“天宮2”號先進(jìn)在哪里？

高峰

2016年9月15日晚，中秋之夜，中國首個真正意義上的空間實(shí)驗(yàn)室——“天宮2”號開啟太空之旅。“天宮2”號的成功發(fā)射，使中國大步邁向空間站時代，吸引了全球目光。中國空間站預(yù)計2020年左右建成，如果“天宮2”號狀態(tài)良好，延期“服役”，太空上或?qū)⑹状纬霈F(xiàn)空間實(shí)驗(yàn)室與空間站交相輝映的畫面。

相對此前，這次“天宮2”號與“神舟11”號的交會對接、組合體運(yùn)行和飛船返回，都在距地面約390千米的軌道開展，這與未來空間站的軌道高度基本相同，飛行任務(wù)的軌道控制策略與測控模式也十分接近未來空間站的要求。

“天宮2”號空間實(shí)驗(yàn)室是在“天宮1”號目標(biāo)飛行器備份產(chǎn)品的基礎(chǔ)上改進(jìn)研制而成的，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，采用實(shí)驗(yàn)艙和資源艙兩艙構(gòu)型，設(shè)計在軌壽命不小于2年，主要任務(wù)是接受載人飛船和貨運(yùn)飛船訪問，開展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和相關(guān)技術(shù)試驗(yàn)，驗(yàn)證空間站建造和運(yùn)營的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)。

“天宮2”號是中國第一個真正意義上的空間實(shí)驗(yàn)室，是執(zhí)行中國載人航天工程中科學(xué)任務(wù)

最多的一次飛行。

“天宮2”號搭載了14項(xiàng)應(yīng)用載荷，其中有一臺冷原子鐘，3000萬年才出現(xiàn)1秒誤差。這種計時器用激光冷凍原子，沒有熱運(yùn)動，節(jié)拍就測得更準(zhǔn)。它在太空發(fā)出信號校準(zhǔn)其他衛(wèi)星上的時間，相比從地面發(fā)出的信號，避免了大氣和電離層的干擾，誤差更小。這一創(chuàng)新讓全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的精度大幅提升，也是人類首次在太空實(shí)驗(yàn)冷原子鐘。

它還帶了一個“ 煉丹爐”——綜合材料實(shí)驗(yàn)裝置。爐子不到200瓦，但隔熱好，最高能燒到950℃，足以熔化玻璃。爐膛旁有一個類似左輪手槍的旋轉(zhuǎn)裝置，可裝6發(fā)材料彈，并將它們輪流塞進(jìn)爐子。在此次任務(wù)中帶來了18種材料，用于光通信、電子元件、渦輪葉片、X光接收、熱成像和紅外探測等。

“天宮2”號上的一個實(shí)驗(yàn)箱可以將一種低黏度硅油（這種硅油在化妝品中也可以見到）拉出130多種不同粗細(xì)的液體橋。同樣的實(shí)驗(yàn)在地面上只能拉出4毫米長的液體橋，而在太空中能拉出2厘米長，在此過程中需要排出硅油中所有的氣泡。

“天宮2”號搭載了一個小溫室。擬南芥（常用的實(shí)驗(yàn)植物）和水稻的種子會在6個月的全生命周期中萌發(fā)、抽穗、開花、結(jié)籽，有相機(jī)和溫度計全程記錄。生長盒透氣不透水，凝結(jié)的水珠在失重環(huán)境里不會下落，可通過特殊裝置回到土壤。航天員將回收擬南芥，把它發(fā)回地面研究。

中國與瑞士、波蘭還在“天宮2”號上合作開展了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)——能看到伽馬射線偏振波的天極望遠(yuǎn)鏡。伽馬射線暴與黑洞密切相關(guān)，以前很難測量它的偏振狀態(tài)。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)對以后探測黑洞和中子星非常有幫助。

通過微波天線，“天宮2”號還能測繪海平面的三維圖，這有助于天氣預(yù)報和海嘯監(jiān)測。另外，“天宮2”號上還帶了量子密鑰分配機(jī)器，可以將攜帶了密碼的光子打到地面望遠(yuǎn)鏡上?！疤鞂m2”號的飛行軌道高度大約為390千米，飛行速度約8千米/秒，地面站的接收口徑約1米。實(shí)驗(yàn)的精準(zhǔn)程度就如同在一輛全速行駛的高鐵上，把一枚枚硬幣準(zhǔn)確地投入10千米以外的一個固定的礦泉水瓶。只要是成功分配的量子密鑰，就一定是沒有被竊聽過的安全密鑰。

在與“神舟11”號飛船對接前，“天宮2”號釋放了一顆伴隨衛(wèi)星，它是邊長30多厘米的立方體，搭載2500萬像素的相機(jī)和一臺魚眼相機(jī)，前者拍攝對接，后者監(jiān)測太空中飛來的碎片。伴隨衛(wèi)星距離“天宮2”號1千米至500千米，用太陽能加熱液化氣推進(jìn)。以后這種小衛(wèi)星可以幫助航天員執(zhí)行任務(wù)，或者修復(fù)航天器。

與“天宮1”號相比，“天宮2”號不僅裝備更優(yōu)、裝載量更大、內(nèi)部環(huán)境更好，搭載的設(shè)備

也更先進(jìn)。其上搭載的空間應(yīng)用系統(tǒng)的科學(xué)設(shè)備，無論是數(shù)量還是安裝復(fù)雜程度，都創(chuàng)造了歷次載人航天器任務(wù)之最。例如，首次搭建了液體回路驗(yàn)證系統(tǒng)，驗(yàn)證空間站維修技術(shù)；首次搭載了機(jī)械臂操作終端試驗(yàn)器（機(jī)械臂，通俗解釋就是一種典型的空間機(jī)器人，能用于空間站的在軌組裝、在軌維修、貨物搬運(yùn)與轉(zhuǎn)移、輔助航天員出艙活動等），將第一次開展中國人機(jī)協(xié)同太空在軌維修試驗(yàn)，為以后空間站任務(wù)提供技術(shù)儲備；為滿足推進(jìn)劑補(bǔ)加驗(yàn)證試驗(yàn)的需要，對推進(jìn)分系統(tǒng)進(jìn)行了適應(yīng)性改造。