天宮二號上開展的十項空間實驗

□ 安 利

天宮二號上開展的十項空間實驗

□ 安 利

如果說天宮一號是為了解決交會對接問題而發射的一個目標飛行器，那么天宮二號則是中國第一個真正意義上的空間實驗室，將開展14項科學研究實驗。下面就介紹其中的一些實驗

1.空間冷原子鐘

這是全球首臺在軌運行的冷原子鐘。目前投入應用的精度最高的冷原子鐘是利用激光冷卻和囚禁原子技術的(銫原子)噴泉鐘，而空間冷原子鐘借助太空微重力環境，把冷原子鐘所能達到的精度又提高了一兩個數量級，意味著這個鐘在太空運行約3000萬年才會產生1秒的誤差。這將大幅提高我國“北斗”導航系統的定位精度，甚至可以達到厘米級的程度。

2.“天極”望遠鏡

天宮二號攜帶了全球首個高靈敏度伽馬射線暴偏振探測儀——“天極”望遠鏡。此項目由中國和瑞士合作開展，是中國空間天文“黑洞探針”計劃的組成部分。“天極”用1600個敏感元件，組合成如同昆蟲“復眼”一般的探測器陣列，來觀測伽馬射線的偏振現象。當恒星演化到最后時刻以及兩個黑洞或者中子星最后并合在一起的時候，會伴隨強烈的伽馬射線的爆發。這種爆發的能量要比超新星爆發的總能量還高成千上萬倍，被認為是宇宙大爆炸之后最劇烈的天體爆發現象。偏振信息是研究伽馬暴現象的重要參考信息。

3.量子密鑰分配

世界第一條量子保密通信主干線路“京滬干線”即將建成，而為了實現更遠距離的量子保密通信，除了繼續建設地面光纖網絡以外，還需要借助天上的多個飛行器，實現光纖無法覆蓋區域的空-地間量子密鑰分配。天宮二號上的“量子密鑰分配”載荷就是以實現空-地間實用化的量子密鑰分配為目標，通過天上發射一個個單光子并在地面接收，生成“天機不可泄露”的量子密鑰。

4.熱毛細對流實驗

在流體的交界面上存在著分子與分子之間的相互作用力也就是表面張力。當流體交界面上的溫度分布不均勻時，就會造成在不同的位置表面張力的大小不同，從而形成驅動流體流動的現象，即熱毛細對流。熱毛細對流現象在實際工業生產中有著廣泛的應用，特別是高質量晶體生長過程。但科學家對熱毛細流動的認知仍然十分有限，故有必要在太空完全失重的特殊條件下開展此項研究。

5.三維成像微波高度計

大海有多深，從太空測得更真。天宮二號搭載的三維成像微波高度計，能以幾厘米到十幾厘米的精度精確測量數十千米觀測幅寬范圍內的海平面高度，并且獲得海面的三維形態。微波高度計實驗的實施有望為研究全球的海洋動力環境提供直接的科學觀測數據，同時也為全球能量交換、氣候變化的研究提供不可或缺的科學依據。

6.寬波段成像光譜儀

它由8臺分4層結構設計的小相機組成，包括3臺可見光近紅外波段相機，2臺短波紅外波段相機，2臺熱紅外波段相機，1臺可見光波段偏振相機。這些相機通過視場拼接組合在一起，不僅讓相機“看”得更寬，還能同時獲取同一目標的圖像、光譜和偏振信息。有了它，天宮二號就如同擁有了“火眼金睛”，可以看海洋——觀測海洋水色和水溫；看大氣——優化氣象預報。

7.現代迷你太空溫室

為了探索太空閉環生態系統技術，天宮二號將選取兩種代表性植物——水稻和擬南芥進行“從種子到種子”的植物生長全周期實驗。通過水分供給和光照、溫度控制，來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。

8.綜合材料實驗

該實驗平臺將研究半導體光電子材料，金屬合金及亞穩材料，納米以及復合材料等制備基理，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，并有望獲得高質量的空間材料樣品。進行綜合材料實驗的主要裝置是一個重約28千克的爐子，它能以不到200瓦的功率，實現真空環境下950℃的爐膛高溫。

9.空間環境分系統

空間環境監測及物理探測分系統主要用于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。

10.伴隨衛星

天宮二號在太空中有一個如影隨形的守護神——伴隨衛星，這顆微納衛星搭載了高分辨率全畫幅可見光相機，將會利用實時跟隨的位置優勢，為天宮二號在軌任務以及天宮二號與神舟11號組合體進行高分辨率成像。還可以作為主航天器的安全輔助工具，對主航天器進行工作狀態監測、安全防衛，可以為航天員出艙活動及空間飛行器交會對接等提供直接的技術支持。

（摘自《百科知識》2016年第11期）