奠基中國版太空站，「天宮二號」牛在哪裡？

知識 09-16

?天宮二號發射瞬間。來源：新華網

科學家評說「天宮二號」

升空的瞬間，火箭在怒吼，大地在震動！

——張雙南，中科院高能物理研究所研究員

今晚22時28分，隨著張又俠總指揮長宣布發射任務取得圓滿成功，中國第一個真正意義上的太空實驗室——「天宮二號」成功上天了！「天宮二號」上不僅有科幻片里的植物培養的試驗，還將為我國建立太空站邁出奠基性的一步！這是中國航天史上的又一壯舉！

——鄭永春，中科院國家天文台副研究員

天宮二號發射成功，真是一個美妙的中秋賀禮。真切感受體會走在大國崛起道路上的速度與力量。

——胡一鳴，德國馬普引力物理所、清華大學博士後

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我國第一個真正意義上的太空實驗室「天宮二號」，昨晚成功發射，恰逢中秋佳節，一個對中國人來說有著特殊意義的時間。

太空又將迎來中國航天的使者，「天宮二號」空間實驗室接下來將展開的空間應用試驗、太空中期駐留驗證、推進劑補加等，這些對中國人意味著什麼，對中國空間站的建設又意味著什麼？

?天宮二號發射瞬間。來源：新華網

我國第一個真正意義上的太空實驗室

「天宮二號」是我國第一個真正意義上的太空實驗室，採用實驗艙和資源艙兩艙構型，全長10.4米，最大直徑3.35米，太陽翼展寬約18.4米，重8.6噸，設計在軌壽命2年，在「天宮一號」目標飛行器備份產品的基礎上，為滿足推進劑補加驗證試驗需要，對推進分系統進行了適應性改造；為滿足中期駐留需要，對載人宜居環境進行了重大改善，具備支持2名航天員在軌工作、生活30天的能力。

「天宮二號」裝載了空間冷原子鐘等14項應用載荷，以及失重心血管功能研究等相關航天醫學實驗設備，配備在軌維修技術驗證裝置、機械臂操作終端等在軌維修試驗設備，將開展空間科學及技術試（實）驗。

按計劃，「天宮二號」空間實驗室發射升空後，將變軌進入高度約380公里的運行軌道，進行在軌測試。「神舟十一號」載人飛船10月中下旬發射前，「天宮二號」空間實驗室進入高度為393公里的近圓對接軌道，等待交會對接。

「天宮二號」與「天宮一號」有何區別？

僅從外形上來看，「天宮二號」和「天宮一號」並無太大的區別，甚至說她倆是「孿生姐妹」也不為過，畢竟，「天宮二號」原本就是為「天宮一號」準備的備份飛行器。不過，如今的「天宮二號」，已經過改造，搖身一變成了和「天宮一號」功能不同的空間實驗室。

要搞清楚「天宮二號」在中國載人航天工程中的位置，還要從「天宮一號」，乃至「神舟五號」說起。

上世紀90年代初期，我國正式啟動載人航天工程，並確立「三步走」發展戰略。

第一步可以稱作載人飛船階段，主要任務是研製載人飛船，將航天員送到太空，開展空間應用實驗並返回。在此期間，2003年，「神舟五號」飛船完成首次載人飛行任務；2005年，「神舟六號」飛船完成多人多天飛行試驗任務，至此，中國載人航天工程實現了第一步戰略任務目標。

第二步是空間實驗室階段。2008年，「神舟七號」飛行任務的圓滿成功，標誌著我國掌握了航天員出艙活動關鍵技術，這是第二步的任務目標之一。

直到2011年，輪到「天宮一號」出場，這個目標飛行器，先後與「神舟八號」、「神舟九號」和「神舟十號」先後開展了交會對接試驗並取得成功，自動及手動控制交會對接技術得到驗證。

同時，「天宮一號」經過對接後，被改造成為太空中一個短期有人照料的空間實驗平台，多名航天員短期駐留太空，參與完成多項科學實驗，載人航天工程取得關鍵性進展，第二步的第一階段任務圓滿收官。

此後，擺在航天人面前的，是補給以及循環利用技術，這些技術關係到未來空間站的組裝、航天員在空間站的生存等問題。第二步的第二階段就是要驗證這些技術，發射空間實驗室，搭建起一個平台，開展技術、應用等各類試驗，為載人航天工程第三步，即建造中國空間站打下基礎。

空間站，和空間實驗室還不是一回事。它指的是可供多名航天員巡訪、長期工作和居住生活的載人航天器。前蘇聯發射建造的「禮炮」空間站與「和平號」空間站，以及由美國、俄羅斯、日本、加拿大、巴西和歐洲空間局共同建造的國際空間站就是其中比較知名的。

如今，中國走到的空間實驗室階段，更像是空間站階段的前身，是從載人飛船過渡到載人航天基礎設施的試驗性航天器。「天宮二號」挑起了其中的重擔。

未來我國的空間站長什麼樣？

在「天宮二號」發射運行一段時間後，「神舟十一號」也將進入太空與之會合，屆時「神舟十一號」將搭乘兩名航天員，與「天宮二號」形成組合體，重點開展人在太空的中期駐留試驗。

而當「神舟十一號」與「天宮二號」完成對接及其他各項試驗返回之後，「天宮二號」則繼續駐留太空，等待第一艘貨運飛船「天舟一號」的到來，開展推進劑補加等相關試驗。

我國計劃在2020年前後建成的空間站總體構型是三個艙段，一個核心艙，兩個實驗艙，每個艙都是20噸級，整體呈T字構型。

這其中核心艙有5個對介面，可以對接一艘貨運飛船、兩艘載人飛船和兩個實驗艙，另有一個供航天員出艙活動的出艙口。

隨著空間實驗室任務的陸續展開，我國載人航天進入了應用發展新階段，未來空間站的實景，也將越來越清晰地展現在人們面前。

「天宮二號」上那些「不明覺厲」的實驗

「天宮二號」空間實驗室將開展十四項空間科學和應用實驗。不僅如此，與實驗有關的各種設備可謂是既富科幻色彩，又不失使用價值。例如「空間冷原子鐘」，光是聽一聽名字就覺得很厲害了……

中科院上海光機所研製的「空間冷原子鐘」搭載「天宮二號」發射升空，將成為國際上首台在軌運行並開展科學實驗的「空間冷原子鐘」,同時也是目前在空間運行的最高精度的原子鐘。

「空間冷原子鐘」將激光冷卻技術和空間微重力環境結合，有望實現10^-16量級的超高精度（約3000萬年誤差1秒），將目前人類在太空中的時間計量精度提高1~2個數量級。

開展大Prandtl數液橋熱毛細對流穩定性相關問題的研究，研究在空間微重力環境下熱毛細對流的失穩機理問題，拓展流體力學的認知領域，取得具有國際先進水平的研究成果。突破並掌握微重力環境下的液橋建橋、液面保持和失穩重建等空間實驗關鍵技術，進一步提升我國微重力流體科學的空間實驗能力和技術水平。

該平台此次的任務時研究半導體光電子材料、金屬合金及亞穩材料、納米以及複合材料等製備基理，揭示在地面重力環境下難以獲知的材料物理化學過程的規律。預期可獲得高質量的空間材料樣品，作為模型材料的結構、功能、工藝參數等方面獲得有價值的科學研究成果。

即將上天的這個爐子就是工程人員歷經三年多的攻關，專門研製的一套綜合材料實驗裝置（簡稱「實驗裝置」）。

這套實驗裝置由「材料實驗爐」（簡稱「爐子」）、「材料電控箱」和「材料樣品工具袋」三個單機構成。整個裝置共約27.6kg重，最大功耗不到200W（而一般電水壺的功率也要1000～1800W），相當於2個100W白熾燈，卻能實現真空環境下最高950℃的爐膛溫度，是不是令人驚嘆？

「天宮二號」三維成像微波高度計是國際上第一次實現寬刈幅海面高度測量並能進行三維成像的微波高度計。它採用小角度、高精度干涉測量技術，能精確獲得海面的干涉條紋信息，進而獲得三維海面形態，再經過複雜的定標最終獲得寬刈幅範圍內的海平面高度測量。

「天宮二號」伴隨衛星是一顆微納衛星，是「天宮二號」試驗任務的一部分。伴隨衛星由上海微小衛星工程中心研製，採用了小型化，輕量化，高功能密度的設計。「天宮二號」伴隨衛星搭載多個試驗載荷，並具備較強的變軌能力，具備了開展空間任務的靈活性與機動性。

「天宮二號」伴隨衛星將在在軌任務期間開展對空間組合體的飛越觀測等試驗，為主航天器的技術試驗提供支持，並拓展空間技術應用。

「天極」望遠鏡是搭載在「天宮二號」空間實驗室上的伽瑪射線偏振探測儀，是中歐國際合作項目。

「天極」望遠鏡的主要科學目標是探測研究遙遠宇宙中突然發生的伽瑪射線暴現象，並在國際上首次對伽瑪暴的偏振性質實現高精度、系統性地測量，從而深入地研究恆星演化、黑洞形成以及伽瑪暴爆發的物理機制，為更好地理解極端天體物理環境下產生的這種宇宙中最劇烈的爆發現象做出重要貢獻。

空間環境分系統(全稱：空間環境監測及物理探測分系統)主要用於實時監測「天宮二號」軌道上的輻射環境和大氣環境，實現艙外16個方向的電子、質子等帶電粒子的強度和能譜監測，以及軌道大氣密度、成分及其時空變化與空間環境污染效應監測等。

隨著人類空間活動的深入開展，人類需要飛出地球，在地外空間長期生活和工作。綠色植物可為人類和動物提供必需的食物和氧氣。

在「天宮二號」空間實驗室中將開展兩種代表性的植物——擬南芥和水稻的培養實驗，著重探索在太空環境中如何控制植物開花結種的技術與方法，為建立保障人類長期空間生存所必需的生命生態支持系統奠定基礎。中國科學院上海技術物理研究所提供的高等植物培養箱具備在軌培養單元和樣品返回單元，能夠為植物生長提供必需的水分供給以及光照、溫度控制，具備實時可見光圖像和熒光圖像獲取功能，構成了現代的迷你太空溫室，為研究植物在太空的生長發育提供支持。

作為太空實驗室里的尖端「數碼相機」，寬波段成像光譜儀擁有相當深厚的「內力」。相機被安裝在太空實驗室對地觀測面的「肚子」上，有了它，「天宮二號」可謂擁有了「火眼金睛」的本領，看海洋，看大氣，樣樣精通。

研製「天宮二號」載荷「量子密鑰分配試驗空間終端」。通過高精度自動跟瞄（ATP）系統與量子密鑰分配地面終端配合，在地面站與目標飛行器之間建立起量子信道，並在此基礎上進行空—地量子密鑰分配試驗。目標為實現世界上首個基於載人航天空間平台的空—地量子密鑰分配演示實驗。為載人航天的空地間量子保密通信，以及未來的實用化天地一體廣域量子保密通信網路建設打下基礎。