發）與降雨（冷凝）是我們地球人類生存環境維持的基本保障，這個循環過程每時每刻都受到重力引起的自然（浮力）對流的極大影響。

在地球上，這樣的蒸發與對流對我們的生活產生了非常多的影響。例如，空調、熱管等熱設備都是利用相變傳熱原理設計的換熱器。

太空飛行器（如載人太空站、衛星）中所處的微重力環境，沒有自然對流，這將極大影響蒸發與冷凝相變過程，熱設備的工作環境也將與我們地球上完全不同。

那麽，地球上的空調和熱管等散熱器是否可以直接用到太空中？它們在太空還可以正常的工作嗎？如果不能照搬地球上的現有熱設備，那麽「太空空調、太空熱管」等太空熱設備應該怎樣設計或怎樣使用？才能更好用或更耐用？

隨著天舟一號與天宮二號對接，一大批太空實驗即將來襲。

所以這項研究對於太空站的建設、宇航員在太空的生活都有著重要意義。前期歐美的太空實驗已經初步發現，太空微重力環境中的一些熱設備工作環境惡化，導致換熱效率明顯降低、使用壽命不如地面預期等技術問題。

分析原因主要是太空與地面過程存在明顯不同。那麽太空蒸發與冷凝過程中發生了什麽變化？影響相變傳熱的熱交換系數有多大改變？是變高了還是低了？如果變低了，是哪些因素造成的？

要想科學準確的回答上述問題，需要利用太空微重力環境展開實驗，研究太空相變傳熱的特殊現象，認識其特殊規律，進而掌握克服太空相變傳熱不利影響的新方法和新技術，用於研制能很好適用於太空環境中的熱設備。

天舟一號將與天宮二號完成數次對接任務。

「天舟一號」上的實驗如何進行？

天舟一號發射後並沒有馬上就進行太空中的蒸發與冷凝實驗。首先，天舟一號貨運飛船要與天宮二號對接，在處於兩船對接的組合體段，與兩船分離後的自主飛行段，天舟一號將在這兩個階段20多天內進行在軌科學實驗，分別在軌展開蒸發液層、蒸發液滴和冷凝三種類型的科學研究、兩相流體控制技術驗證四個階段的太空實驗，實驗時間共計200多小時。

第一階段：處於組合體飛行段，實驗2天。相繼展開蒸發液層／滴實驗，冷凝，和兩相回路調試等共計10次實驗。

第二階段：處於組合體飛行段，實驗10天。計劃展開蒸發液層、蒸發液滴，冷凝實驗，和兩相回路調試共計45次實驗。

天舟一號的各項任務。

第三階段：處於自主飛行段，實驗5天。展開蒸發液層、蒸發液滴和冷凝實驗共計22次實驗.

第四階段：處於自主飛行段，實驗連續3天半。相繼展開蒸發液層、蒸發液滴、冷凝實驗和兩相回路技術驗證等共計16次實驗。

這是大陸首次實現對微重力蒸發與冷凝過程中多物理量場的實時觀測，可望獲得太空蒸發和冷凝液膜的時空演變規律、相變非平衡熱動力學特征等研究方面的新成果；預期能夠驗證多項太空在軌兩相流體管理與熱控等關鍵技術，為太空站兩相系統實驗櫃的工程研制奠定技術基礎；在此領域內率先獲得科學研究成果和實驗技術突破。

天舟一號貨運飛船的外貌。

為什麽這個項目能引起歐洲太空局注意？

在國際上，微重力流體物理的研究計劃已經排到了2020年。太空兩相流體與傳熱是國際太空站的科學研究熱點課題，歐美日等國的太空研究機構都有太空實驗計劃和在軌實驗裝置。

「天舟一號」本次組合式相變傳熱太空實驗方案由大陸科學家首次提出，並將在大陸首艘貨運飛船上實施，早於歐洲相關項目的實施時間。

歐洲科學家已經表示希望與大陸在該項目上展開科學合作，如與ARLES、CIMEX和SAFIR等ESA的科學結果進行比較。大陸該項目負責人—中科院力學研究所劉秋生研究員是國際天地兩相應用系統（ITT）先進研究聯合組織的中方科學成員和聯繫人，通過該項實驗研究，將提高大陸在微重力流體物理研究領域的國際影響和關注度。