【研究揭示青藏高原隆升过程和机制】中科院官网：7月28日，中国科学院院士、中科院青藏高原研究所研究员丁林带领的大陆碰撞与高原隆升团队，在《自然综述-地球与环境》（Nature Reviews Earth & Environment）上，发表了题为《青藏高原隆升时间和机制》（Timing and Mechanisms of Tibetan Plateau uplift）的综述文章，系统阐述了青藏高原的差异性隆升过程和深部动力学机制。
大陆碰撞-俯冲等深部圈层作用驱动的青藏高原隆升是新生代全球最重要的地质事件之一。高原隆升显著影响地表圈层-大气圈、水圈/冰冻圈、生物圈和人类圈的耦合作用过程，深刻影响亚洲气候动力学、生物多样性、碳循环、现代水资源和大江大河演化，是21世纪地球系统科学研究的前沿阵地。
然而，在大陆碰撞过程中，青藏高原大陆岩石圈变形和地表高程时空变化的机制尚不清楚。近些年，随着青藏高原定量古高度数据的加速产生，科研人员逐渐认识到高原具有差异性隆升的特征，部分地区的隆升时间比以前的推测或早或晚，已有的动力学模式均不能完整体现高原隆升过程。
“青藏高原的完整演化模式必须考虑亚洲在印度-欧亚大陆碰撞之前的构造事件中继承下来的古地貌和岩石圈的不均一性，这对认识高原差异性隆升至关重要。”丁林说。
通过详细分析青藏高原白垩纪海陆转换、构造变形、岩浆和低温热年代学证据，研究提出，拉萨-羌塘地体的碰撞以及随后的拉萨岩石圈向北俯冲导致分水岭山脉的初步生长；南部新特提斯洋的持续俯冲，在约9500万年前将冈底斯地区隆升至海平面之上，从而形成与现今的安第斯山相似的发展过程，称为安第斯型冈底斯山，并在藏南地区形成显著的降水效应。此时的青藏高原仅有两条狭窄的山脉，即分水岭山脉和冈底斯山脉，但地表隆起的幅度有待量化。
印度-欧亚板块碰撞时间和方式对于限定印度北缘范围和新生代陆内缩短变形量至关重要，而它们又是约束高原地表隆升幅度和深部动力学机制的关键。
关于新特提斯洋闭合历史的假说包括大印度洋盆模型（图1a）、洋内俯冲模型（图1c-d）和单阶段俯冲碰撞模型（图1d）。这些假说对大印度（已俯冲消失到青藏高原下的印度部分）的规模以及印度-欧亚大陆初始碰撞时间做出了不同预测。而以上模型均是基于丁林团队等发现的关键证据——印度-欧亚大陆碰撞形成的前陆盆地。该盆地在6500万年至5900万年之间开始接受来自冈底斯岛弧区的物源，表明此时印度-欧亚大陆已开始开始碰撞，早于此前国际公认的印度与亚洲大陆在5000万年才初始碰撞的时间。
同时，该团队近20年在西藏、巴基斯坦和印度的研究工作取得了关键认识：目前发育在藏南的冈底斯岩浆弧、弧前盆地、蛇绿岩和海沟形成于拉萨地体南缘的洋-陆俯冲系统，而非形成于远离大陆的洋内俯冲系统；巴基斯坦北部的证据表明约5200万年亚洲物质可以到达印度次大陆，不支持印度-欧亚大陆碰撞前存在洋盆。因此，该论文提出，单阶段俯冲碰撞模型是解释印度-欧亚大陆碰撞最简单、且得到地质证据支持的模型。
然而，古地磁数据提出，如果印度-亚洲大陆在约6000万年发生碰撞，印度和亚洲大陆岩石圈必须在完全的大陆环境中吸收约4000公里缩短量。而目前地质证据表明亚洲（<1000公里）和喜马拉雅（<1000公里）地壳缩短量不到2000公里。为了协调地壳缩短和古地磁汇聚量之间的不匹配，国际上有学者提出大印度洋盆模型和洋内俯冲模型（图1a-c），但上述模型均缺乏地质证据支持。另外，如果印度大陆在向北漂移过程中发生过约90度°的逆时针旋转，也可简单的吸收2000公里的纬向缩短量。
解决高原隆升历史的需求促进古高度计的发展，广泛使用的古高度定量重建技术包括氢/氧同位素、动植物化石、团簇同位素等。这些古高度定量重建技术为大陆变形和高原生长提供了关键信息，可更加清晰地认识高原差异隆升过程和动力学机制。
结合已有定量古高度结果和深部动力学证据，科研团队恢复了青藏高原自约6000万年以来不同地体地表隆升历史（图2）和岩石圈演化过程（图3），提出青藏高原不同造山带具有差异的隆升历史。5500万年至4500万年前，由于新特提斯洋俯冲板片的断离，冈底斯造山带隆升到4500米高海拔；4500万年至4000万年，新特提斯板块断离之后，更具浮力的印度岩石圈向北水平楔入，激活羌塘地体南北部缝合带发生陆内俯冲，使分水岭山脉隆升到5000米的高海拔；此时位于冈底斯造山带和分水岭造山带之间的中央谷地、高原最南部的喜马拉雅造山带以及高原北部还处于小于2000米的低海拔，高原整体形成“两山夹一盆”的地貌特征。4000万年至3000万年，拉萨岩石圈在中央谷地下方拆沉，上地壳缩短、岩浆底垫和软流圈上涌等多种深部地球动力学过程耦合作用，使中央谷地抬升4500米的目前高度。这标志着青藏高原由造山带正式转变为统一高原。250万年至1500万年，由于印度大陆的持续俯冲，喜马拉雅山脉下方俯冲的印度大陆岩石圈及藏北可可西里-昆仑山下方俯冲的欧亚大陆岩石圈先后发生拆沉，喜马拉雅山与昆仑山先后隆升到现代高度，现代意义上的高原形成（图2、3）。然而，北部地区的隆升历史存在较大不确定性，需要更多的定量古高度数据来约束。
地球物理探测揭示了现今印度和欧亚大陆岩石圈发生了从水平楔入到陡峭俯冲、板块撕裂和断离以及拆沉等各种地球动力学行为（图4），从而指示在整个新生代印度-亚洲大陆碰撞过程中，类似的过程不断发生，最终导致青藏高原构造变形、岩浆作用和地表隆升的时空差异。
针对青藏高原隆升的时间和机制问题，该研究提出了今后的研究重点：解决印度-欧亚大陆汇聚量和地壳缩短之间的不一致性；需要大量高分辨率古高度数据精确限制高原隆升历史；结合数值模拟和地质数据对高原地球系统演化历史进行准确重建；结合地球物理成像技术和地球动力学模拟，阐明大陆岩石圈的循环过程和分布范围，分析探索大陆碰撞如何影响邻近板块边界的构造以及全球规模的地幔对流。
研究工作得到第二次青藏高原综合科学考察研究、国家自然科学基金青藏高原地球系统基础科学中心项目、中科院战略性先导科技专项（A类）“泛第三极环境变化与绿色丝绸之路建设”（“丝路环境专项”）等的支持。
大陆碰撞-俯冲等深部圈层作用驱动的青藏高原隆升是新生代全球最重要的地质事件之一。高原隆升显著影响地表圈层-大气圈、水圈/冰冻圈、生物圈和人类圈的耦合作用过程，深刻影响亚洲气候动力学、生物多样性、碳循环、现代水资源和大江大河演化，是21世纪地球系统科学研究的前沿阵地。
然而，在大陆碰撞过程中，青藏高原大陆岩石圈变形和地表高程时空变化的机制尚不清楚。近些年，随着青藏高原定量古高度数据的加速产生，科研人员逐渐认识到高原具有差异性隆升的特征，部分地区的隆升时间比以前的推测或早或晚，已有的动力学模式均不能完整体现高原隆升过程。
“青藏高原的完整演化模式必须考虑亚洲在印度-欧亚大陆碰撞之前的构造事件中继承下来的古地貌和岩石圈的不均一性，这对认识高原差异性隆升至关重要。”丁林说。
通过详细分析青藏高原白垩纪海陆转换、构造变形、岩浆和低温热年代学证据，研究提出，拉萨-羌塘地体的碰撞以及随后的拉萨岩石圈向北俯冲导致分水岭山脉的初步生长；南部新特提斯洋的持续俯冲，在约9500万年前将冈底斯地区隆升至海平面之上，从而形成与现今的安第斯山相似的发展过程，称为安第斯型冈底斯山，并在藏南地区形成显著的降水效应。此时的青藏高原仅有两条狭窄的山脉，即分水岭山脉和冈底斯山脉，但地表隆起的幅度有待量化。
印度-欧亚板块碰撞时间和方式对于限定印度北缘范围和新生代陆内缩短变形量至关重要，而它们又是约束高原地表隆升幅度和深部动力学机制的关键。
关于新特提斯洋闭合历史的假说包括大印度洋盆模型（图1a）、洋内俯冲模型（图1c-d）和单阶段俯冲碰撞模型（图1d）。这些假说对大印度（已俯冲消失到青藏高原下的印度部分）的规模以及印度-欧亚大陆初始碰撞时间做出了不同预测。而以上模型均是基于丁林团队等发现的关键证据——印度-欧亚大陆碰撞形成的前陆盆地。该盆地在6500万年至5900万年之间开始接受来自冈底斯岛弧区的物源，表明此时印度-欧亚大陆已开始开始碰撞，早于此前国际公认的印度与亚洲大陆在5000万年才初始碰撞的时间。
同时，该团队近20年在西藏、巴基斯坦和印度的研究工作取得了关键认识：目前发育在藏南的冈底斯岩浆弧、弧前盆地、蛇绿岩和海沟形成于拉萨地体南缘的洋-陆俯冲系统，而非形成于远离大陆的洋内俯冲系统；巴基斯坦北部的证据表明约5200万年亚洲物质可以到达印度次大陆，不支持印度-欧亚大陆碰撞前存在洋盆。因此，该论文提出，单阶段俯冲碰撞模型是解释印度-欧亚大陆碰撞最简单、且得到地质证据支持的模型。
然而，古地磁数据提出，如果印度-亚洲大陆在约6000万年发生碰撞，印度和亚洲大陆岩石圈必须在完全的大陆环境中吸收约4000公里缩短量。而目前地质证据表明亚洲（<1000公里）和喜马拉雅（<1000公里）地壳缩短量不到2000公里。为了协调地壳缩短和古地磁汇聚量之间的不匹配，国际上有学者提出大印度洋盆模型和洋内俯冲模型（图1a-c），但上述模型均缺乏地质证据支持。另外，如果印度大陆在向北漂移过程中发生过约90度°的逆时针旋转，也可简单的吸收2000公里的纬向缩短量。
解决高原隆升历史的需求促进古高度计的发展，广泛使用的古高度定量重建技术包括氢/氧同位素、动植物化石、团簇同位素等。这些古高度定量重建技术为大陆变形和高原生长提供了关键信息，可更加清晰地认识高原差异隆升过程和动力学机制。
结合已有定量古高度结果和深部动力学证据，科研团队恢复了青藏高原自约6000万年以来不同地体地表隆升历史（图2）和岩石圈演化过程（图3），提出青藏高原不同造山带具有差异的隆升历史。5500万年至4500万年前，由于新特提斯洋俯冲板片的断离，冈底斯造山带隆升到4500米高海拔；4500万年至4000万年，新特提斯板块断离之后，更具浮力的印度岩石圈向北水平楔入，激活羌塘地体南北部缝合带发生陆内俯冲，使分水岭山脉隆升到5000米的高海拔；此时位于冈底斯造山带和分水岭造山带之间的中央谷地、高原最南部的喜马拉雅造山带以及高原北部还处于小于2000米的低海拔，高原整体形成“两山夹一盆”的地貌特征。4000万年至3000万年，拉萨岩石圈在中央谷地下方拆沉，上地壳缩短、岩浆底垫和软流圈上涌等多种深部地球动力学过程耦合作用，使中央谷地抬升4500米的目前高度。这标志着青藏高原由造山带正式转变为统一高原。250万年至1500万年，由于印度大陆的持续俯冲，喜马拉雅山脉下方俯冲的印度大陆岩石圈及藏北可可西里-昆仑山下方俯冲的欧亚大陆岩石圈先后发生拆沉，喜马拉雅山与昆仑山先后隆升到现代高度，现代意义上的高原形成（图2、3）。然而，北部地区的隆升历史存在较大不确定性，需要更多的定量古高度数据来约束。
地球物理探测揭示了现今印度和欧亚大陆岩石圈发生了从水平楔入到陡峭俯冲、板块撕裂和断离以及拆沉等各种地球动力学行为（图4），从而指示在整个新生代印度-亚洲大陆碰撞过程中，类似的过程不断发生，最终导致青藏高原构造变形、岩浆作用和地表隆升的时空差异。
针对青藏高原隆升的时间和机制问题，该研究提出了今后的研究重点：解决印度-欧亚大陆汇聚量和地壳缩短之间的不一致性；需要大量高分辨率古高度数据精确限制高原隆升历史；结合数值模拟和地质数据对高原地球系统演化历史进行准确重建；结合地球物理成像技术和地球动力学模拟，阐明大陆岩石圈的循环过程和分布范围，分析探索大陆碰撞如何影响邻近板块边界的构造以及全球规模的地幔对流。
研究工作得到第二次青藏高原综合科学考察研究、国家自然科学基金青藏高原地球系统基础科学中心项目、中科院战略性先导科技专项（A类）“泛第三极环境变化与绿色丝绸之路建设”（“丝路环境专项”）等的支持。
【“问天”发射！510所再现磅礴力量】
7 月 24 日，空间站问天实验舱在中国文昌航天发射场发射升空，这是我国空间站建造阶段三个舱段中的第二个舱段，也是中国空间站的首个实验舱。中国空间站"问天实验舱"是当今世界现役最大单体载人航天舱段，其发射质量 23 吨，轴向总长 17.9 米，舱体最大直径 4.2 米，较之"天和"重量和长度都创造了单体载人航天器的"历史记录"。问天舱分为工作舱、气闸舱、资源舱三部分，不仅配置了与"天和"一样的航天员在轨生活的居住区和生活区，充分满足航天员的"吃穿住行"，作为空间站内的实验舱，它的主要作用还是作为"太空实验室"，工作舱中配置了大量的科学研究机柜，可以实现单学科或多学科交叉的空间科学实验，整体达到国际先进水平。而一直备受大家期待的"太空授课"也将以全新的面貌在"问天实验舱"开展。
此次"问天"任务，510 所再次聚力出发，研制的载荷适配器、舱外投光照明子系统、音频单元、照明设备等一系列火爆"单品"，将乘坐"问天"到达宇宙深处，发挥探索浩瀚星空的重要作用，进一步彰显 510 所齐心协力、拼搏创新的科研力量。
◆太空实验室的舱外"多孔端口"——载荷适配器
"问天实验舱"作为现在我国最先进的太空实验舱，除了可以进行空间生命科学的研究外，同时还具备材料舱外暴露装置，为未来部分科学实验提供零压力和真空环境。我国空间站建成后将开展大量舱外暴露科学试验，是我国空间站达到国际先进水平的重要标志。而"载荷适配器"作为空间站中小型舱外载荷的通用接口设备，为中小型标准舱外载荷提供通用化的"多孔端口"，包括机械、供电、信息和热接口等，是"太空实验室"运营后舱外暴露科学实验的基础，其舱外实验载荷的在轨无人安装、长期在轨支持、多轮次更换，都离不开 510 所研制的"载荷适配器"的帮助。
"载荷适配器"的本质是一种轻小型对接机构，由主动端和被动端组成，安装在空间站实验舱 I 外暴露平台的 22 台阵列化布置的"端口插座"由载荷适配器的被动端实现，后续随"天舟"货船分批次多轮上行的各式标准舱外载荷携带"端口插头"由载荷适配器的主动端担当，并利用机械臂操作实现安装和更替。另外根据是否具备为舱外载荷提供导热通道，载荷适配器又分为 I 型 ( 无导热能力 ) 和 II 型 ( 有导热能力 ) 两种，II 型在具备 I 型轻小型对接机构功能的基础上还配置了控温液路及冷板，实现对载荷的主动热控。
此次"问天"实验舱相较于"天和"配备了一个精巧的小型机械臂，可以单独发挥作用，也可与"天和"的大型机械臂配合完成航天员的出舱、舱外设施照料、巡检等任务。针对支持机械臂在轨操作的需求，510 所通过技术创新设计的载荷适配器被动端"分步被动引导组件"可实现对主动端的引导，实现校正机械臂操作偏差的功能，引导过程也可通过主动端同步捕获、主动校正、自润滑楔紧锁和浮动连接器来实现锁紧和资源连通被动端的功能，从而实现载荷适配器的"轻小型对接机构"功能。510 所"载荷适配器"的研制过程共攻克同步捕获、主动位姿校正、刚性锁紧等 14 项关键技术，在四次大系统机械臂载荷操作试验中接口匹配良好：控制模式适用、容差配合合理、信息交互、操作力适配等方面都有优异表现，能够可靠校正机械臂位姿偏差，锁紧连通后的供电、通讯、传热性能优良，整体性能已经达到了国际先进水平，是"太空实验室"里不可或缺的重要部分。
◆太空实验室的舱外"照明灯"——舱外投光照明子系统
当前，神舟十四号乘组的3名航天员正在中国空间站执行任务，"问天"的到来也意味着中国空间站首次在有航天员的状态下迎接航天器的来访，这又将是一个"见证历史"的重要时刻。
后续航天员还将首次从问天实验舱气闸舱出舱，舱外活动的开展离不开"照明灯"，而 510 所研制的舱外投光照明子系统将会发挥重要作用。舱外投光照明子系统属于复杂的舱外机、电、光一体化设备，由投光灯单元、云台机构、无源展开机构及控制器组成，依靠多自由度云台的方位角度、俯仰角度动态特性提供空间站舱外的动态照明、伴随照明，用于支持航天员出舱活动和监视摄像。该设备在"问天"发射时为机构折叠压紧状态 , 在轨之后将转换为机构展开到位并锁定状态。该设备云台的转动范围大，能实现"太空实验室"舱外不同照度需求下的亮度调整，并具备在轨维修功能。
为适应舱外环境，如紫外辐照、总剂量辐照、原子氧辐照等，510 所"舱外投光照明子系统"的研制团队分别从材料、工艺、结构设计等几个方面开展攻关，在经历了一次次的失败，一次次的重来之后，成功攻克了四大关键技术，设计出了能够抵御空间辐照的灯体结构以及光学照明系统，顺利通过了特殊空间环境地面试验，保证了在轨长时间高效率工作。其可在轨维修更换功能也是经历了多轮迭代优化设计，才得以实现的。510 所的"舱外投光照明子系统"在"太空实验室"建成后将不仅为航天员长期在轨驻留及开展舱外维修、科研活动提供良好的照明，也为出舱活动任务提供了美轮美奂的光影效果，我们看到的每一张"太空大片"都是通过它的默默打光得以呈现的。
◆航天员的舱内"太空家居"语音设备——音频单元
中国空间站既是我们国家的"太空实验室"也是航天员在浩瀚宇宙中温暖的"家"。因此"问天"配置了一系列的"太空家居"设备，为航天员的工作和生活提供智能、便捷的服务。音频单元作为终端音频仪表设备，是 510 所为空间站新研的音频设备。音频单元可以支持多类型、多通道音频终端的输入输出，可以接收整个空间站的报警信息实现对航天员的语音报警提示，还能实现航天员与地面的天地电话，实现多舱状态下各舱段航天员之间及地面测控中心的会议通话功能，为航天员在轨通话提供了多种模式。
音频单元作为空间站中唯一的外放式音频设备，在研制过程中面临着较多的声学设计难题。为适应空间站任务的变化，空间站音频单元软件还可以进行在轨升级。510 所"音频单元"软件研制团队在充分调研的基础上，提出了软件三级加载方案，该方案可以应对复杂的空间硬件环境和通讯环境，确保在最恶劣的情况下，软件不会"死机"。在空间站天地通讯网数据注入实验过程中，研制团队经过 48 小时不间断测试，掌握了复杂天地数据传输过程中，数据上传带宽和时延容限等技术细节，制定了窄带宽、长时延、高误码率情况下的软件在轨注入策略。空间站音频单元还具有免提通话功能，为了保证语音播报质量及通话效果，研制组自主开发了回声抑制算法、自激抑制功能，并优化了声腔结构，克服了设备空间有限、扬声器与麦克风物理距离过近、可选材质限制等难题，解决了声学设备容易出现的回声抑制、自激啸叫等问题。在语音可懂度实验过程中，通过对整舱噪声环境分析，增加麦克风的信噪比，从而提高语音的可懂度。之后航天员在"问天"这个新教室中开展"天地通话"和全新"太空授课"，音频单元也会给航天员带去全新的授课"音频"体验。
◆航天员的舱内"太空家居"照明体验——照明设备
空间站是长期在轨驻留的载人飞行器，航天员在舱内工作、生活及出舱活动都离不开照明设备。510 所承担了"问天实验舱"大部分照明产品研制工作，配套照明类产品共计 7 种，36 余台 / 套。其中全新设计的照明产品主要包括情景照明产品、便携照明产品和舱外泛光照明产品。
问天舱照明设备
舱内情景照明产品包括通道照明、生活照明、阅读照明、维修用头灯、照明控制器等 5 类 20 余台产品。这是我国首次在空间飞行器上应用情景模式可调照明技术，也是全球首次在大型载人航天器内部全范围应用情景照明技术。由于航天员长期在轨生活，以前载人飞船单一的照明模式会造成航天员工作效率降低，生物钟紊乱以及睡眠障碍等问题，情景照明产品通过对色温、亮度、照明区域的可控调节，可解决上述问题。照明模式可精确到工作模式、就餐模式、娱乐模式、睡眠模式等；照明区域也可细分为工作区、生活区、阅读区、维修区等；操作方式包括手持移动设备 WiFi 无线控制、照明开关板有线控制等，这些设计都极大的提升了航天员在轨工作、生活的便利性和舒适性。
空间站便携照明设备主要用于舱外精准维修照明和舱内母线掉电时航天员转舱或逃逸的应急照明，目前在国外空间领域并无同类产品。便携照明设备满足了在舱内、舱外工作情况下连续工作 6 小时的苛刻需求，也是国内首次将锂电池应用于舱外便携式产品设计中。针对锂电池短路可能导致的起火、爆炸问题，510 所研制的"便携照明设备"采取了多项技术，确保了锂电池空间应用的可靠性。
舱外泛光照明提供航天员出舱时行走路径上的辅助泛光照明以及舱外摄像照明。是我国首次在轨应用的舱外空间环境长寿命照明产品。它的研制攻克解决了空间电离总剂量辐照环境、紫外辐照环境、原子氧腐蚀环境长时间耐受的技术难题，让航天员在地球的阴影区也能正常进行舱外活动。除此之外，问天舱照明产品还有报警灯、专用照明灯、专用照明控制板等特殊场景灯具，它们共同构建了一个明亮、舒适的中国空间站光环境。
在空间站"问天"发射任务中，510 所继续发挥自身技术优势，集全所科研力量再次出击，用科技创新精神引领科研工作，以脚踏实地团结协作的品格，为我国航天事业的空间站建设贡献了属于 510 所的磅礴力量。
7 月 24 日，空间站问天实验舱在中国文昌航天发射场发射升空，这是我国空间站建造阶段三个舱段中的第二个舱段，也是中国空间站的首个实验舱。中国空间站"问天实验舱"是当今世界现役最大单体载人航天舱段，其发射质量 23 吨，轴向总长 17.9 米，舱体最大直径 4.2 米，较之"天和"重量和长度都创造了单体载人航天器的"历史记录"。问天舱分为工作舱、气闸舱、资源舱三部分，不仅配置了与"天和"一样的航天员在轨生活的居住区和生活区，充分满足航天员的"吃穿住行"，作为空间站内的实验舱，它的主要作用还是作为"太空实验室"，工作舱中配置了大量的科学研究机柜，可以实现单学科或多学科交叉的空间科学实验，整体达到国际先进水平。而一直备受大家期待的"太空授课"也将以全新的面貌在"问天实验舱"开展。
此次"问天"任务，510 所再次聚力出发，研制的载荷适配器、舱外投光照明子系统、音频单元、照明设备等一系列火爆"单品"，将乘坐"问天"到达宇宙深处，发挥探索浩瀚星空的重要作用，进一步彰显 510 所齐心协力、拼搏创新的科研力量。
◆太空实验室的舱外"多孔端口"——载荷适配器
"问天实验舱"作为现在我国最先进的太空实验舱，除了可以进行空间生命科学的研究外，同时还具备材料舱外暴露装置，为未来部分科学实验提供零压力和真空环境。我国空间站建成后将开展大量舱外暴露科学试验，是我国空间站达到国际先进水平的重要标志。而"载荷适配器"作为空间站中小型舱外载荷的通用接口设备，为中小型标准舱外载荷提供通用化的"多孔端口"，包括机械、供电、信息和热接口等，是"太空实验室"运营后舱外暴露科学实验的基础，其舱外实验载荷的在轨无人安装、长期在轨支持、多轮次更换，都离不开 510 所研制的"载荷适配器"的帮助。
"载荷适配器"的本质是一种轻小型对接机构，由主动端和被动端组成，安装在空间站实验舱 I 外暴露平台的 22 台阵列化布置的"端口插座"由载荷适配器的被动端实现，后续随"天舟"货船分批次多轮上行的各式标准舱外载荷携带"端口插头"由载荷适配器的主动端担当，并利用机械臂操作实现安装和更替。另外根据是否具备为舱外载荷提供导热通道，载荷适配器又分为 I 型 ( 无导热能力 ) 和 II 型 ( 有导热能力 ) 两种，II 型在具备 I 型轻小型对接机构功能的基础上还配置了控温液路及冷板，实现对载荷的主动热控。
此次"问天"实验舱相较于"天和"配备了一个精巧的小型机械臂，可以单独发挥作用，也可与"天和"的大型机械臂配合完成航天员的出舱、舱外设施照料、巡检等任务。针对支持机械臂在轨操作的需求，510 所通过技术创新设计的载荷适配器被动端"分步被动引导组件"可实现对主动端的引导，实现校正机械臂操作偏差的功能，引导过程也可通过主动端同步捕获、主动校正、自润滑楔紧锁和浮动连接器来实现锁紧和资源连通被动端的功能，从而实现载荷适配器的"轻小型对接机构"功能。510 所"载荷适配器"的研制过程共攻克同步捕获、主动位姿校正、刚性锁紧等 14 项关键技术，在四次大系统机械臂载荷操作试验中接口匹配良好：控制模式适用、容差配合合理、信息交互、操作力适配等方面都有优异表现，能够可靠校正机械臂位姿偏差，锁紧连通后的供电、通讯、传热性能优良，整体性能已经达到了国际先进水平，是"太空实验室"里不可或缺的重要部分。
◆太空实验室的舱外"照明灯"——舱外投光照明子系统
当前，神舟十四号乘组的3名航天员正在中国空间站执行任务，"问天"的到来也意味着中国空间站首次在有航天员的状态下迎接航天器的来访，这又将是一个"见证历史"的重要时刻。
后续航天员还将首次从问天实验舱气闸舱出舱，舱外活动的开展离不开"照明灯"，而 510 所研制的舱外投光照明子系统将会发挥重要作用。舱外投光照明子系统属于复杂的舱外机、电、光一体化设备，由投光灯单元、云台机构、无源展开机构及控制器组成，依靠多自由度云台的方位角度、俯仰角度动态特性提供空间站舱外的动态照明、伴随照明，用于支持航天员出舱活动和监视摄像。该设备在"问天"发射时为机构折叠压紧状态 , 在轨之后将转换为机构展开到位并锁定状态。该设备云台的转动范围大，能实现"太空实验室"舱外不同照度需求下的亮度调整，并具备在轨维修功能。
为适应舱外环境，如紫外辐照、总剂量辐照、原子氧辐照等，510 所"舱外投光照明子系统"的研制团队分别从材料、工艺、结构设计等几个方面开展攻关，在经历了一次次的失败，一次次的重来之后，成功攻克了四大关键技术，设计出了能够抵御空间辐照的灯体结构以及光学照明系统，顺利通过了特殊空间环境地面试验，保证了在轨长时间高效率工作。其可在轨维修更换功能也是经历了多轮迭代优化设计，才得以实现的。510 所的"舱外投光照明子系统"在"太空实验室"建成后将不仅为航天员长期在轨驻留及开展舱外维修、科研活动提供良好的照明，也为出舱活动任务提供了美轮美奂的光影效果，我们看到的每一张"太空大片"都是通过它的默默打光得以呈现的。
◆航天员的舱内"太空家居"语音设备——音频单元
中国空间站既是我们国家的"太空实验室"也是航天员在浩瀚宇宙中温暖的"家"。因此"问天"配置了一系列的"太空家居"设备，为航天员的工作和生活提供智能、便捷的服务。音频单元作为终端音频仪表设备，是 510 所为空间站新研的音频设备。音频单元可以支持多类型、多通道音频终端的输入输出，可以接收整个空间站的报警信息实现对航天员的语音报警提示，还能实现航天员与地面的天地电话，实现多舱状态下各舱段航天员之间及地面测控中心的会议通话功能，为航天员在轨通话提供了多种模式。
音频单元作为空间站中唯一的外放式音频设备，在研制过程中面临着较多的声学设计难题。为适应空间站任务的变化，空间站音频单元软件还可以进行在轨升级。510 所"音频单元"软件研制团队在充分调研的基础上，提出了软件三级加载方案，该方案可以应对复杂的空间硬件环境和通讯环境，确保在最恶劣的情况下，软件不会"死机"。在空间站天地通讯网数据注入实验过程中，研制团队经过 48 小时不间断测试，掌握了复杂天地数据传输过程中，数据上传带宽和时延容限等技术细节，制定了窄带宽、长时延、高误码率情况下的软件在轨注入策略。空间站音频单元还具有免提通话功能，为了保证语音播报质量及通话效果，研制组自主开发了回声抑制算法、自激抑制功能，并优化了声腔结构，克服了设备空间有限、扬声器与麦克风物理距离过近、可选材质限制等难题，解决了声学设备容易出现的回声抑制、自激啸叫等问题。在语音可懂度实验过程中，通过对整舱噪声环境分析，增加麦克风的信噪比，从而提高语音的可懂度。之后航天员在"问天"这个新教室中开展"天地通话"和全新"太空授课"，音频单元也会给航天员带去全新的授课"音频"体验。
◆航天员的舱内"太空家居"照明体验——照明设备
空间站是长期在轨驻留的载人飞行器，航天员在舱内工作、生活及出舱活动都离不开照明设备。510 所承担了"问天实验舱"大部分照明产品研制工作，配套照明类产品共计 7 种，36 余台 / 套。其中全新设计的照明产品主要包括情景照明产品、便携照明产品和舱外泛光照明产品。
问天舱照明设备
舱内情景照明产品包括通道照明、生活照明、阅读照明、维修用头灯、照明控制器等 5 类 20 余台产品。这是我国首次在空间飞行器上应用情景模式可调照明技术，也是全球首次在大型载人航天器内部全范围应用情景照明技术。由于航天员长期在轨生活，以前载人飞船单一的照明模式会造成航天员工作效率降低，生物钟紊乱以及睡眠障碍等问题，情景照明产品通过对色温、亮度、照明区域的可控调节，可解决上述问题。照明模式可精确到工作模式、就餐模式、娱乐模式、睡眠模式等；照明区域也可细分为工作区、生活区、阅读区、维修区等；操作方式包括手持移动设备 WiFi 无线控制、照明开关板有线控制等，这些设计都极大的提升了航天员在轨工作、生活的便利性和舒适性。
空间站便携照明设备主要用于舱外精准维修照明和舱内母线掉电时航天员转舱或逃逸的应急照明，目前在国外空间领域并无同类产品。便携照明设备满足了在舱内、舱外工作情况下连续工作 6 小时的苛刻需求，也是国内首次将锂电池应用于舱外便携式产品设计中。针对锂电池短路可能导致的起火、爆炸问题，510 所研制的"便携照明设备"采取了多项技术，确保了锂电池空间应用的可靠性。
舱外泛光照明提供航天员出舱时行走路径上的辅助泛光照明以及舱外摄像照明。是我国首次在轨应用的舱外空间环境长寿命照明产品。它的研制攻克解决了空间电离总剂量辐照环境、紫外辐照环境、原子氧腐蚀环境长时间耐受的技术难题，让航天员在地球的阴影区也能正常进行舱外活动。除此之外，问天舱照明产品还有报警灯、专用照明灯、专用照明控制板等特殊场景灯具，它们共同构建了一个明亮、舒适的中国空间站光环境。
在空间站"问天"发射任务中，510 所继续发挥自身技术优势，集全所科研力量再次出击，用科技创新精神引领科研工作，以脚踏实地团结协作的品格，为我国航天事业的空间站建设贡献了属于 510 所的磅礴力量。
我们的皮肤和肌肉有数百万个负责躯体感觉的传感器。然而，我们的大脑并没有被这些接二连三的输入所淹没，也没有被任何其他的感官所淹没。大脑是如何实现这种精准过滤的？
想象你正在弹吉他。你坐着，把乐器放在膝盖上，一只手弹奏，另一只手在琴颈上按动琴弦。你的视觉让你看着乐谱，而你的听觉让你听着声音。此外，还有另外两种感觉使演奏这种乐器成为可能。其中之一是触觉，它告诉你你与吉他的互动。另一个是本体感觉，它告诉你在演奏时你的手臂和手的位置和动作。这两种能力结合在一起，形成了科学家所说的躯体感觉或身体知觉。
我们的皮肤和肌肉有数百万个负责躯体感觉的传感器。然而，我们的大脑并没有被这些接二连三的输入所淹没，也没有被任何其他的感官所淹没。当你在弹奏时，你不会因为鞋子挤脚或吉他背带的拉扯而分心，你只关注重要的感官输入。大脑会熟练地增强一些信号，过滤掉其他信号，这样我们就可以忽略干扰，专注于最重要的细节。
大脑是如何实现这种精准过滤的？在西北大学、芝加哥大学和位于加州拉霍亚的索尔克生物研究所最近的研究中，我们对这个问题给出了一个新的答案。通过几项研究，我们发现，在脑干最底部有一个很小的、基本上被忽略的结构，它在大脑选择感觉信号方面发挥着关键作用。这个区域被称为楔束核 ，或CN（cuneate nucleus）。我们对楔束核的研究不仅改变了对感觉加工的科学认识，还可能为帮助身体损伤或疾病患者恢复感觉的医学干预奠定基础。
为了理解什么这个概念，我们应该回顾一些关于体感如何工作的基础知识。每当我们移动或触摸某物时，我们皮肤和肌肉内的特殊细胞就会做出反应。它们的电化学信号沿着神经纤维传递到脊髓和大脑。大脑利用这些信息来追踪身体姿势和运动，以及我们与物体互动的位置、时间和力度。
实验表明，我们身体的意识体验及其与物体的交互依赖于这些到达大脑皮层的信号。长期以来，科学家们一直认为大脑皮层是选择性地增强或过滤感觉信号的主要参与者之一。相反，他们认为楔束核只是一个被动的中继站，负责将身体的信号传递到大脑皮层。
但我们对此持怀疑态度。如果楔束核不能以某种方式改变信号，它为什么会存在？我们决定观察楔束核神经元的活动来找出答案。在以前，对其开展研究的难点是楔束核很小，很难准确定位。它位于头部和颈部高度灵活的连接处，这意味着动物的移动会使它难以触及。更糟糕的是，楔束核位于脑干内，周围环绕着重要的大脑区域，如果这些区域受损，可能会导致动物死亡。
幸运的是，现代神经科学工具让我们能够在清醒的动物身上稳定地观察楔束核，而不伤害附近的区域。在猴子身上，我们植入了微小的电极阵列，用来监测单个楔形核神经元。我们终于能够研究当猴子移动和触摸物体时，这个区域的单个脑细胞是如何反应的。
这种方法使我们能够回答几个关于楔束核做什么的问题。首先，我们研究了这些神经元是如何对触摸信号做出反应的。我们将猴子的皮肤暴露在多种刺激下，包括振动和盲文样的浮雕点图案。然后，我们将楔束核的反应与输入大脑结构的神经纤维的活动进行了比较。如果这个区域只是传递由皮肤感觉细胞收集的信息，那么楔束核的神经活动基本上会呼应神经纤维的活动。
相反，我们发现楔束核神经元不是简单地传递输入信号，而是将它们进行转换。事实上，楔束核神经元的活动模式更类似于大脑皮层神经元的活动模式，而不是神经纤维的活动模式。
但楔束核和大脑皮层之间的联系不是单向的。除了感觉神经向上的传递，大脑皮层的感觉和运动区也有通路会向下到达楔束核。我们想知道楔束核是否有助于基于动物自主运动的某种形式的感觉过滤。
为此，我们观察了猴子接近目标时的楔束核的活动，并将这些信号与机器人以类似方式移动猴子手臂时产生的楔束核信号进行了比较。我们发现楔束核神经元的活动确实发生了变化，这取决于动物在做什么，以及运动是自愿的还是非自愿的。
举个例子，我们知道手臂肌肉发出的信号可以帮助动物确定某个动作是否在按计划进行。根据这个想法，我们发现当猴子主动移动手臂时，与机器人移动手臂时相比，来自手臂肌肉的许多信号在楔束核中都得到了增强。
这些研究证实，当信号到达楔束核时，我们身体对信号的处理就已经开始了。但是，究竟是哪些脑细胞和途径使楔束核能够选择性地增强那些重要的信号，并抑制那些无关紧要的信号呢？
在第三项研究中，我们利用遗传和病毒技术来探测小鼠的神经系统。有了这些工具，我们可以操纵特定类型的细胞，用激光照射它们来打开或关闭它们。我们将这些技术与行为任务配对：通过训练老鼠拉绳子或对各种纹理做出反应来获得奖励，我们测试了特定神经元的激活或抑制如何影响老鼠执行灵巧任务的能力。这种方法让我们首先探索了楔束核内细胞的功能，揭示了它周围的一组特定的神经元的功能，这些神经元可以抑制或增强进入大脑的触觉信号的传递。
然后，我们应用类似的技术来研究其他高级大脑区域如何影响楔束核的活动。我们发现了两条不同的从大脑皮层一直到楔束核的通路，这两种通路决定了楔束核神经元能传递多少信息。换句话说，楔束核不仅接收来自身体的信息，还接收来自大脑皮层的指导，以帮助确定在每个特定的时刻，哪些信号对个人来说是最相关或最重要的。
显然，楔束核是一个比人们所认为的更有趣的大脑区域。我们的工作有助于明确它的功能：在将某些信号传递给负责感知、运动控制和高级认知功能的大脑区域之前，增强某些信号，抑制其他信号。这一重要作用可能有助于解释为什么楔束核出现在包括老鼠和灵长类动物在内的各种哺乳动物中。
虽然我们的工作还远未完成，但我们的结果已经对康复产生了重要的影响。除了我们能够研究的主动触觉和肌肉信号，有证据表明，楔束核接收到更多的“休眠”输入，这可能对神经损伤的恢复很重要。
全世界有数百万人患有某种形式的肢体功能障碍，如瘫痪或感觉丧失。随着对感觉和运动信号如何支持运动的更好理解，医生最终可以提高对这些疾病的诊断和治疗水平。例如，植入的电极有一天可能会电激活四肢失去知觉的人的楔束核，使病人有可能恢复对身体的感知能力。
节选自酷炫脑文章《为什么你不会被各种感觉淹没，得感谢大脑中这个“部件”》
想象你正在弹吉他。你坐着，把乐器放在膝盖上，一只手弹奏，另一只手在琴颈上按动琴弦。你的视觉让你看着乐谱，而你的听觉让你听着声音。此外，还有另外两种感觉使演奏这种乐器成为可能。其中之一是触觉，它告诉你你与吉他的互动。另一个是本体感觉，它告诉你在演奏时你的手臂和手的位置和动作。这两种能力结合在一起，形成了科学家所说的躯体感觉或身体知觉。
我们的皮肤和肌肉有数百万个负责躯体感觉的传感器。然而，我们的大脑并没有被这些接二连三的输入所淹没，也没有被任何其他的感官所淹没。当你在弹奏时，你不会因为鞋子挤脚或吉他背带的拉扯而分心，你只关注重要的感官输入。大脑会熟练地增强一些信号，过滤掉其他信号，这样我们就可以忽略干扰，专注于最重要的细节。
大脑是如何实现这种精准过滤的？在西北大学、芝加哥大学和位于加州拉霍亚的索尔克生物研究所最近的研究中，我们对这个问题给出了一个新的答案。通过几项研究，我们发现，在脑干最底部有一个很小的、基本上被忽略的结构，它在大脑选择感觉信号方面发挥着关键作用。这个区域被称为楔束核 ，或CN（cuneate nucleus）。我们对楔束核的研究不仅改变了对感觉加工的科学认识，还可能为帮助身体损伤或疾病患者恢复感觉的医学干预奠定基础。
为了理解什么这个概念，我们应该回顾一些关于体感如何工作的基础知识。每当我们移动或触摸某物时，我们皮肤和肌肉内的特殊细胞就会做出反应。它们的电化学信号沿着神经纤维传递到脊髓和大脑。大脑利用这些信息来追踪身体姿势和运动，以及我们与物体互动的位置、时间和力度。
实验表明，我们身体的意识体验及其与物体的交互依赖于这些到达大脑皮层的信号。长期以来，科学家们一直认为大脑皮层是选择性地增强或过滤感觉信号的主要参与者之一。相反，他们认为楔束核只是一个被动的中继站，负责将身体的信号传递到大脑皮层。
但我们对此持怀疑态度。如果楔束核不能以某种方式改变信号，它为什么会存在？我们决定观察楔束核神经元的活动来找出答案。在以前，对其开展研究的难点是楔束核很小，很难准确定位。它位于头部和颈部高度灵活的连接处，这意味着动物的移动会使它难以触及。更糟糕的是，楔束核位于脑干内，周围环绕着重要的大脑区域，如果这些区域受损，可能会导致动物死亡。
幸运的是，现代神经科学工具让我们能够在清醒的动物身上稳定地观察楔束核，而不伤害附近的区域。在猴子身上，我们植入了微小的电极阵列，用来监测单个楔形核神经元。我们终于能够研究当猴子移动和触摸物体时，这个区域的单个脑细胞是如何反应的。
这种方法使我们能够回答几个关于楔束核做什么的问题。首先，我们研究了这些神经元是如何对触摸信号做出反应的。我们将猴子的皮肤暴露在多种刺激下，包括振动和盲文样的浮雕点图案。然后，我们将楔束核的反应与输入大脑结构的神经纤维的活动进行了比较。如果这个区域只是传递由皮肤感觉细胞收集的信息，那么楔束核的神经活动基本上会呼应神经纤维的活动。
相反，我们发现楔束核神经元不是简单地传递输入信号，而是将它们进行转换。事实上，楔束核神经元的活动模式更类似于大脑皮层神经元的活动模式，而不是神经纤维的活动模式。
但楔束核和大脑皮层之间的联系不是单向的。除了感觉神经向上的传递，大脑皮层的感觉和运动区也有通路会向下到达楔束核。我们想知道楔束核是否有助于基于动物自主运动的某种形式的感觉过滤。
为此，我们观察了猴子接近目标时的楔束核的活动，并将这些信号与机器人以类似方式移动猴子手臂时产生的楔束核信号进行了比较。我们发现楔束核神经元的活动确实发生了变化，这取决于动物在做什么，以及运动是自愿的还是非自愿的。
举个例子，我们知道手臂肌肉发出的信号可以帮助动物确定某个动作是否在按计划进行。根据这个想法，我们发现当猴子主动移动手臂时，与机器人移动手臂时相比，来自手臂肌肉的许多信号在楔束核中都得到了增强。
这些研究证实，当信号到达楔束核时，我们身体对信号的处理就已经开始了。但是，究竟是哪些脑细胞和途径使楔束核能够选择性地增强那些重要的信号，并抑制那些无关紧要的信号呢？
在第三项研究中，我们利用遗传和病毒技术来探测小鼠的神经系统。有了这些工具，我们可以操纵特定类型的细胞，用激光照射它们来打开或关闭它们。我们将这些技术与行为任务配对：通过训练老鼠拉绳子或对各种纹理做出反应来获得奖励，我们测试了特定神经元的激活或抑制如何影响老鼠执行灵巧任务的能力。这种方法让我们首先探索了楔束核内细胞的功能，揭示了它周围的一组特定的神经元的功能，这些神经元可以抑制或增强进入大脑的触觉信号的传递。
然后，我们应用类似的技术来研究其他高级大脑区域如何影响楔束核的活动。我们发现了两条不同的从大脑皮层一直到楔束核的通路，这两种通路决定了楔束核神经元能传递多少信息。换句话说，楔束核不仅接收来自身体的信息，还接收来自大脑皮层的指导，以帮助确定在每个特定的时刻，哪些信号对个人来说是最相关或最重要的。
显然，楔束核是一个比人们所认为的更有趣的大脑区域。我们的工作有助于明确它的功能：在将某些信号传递给负责感知、运动控制和高级认知功能的大脑区域之前，增强某些信号，抑制其他信号。这一重要作用可能有助于解释为什么楔束核出现在包括老鼠和灵长类动物在内的各种哺乳动物中。
虽然我们的工作还远未完成，但我们的结果已经对康复产生了重要的影响。除了我们能够研究的主动触觉和肌肉信号，有证据表明，楔束核接收到更多的“休眠”输入，这可能对神经损伤的恢复很重要。
全世界有数百万人患有某种形式的肢体功能障碍，如瘫痪或感觉丧失。随着对感觉和运动信号如何支持运动的更好理解，医生最终可以提高对这些疾病的诊断和治疗水平。例如，植入的电极有一天可能会电激活四肢失去知觉的人的楔束核，使病人有可能恢复对身体的感知能力。
节选自酷炫脑文章《为什么你不会被各种感觉淹没，得感谢大脑中这个“部件”》
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