中国空间站科学研究与应用进展报告

目 录 概述… ………………………………………………………………………………………2空间生命科学与人体研究领域… …………………………………………………………4…2.1 空间生命科学与生物技术……………………………………………………………4…2.2 太空人体研究………………………………………………………………………22微重力物理科学领域… …………………………………………………………………36…3.1 空间材料科学………………………………………………………………………36…3.2 微重力流体与热物理………………………………………………………………50…3.3 微重力燃烧科学……………………………………………………………………58空间新技术与应用领域… ………………………………………………………………66科普文化… ………………………………………………………………………………82未来展望… ………………………………………………………………………………88123456 概 述 习近平总书记指出：“建造空间站、建成国家太空实验室，是实现我国载人航天工程‘三步走’战略的重要目标，是建设科技强国、航天强国的重要引领性工程”。当前，空间站应用任务各领域正凝聚优势科研力量，开展高水平前沿科学探索与应用研究，为我国打造空间科学与应用原始创新策源地、努力抢占科技制高点、推动我国载人航天事业迈入科学引领、自主创新的高质量发展新阶段奠定基础。 2025年空间站在轨实（试）验设施运行稳定，新增在轨实施科学与应用项目86个，上行实验模块、单元及样品等科学物资约1179kg，下行空间科学实验样品质量约105kg，获取科学数据超过150TB，各科学团队深度挖掘诸多领域方向，着力攻克系列重大科学问题，产出了系列原创性、前沿性、创新性的进展与成果，发表高水平论文超过230篇，授权专利超过70项，部分成果已实现转移转化与推广应用，显著推动我国空间科学与应用快速发展。 在空间生命科学与人体研究领域，围绕空间基础生物学、空间生物技术及转化应用、空间生命生态、生命起源与交叉等方面开展研究，成功实现了中国空间站首次小鼠空间科学实验；国际首次开展空间站亚磁-微重力复合太空环境生物学研究；在轨实验发现噬菌体三磷酸腺苷水解酶全新的镁离子结合模式；通过舱外暴露实验获得了耐辐射能力增强的细菌突变株；开发中国空间站首个AI赋能的多物种姿态估计与跟踪基准数据集。围绕空间环境对人体生理影响、空间飞行人因、空间脑科学、传统医学及其它新技术等，国际首次提出了基于经眶B超测量视神经蛛网膜下腔面积的无创颅内压监测技术，自主研发了能有效刺激腓肠肌、胫前肌等关键下肢肌群的仿生黏附鞋，有望为航天员健康评估和防护提供新技术；创新研制出国际领先的耐长时间常温储存固定后样本的单细菌转录组高可靠检测技术，支撑面向国际前沿的在轨人体肠道菌群的单细菌转录组学研究；在国际上获得一系列航天员生理机能和作业能力变化的创新发现,微重力通过影响航天员前庭视觉功能连接重塑生物运动知觉，减弱生物运动知觉及其神经响应的重力敏感性，前馈控制比反馈控制更易受微重力的影响，揭示了机体从整体到细胞分子等不同水平适应空间微重力和辐射环境的生理过程与调控机制，为认知和减控航天医学风险提供了丰富的理论和技术基础。 在微重力物理领域，围绕微重力材料制备机理、重要应用新材料制备技术、空间应用材料使役行为等方面开展研究。在高温难熔合金凝固机理方面获得具有重要影响的系列科学发现；探明了多相铁基磁致伸缩合金中不同物相的形成机理和影响因素，揭示了过冷液体中存在的动力学“脆 强”转变规律，突破了微重力条件下3100℃的无容器激光加热技术；在空间制备出性能更优的磁致伸缩合金、新型铁基超导材料等；验证了固液复合润滑、形状记忆聚合物等材料的可靠性、稳定性和空间适应性。围绕微重力流体动力学、多相流和相变传热、复杂流体与软物质等，首次揭示长时微重力下柱状微结构耦合流动的复合沸腾特性，首次观察到微重力下冷凝液膜动态演化全过程，以及胶体的分布结晶现象和规律。聚焦微重力条件下碳烟形成、火焰稳定与传播等基础过程，阐明射流相互作用调控火焰辐射与污染物生成的规律，建立碳烟排放预测模型，为实现燃料高效清洁利用、提升能源动力系统运行效能提供直接理论依据。 在空间新技术与应用领域，突破了同心物镜及光纤面板像面拼接的大视场高分辨天文观测技术；国际首次开展空间站管道检测机器人在轨试验，验证了管道检测机器人的管道环境适应能力和变刚度运动安全性；首次开展了基于气雾栽培的再生生保系统植物高效培养技术试验，植物生产效率较传统基质培养显著提升；国际首次开展了常温二氧化碳转化制备乙烯与氧气、光电催化二氧化碳转化等在轨试验验证，获得了较高的产氧速率等指标；构建了基于二元微生态体系的空间物质能量转化再生系统，一体化实现空间废水的净化与蕴藏能量的原位转化利用；发现了携带潜在新药基因簇的太空变异菌株，为掌握自主可控的新药源头技术提供了新途径；在轨验证了多环境参数作用下光纤传感关键特性等。本领域相关技术成果已推广转化至航天技术领域和民用行业。 太空探索永无止境，逐梦征程永不停歇。中国空间站为科学家开展前沿空间科学实验提供了前所未有的宝贵平台，对推动我国乃至全球科学技术进步、深化人类对宇宙的认知具有不可估量的深远意义。本次报告的编写和发布，既是对2025年度空间科学研究与应用进展的阶段性总结，更旨在呼吁社会各界广泛关注并积极参与空间科学与应用事业，促进空间科学、空间技术和空间应用的深度融合与协同发展，让载人航天成果惠及科技、经济、社会及人民健康等更多领域。 空间生命科学与人体研究领域 2.1 空间生命科学与生物技术 ❶中国空间站首次开展小鼠空间科学实验………………………………………………6❷空间亚磁 - 微重力环境果蝇三代培育及其生物学效应研究…………………………8❸空间微重力诱导肝细胞脂质代谢失调的生物力学机制………………………………10❹空间飞行中骨骼肌萎缩相关 miRNA 变化规律研究…………………………………12❺在轨实验发现噬菌体三磷酸腺苷水解酶全新的镁离子结合模式……………………14❻极端环境微生物对空间暴露环境的耐受性研究………………………………………16❼小样本高维数据挖掘方法构建及空间环境响应分子特征解析与应用………………18❽AI 赋能空间生命科学：基于视觉分析的动物行为表型量化分析……………………20 2.2 太空人体研究 ❶ 微重力对人视觉运动信息加工的影响及脑机理研究…………………………………24❷ 基于仿生黏附的下肢肌肉力刺激技术与装置…………………………………………26❸ 空间站单细菌 RNA 测序技术的建立及在轨应用………………………………………28❹ 空间飞行对人认知与精细操作能力的影响及机制……………………………………30❺ 长期失重环境下眼颅压无创监测及脑灌注评估技术研究……………………………32❻ 空间辐射脑炎性样变化生物预警技术研究……………………………………………34 空间生命科学与生物技术方向主要围绕空间基础生物学、空间生物技术及转化应用等方面开展研究，在空间细胞生物学、动物学（小鼠和果蝇）、辐射生物学、蛋白质结晶等方面取得了一系列重要进展。自主研制了国内首台空间小型哺乳动物实验装置，成功开展了小鼠空间科学实验；实现了国际首次空间亚磁 - 微重力复合太空环境的生物学研究；揭示了空间微重力环境诱导肝细胞脂滴累积的生物力学机制；阐明了 miRNA 介导肌萎缩与代谢紊乱的分子机制；通过空间蛋白质结晶实验首次获得微重力条件下噬菌体 Topo II 的 ATPase 结构域的晶体；通过空间站极端环境微生物舱外暴露实验获得了耐辐射能力增强的细菌突变株；构建的多维度数据挖掘方法为空间站“小样本、高维度”组学数据分析提供了新的技术途径；研制首个面向中国空间站的多物种姿态估计与跟踪基准数据集，将空间生命科学研究从传统人工观测推向 AI 赋能、可量化的新阶段。 中国空间站首次开展小鼠空间科学实验The Chinese Space Station Carried Out Its First In-OrbitMouse Experiment 突破了空间密闭饲养的核心关键技术，自主研制了国内首台空间小型哺乳动物实验装置，成功开展了中国空间站首次小鼠空间科学实验，小鼠安全返回，将开展小鼠对空间环境的应激响应与适应性变化研究。 动物空间科学的标准化数据管理体系探索了技术途径。通过共享生物样本、影像及生物学数据，建立多机构协同研究机制，为未来系统开展空间环境对哺乳动物影响研究奠定了重要基础。 突破了空间小密闭环境下哺乳动物高效生保控制技术，自主研发了空间小型哺乳动物饲养装置（图2-1），首次将经过筛选和训练的4只SPF级C57BL/6JNifdc实验小鼠送入中国空间站（图2-2），完成了在轨14天的小鼠空间密闭饲养实验，并实现安全返回（图2-3）。 研究进展 本研究研制了空间小型哺乳动物饲养装置，使我国空间站具备了开展小鼠实验的初步条件，探索了空间哺乳动物小样本共享、多维度大数据分析的研究范式。为后续建成规模化的空间哺乳动物实验平台、支持系统化开展哺乳动物空间科学实验与研究奠定了重要技术基础。 应用及前景 在轨期间小鼠行为节律正常，状态稳定。后续，科研团队将对小鼠行为、生理生化关键指标开展研究，预期初步解析小鼠对空间环境的应激响应与适应性变化，并探索相关机制。 本研究初步建立了科学实验和工程实施深度耦合的“地面筛选―活体上行―在轨饲养―活体下行”的空间小型哺乳动物实验全流程生命支持保障和实验技术体系，为创新空间哺乳动物小样本与大数据研究范式、建立我国哺乳 (a)白天工作照明；(b)夜间红外照明 [1]李洁,刘方武,张涛.空间小鼠实验有效载荷研究进展[J].空间科学学报, 2021, 41(03): 445-456. DOI: 10.11728/cjss2021.03.445.[2]张晶晶,吕勇,张涛,等.空间啮齿类动物培养装置及实验技术研究进展[J].空间科学学报, 2024, 44(03): 544-555.DOI: 10.11728/cjss2024.03.2023-0096.[3] Ru Yuan, Haoyuan Sun, Qian Zhang, et al. Gas Purification Technology Suitable for Space Mice Cultured in Sealed Box[J].Processes, 2025, 13(10): 3277. DOI: 10.3390/pr13103277. 代表专利 刘方武,张涛,郑伟波,等.一种适用于太空微重力环境的动物排泄物收集系统.发明专利.专利号: ZL 2021 11658516. 1.授权日期：2023年07月21日. 主要完成团队 中国科学院上海技术物理研究所工程一室，中国科学院动物研究所王红梅团队。 空间亚磁-微重力环境果蝇三代培育及其生物学效应研究 First Biological Investigation of a Combined Space Environment:Hypomagnetic Field and Microgravity across 3 Generations of Fruit Flies 建造了国际首个亚磁-微重力复合环境动物传代培养和生物学研究平台，成功完成了空间站果蝇三代培育，系统获取了发育与行为视频数据，以及在轨生物样品收集，开展了从基因、发育到行为的全面分析。这些从表型到分子的整合研究为揭示空间亚磁 - 微重力环境的生物学效应及其深层机制奠定了基础。 自主设计研制了中国空间站果蝇培养研究模块，通过在轨和地面同时设立磁屏蔽和非磁屏蔽实验组，建立了国际首个空间亚磁-微重力复合环境的生物学效应研究体系和实验平台（图2-4）。在为期41天的空间实验中，航天员深度参与实验流程，利用果蝇转移装置（