我國(guó)首個(gè)空間實(shí)驗(yàn)室—天宮-2入軌

我國(guó)首個(gè)空間實(shí)驗(yàn)室—天宮-2入軌

2016年9月15日22：04，天宮-2空間實(shí)驗(yàn)室由長(zhǎng)征-2F T2運(yùn)載火箭發(fā)射升空，之后準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定軌道，并展開太陽(yáng)電池翼，此次發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功！

天宮-2是我國(guó)第一個(gè)真正意義上的空間實(shí)驗(yàn)室，全長(zhǎng)10.4m，最大直徑3.35m，太陽(yáng)電池翼翼展達(dá)18.4m，質(zhì)量8.6t，采用實(shí)驗(yàn)艙和資源艙兩艙式構(gòu)型，設(shè)計(jì)在軌壽命不小于2年。

長(zhǎng)征-2F T2火箭與之前的長(zhǎng)征-2F T1運(yùn)載火箭技術(shù)狀態(tài)基本一致，為了進(jìn)一步提高安全性與可靠性，進(jìn)行了部分技術(shù)狀態(tài)更改。這是“長(zhǎng)征”系列運(yùn)載火箭的第236次飛行。

1　計(jì)劃概述

天宮-2空間實(shí)驗(yàn)室是我國(guó)載人航天第二步第二階段任務(wù)中第一個(gè)升空的航天器，主要完成三大任務(wù)：

一是接受神舟-11載人飛船的訪問(wèn)，完成航天員30天中期在軌駐留的任務(wù)，考核面向長(zhǎng)期飛行的乘員生活、健康和工作保障等相關(guān)技術(shù)；

二是接受我國(guó)首艘貨運(yùn)飛船天舟-1的訪問(wèn)，考核驗(yàn)證推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加技術(shù)，并成為我國(guó)第一個(gè)具備太空補(bǔ)加功能的載人航天器；

三是開展大規(guī)?？臻g科學(xué)和應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，以及在軌維修和空間站技術(shù)驗(yàn)證等試驗(yàn)。

天宮-2進(jìn)行熱試驗(yàn)

航天員看電視新聞示意圖

由于搭載了較多實(shí)驗(yàn)設(shè)備，所以為了保持與2011年升空的天宮-1目標(biāo)飛行器相同的質(zhì)量，科研人員對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了一些調(diào)整和改變。在乘組人數(shù)方面，這次減少了1位航天員，只有2位，這主要是為了使航天員能夠在軌駐留30天，還可以把省出的質(zhì)量用于多搭載一些實(shí)驗(yàn)設(shè)備。在燃料方面，這次發(fā)射時(shí)天宮-2攜帶的推進(jìn)劑比天宮-1時(shí)要少一些，因?yàn)樵?017年4月，天宮-2和天舟-1貨運(yùn)飛船對(duì)接時(shí)，天舟-1還可以為天宮-2補(bǔ)加推進(jìn)劑。

天宮-2空間實(shí)驗(yàn)室發(fā)射升空后，先進(jìn)入近地點(diǎn)200km、遠(yuǎn)地點(diǎn)350km的初始軌道，之后變軌進(jìn)入高度約380km的運(yùn)行軌道，進(jìn)行在軌測(cè)試。在神舟-11載人飛船10月中下旬發(fā)射前，天宮-2進(jìn)入高度為393km的近圓對(duì)接軌道，等待與飛船交會(huì)對(duì)接。

天宮-1與飛船的對(duì)接高度約343km。為了驗(yàn)證空間站技術(shù)，天宮-2與飛船的對(duì)接高度為393km，對(duì)星下同一地點(diǎn)的重訪周期也從2日增加到3日。這與未來(lái)我國(guó)空間站運(yùn)行的軌道高度基本相同，比之前的軌道提高了50km，飛行任務(wù)的軌道控制策略與測(cè)控模式更加接近未來(lái)空間站要求。因?yàn)檐壍捞匦圆灰粯?，每一圈轉(zhuǎn)的時(shí)間也就不一樣了，所以設(shè)計(jì)人員進(jìn)行了重新分析計(jì)算。

按計(jì)劃，天宮-2發(fā)射升空后將開展平臺(tái)和空間應(yīng)用載荷測(cè)試，并于神舟-11載人飛船發(fā)射前做好與神舟-11飛船交會(huì)對(duì)接的準(zhǔn)備。一是進(jìn)行平臺(tái)和應(yīng)用載荷的在軌測(cè)試，包括完成平臺(tái)姿軌控、供配電、信息傳輸與控制等方面的性能測(cè)試，以及交會(huì)對(duì)接支持、航天員駐留支持等功能檢查，完成應(yīng)用載荷的功能性檢查和測(cè)試，此后轉(zhuǎn)入獨(dú)立運(yùn)行模式，開展部分空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)；二是在神舟-11載人飛船發(fā)射前，天宮-2將再次進(jìn)行狀態(tài)和功能檢查，確認(rèn)是否滿足載人交會(huì)對(duì)接條件和駐留要求，并將軌道調(diào)整至高度為393km的近圓對(duì)接軌道。

后續(xù)按計(jì)劃進(jìn)行，神舟-11載人飛船將于10月中下旬在酒泉發(fā)射場(chǎng)發(fā)射，入軌后經(jīng)變軌調(diào)相，與天宮-2交會(huì)對(duì)接構(gòu)成組合體，航天員進(jìn)入天宮-2，開展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)。組合體運(yùn)行第30天時(shí)，神舟-11與天宮-2分離，航天員乘返回艙返回四子王旗主著陸場(chǎng)。天宮-2繼續(xù)在軌飛行。

2017年4月，將用長(zhǎng)征-7火箭發(fā)射天舟-1貨運(yùn)飛船，天舟-1入軌后經(jīng)變軌調(diào)相，與天宮-2交會(huì)對(duì)接構(gòu)成組合體，進(jìn)行推進(jìn)劑補(bǔ)加試驗(yàn)等。天舟-1完成組合體?？咳蝿?wù)后與天宮-2分離，開展搭載載荷試驗(yàn)。天宮-2繼續(xù)在軌飛行，開展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)與技術(shù)試驗(yàn)。

發(fā)射天宮-2是全面完成我國(guó)空間實(shí)驗(yàn)室階段任務(wù)的關(guān)鍵之戰(zhàn)，將為我國(guó)后續(xù)空間站建造和運(yùn)營(yíng)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)、積累寶貴經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于推進(jìn)我國(guó)載人航天事業(yè)持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

2　溫馨的家

天宮-2空間實(shí)驗(yàn)室是在天宮-1目標(biāo)飛行器備份產(chǎn)品的基礎(chǔ)上改進(jìn)研制而成的。與天宮-1相比，天宮-2在外形、結(jié)構(gòu)、尺寸、質(zhì)量上基本沒(méi)有變化，但是由于天宮-2執(zhí)行的任務(wù)與天宮-1的明顯不同，所以其“內(nèi)心”有很大的變化，科研人員主要圍繞其三大任務(wù)開展了很多新的設(shè)計(jì)工作。可以說(shuō)天宮-2 比天宮-1飛得更高、實(shí)驗(yàn)更多、時(shí)間更長(zhǎng)。

神舟-11在10月與天宮-2對(duì)接后，航天員將在天宮-2駐留30天，加上獨(dú)立飛行3天，總飛行時(shí)間將從神舟-10的15天增加到33天，所以是我國(guó)持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的一次載人飛行任務(wù)。為了滿足航天員中期駐留需要，對(duì)天宮-2的載人宜居環(huán)境做了重大改善，進(jìn)行了“精裝修”，以具備支持2名航天員在軌工作、生活30天的能力?？蒲腥藛T對(duì)系統(tǒng)開展了宜居環(huán)境設(shè)計(jì)，集成了內(nèi)部裝飾、艙內(nèi)活動(dòng)空間規(guī)劃、視覺(jué)環(huán)境與照明、廢棄物處理、物品管理、無(wú)線通話等宜居技術(shù)，改善了就餐和睡眠環(huán)境，增加了鍛煉設(shè)備和娛樂(lè)設(shè)施，改進(jìn)了內(nèi)飾，硬制的、軟制的扶手等，為航天員提供了舒適、人性化的空間家居環(huán)境。這些變化可以使航天員駐留期間的生活和工作更加舒適、便利和豐富多彩。

例如，在天宮-2上首次使用了可展開的多功能小平臺(tái)，航天員能在上面寫字、吃飯和做科學(xué)實(shí)驗(yàn)，從而生活工作兩不誤；在通信方面，為航天員配備了藍(lán)牙耳機(jī)和藍(lán)牙音響；用地板取代了地毯，避免有“一踩一個(gè)坑”的感覺(jué)；艙內(nèi)燈光采用米黃色色調(diào)，亮度可手動(dòng)調(diào)節(jié)，并為每個(gè)航天員安裝了床前燈；在多個(gè)區(qū)域增加不少硬質(zhì)扶手，并引入了駐留腰帶、頭戴式無(wú)線藍(lán)牙耳麥等設(shè)計(jì)來(lái)解放航天員的雙手；在鍛煉器材方面，除有動(dòng)感單車、拉力器外還增加了跑臺(tái)，并且為航天員量身定制“健身神器”——骨丟失對(duì)抗儀。多功能小平臺(tái)和跑臺(tái)采用了折疊方式進(jìn)行收納，以最大程度地節(jié)省空間。借助天地鏈路，通過(guò)地面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，航天員可與地面實(shí)現(xiàn)視頻互動(dòng)，還能在軌閱讀電子書或期刊。值得一提的是，在天宮-2的睡眠區(qū)里，設(shè)計(jì)師們還專門增加了“云插座”，可供航天員與家人進(jìn)行私密通話。

航天員在跑臺(tái)鍛煉示意圖

通過(guò)采取設(shè)備分區(qū)安裝、增設(shè)吸能裝置、優(yōu)化消聲裝置等方法，天宮-2把航天員工作區(qū)和生活區(qū)的噪音控制在了50dB這一適宜的程度。為了避免夜間天宮-2飛行進(jìn)出測(cè)控區(qū)時(shí)的語(yǔ)音通報(bào)影響航天員睡眠，科研人員還特意設(shè)計(jì)增加了進(jìn)出測(cè)控區(qū)語(yǔ)音通報(bào)“使能或禁止功能”，航天員可以根據(jù)需要自行決定是否屏蔽測(cè)控區(qū)的語(yǔ)音通報(bào)。另外，天宮-2所攜帶的熱控系統(tǒng)可以將密封艙的空氣溫度控制在22～24℃，相對(duì)濕度控制在45%～55%這樣一個(gè)人體最舒適的環(huán)境。

科研人員為天宮-2漆上了不同的顏色，四周的墻面選擇了明亮的米白色，底部選擇了深灰色，工作臺(tái)等面板采用了天藍(lán)色。這一多層次的顏色劃分，有望帶給航天員一種清爽的感覺(jué)。值得一提的是，這種漆是由航天人專門打造的“航天漆”，其首要技術(shù)指標(biāo)就是“環(huán)?！?，不能含有任何有毒、有害成分。因?yàn)樵谔窄h(huán)境中沒(méi)有了重力、氣壓的束縛，物質(zhì)的揮發(fā)速度是在地面上的數(shù)倍，一旦密閉的艙體內(nèi)使用的涂料含有有毒物質(zhì)，那將直接危害到航天員的健康。為了保障航天員在太空的空氣質(zhì)量，還專門研制了環(huán)控檢測(cè)裝置，它可以同時(shí)完成“太空之家”內(nèi)二氧化碳、乙醛等20多種氣體及有害微生物的濃度監(jiān)測(cè)，一旦有害物質(zhì)含量超過(guò)預(yù)警值，就會(huì)立即報(bào)警并指示航天員按照預(yù)定方法進(jìn)行處理，以保證航天員的生命安全。

3　技術(shù)試驗(yàn)

我國(guó)未來(lái)的空間站是長(zhǎng)期在軌飛行的，其上的推進(jìn)劑會(huì)不斷消耗，所以要定期進(jìn)行補(bǔ)加。天宮-2的任務(wù)之一就是要掌握這項(xiàng)技術(shù)，即通過(guò)和貨運(yùn)飛船交會(huì)對(duì)接，把貨運(yùn)飛船的推進(jìn)劑補(bǔ)加到天宮-2上，這個(gè)技術(shù)難度還是比較大。為了滿足推進(jìn)劑補(bǔ)加驗(yàn)證試驗(yàn)需要，對(duì)天宮-2推進(jìn)分系統(tǒng)進(jìn)行了適應(yīng)性改造，增加了推進(jìn)劑補(bǔ)加系統(tǒng)，配置了壓氣機(jī)等設(shè)備，采用了全新的儲(chǔ)箱設(shè)計(jì)。它與貨運(yùn)飛船將首次應(yīng)用推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加技術(shù)，使我國(guó)成為繼俄羅斯之后第二個(gè)在軌應(yīng)用補(bǔ)加技術(shù)的國(guó)家。這一技術(shù)研究成果可直接應(yīng)用于后續(xù)空間站工程。天宮-1上天時(shí)攜帶的推進(jìn)劑足足有1t多。由于可以在軌補(bǔ)加推進(jìn)劑，所以天宮-2只加了半箱“油”，節(jié)省的質(zhì)量可以攜帶更多的載荷產(chǎn)品和航天員的生活物資。

為了后續(xù)空間站的建設(shè)，安排了在軌維修技術(shù)驗(yàn)證和機(jī)械臂維修操作驗(yàn)證系統(tǒng)，以滿足對(duì)空間站的維修體系進(jìn)行全面驗(yàn)證的需求。因?yàn)閷?lái)空間站在軌飛行時(shí)間更長(zhǎng)，很多東西需要進(jìn)行維修、更換。所以天宮-2配備了在軌維修技術(shù)驗(yàn)證裝置、機(jī)械臂操作終端在軌維修試驗(yàn)設(shè)備，專門搭建了在軌維修的一套（驗(yàn)證）系統(tǒng)。例如，首次搭建了由機(jī)、電、液等部件組成的液體回路驗(yàn)證系統(tǒng)，用于驗(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，開展我國(guó)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(chǔ)備。值得一提的是，天宮-2的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是模塊化的，也就是說(shuō)它出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)可以快速更換和在軌維修，這在國(guó)內(nèi)空間領(lǐng)域?qū)儆谑讋?chuàng)。

科研人員通過(guò)合并同類項(xiàng)的理念，對(duì)天宮-2的供配電、熱控、數(shù)據(jù)管理等系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高度集成化模塊設(shè)計(jì)，打造出了可快速更換的模塊單元。就拿智能配電單元來(lái)說(shuō)，整合了產(chǎn)品長(zhǎng)壽命、高可靠、操作方便等要求，在我國(guó)航天器上首次采用了“插拔式”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在地面的模擬試驗(yàn)中，科研人員只需用幾分鐘就能完成一次維修更換。

天宮-2上新安裝的機(jī)械臂將測(cè)試開展艙外搬運(yùn)和維修。為了研制這條臂展超10m的“手臂”，突破了16項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，首次采用了自主爬行和雙臂組合操作的模式，以實(shí)現(xiàn)大范圍大負(fù)載操作以及局部精細(xì)化操作。

為保證儀器設(shè)備和結(jié)構(gòu)的溫度，同時(shí)為航天員提供舒適的溫濕度環(huán)境，天宮-2擁有一套卓越的“空調(diào)系統(tǒng)”。為了節(jié)省寶貴的電資源，該“空調(diào)系統(tǒng)”無(wú)需使用壓縮機(jī)，而是利用外太空的冷背景和單相流體回路的熱量收集和傳遞功能，將密封艙內(nèi)的儀器設(shè)備產(chǎn)熱、化學(xué)產(chǎn)熱和航天員產(chǎn)熱共計(jì)幾千瓦的熱量通過(guò)輻射器排散到外太空。而“基于單相流體回路的熱總線技術(shù)”能將整器需要降溫的設(shè)備熱量收集起來(lái)，把這部分廢熱傳遞到需要補(bǔ)熱的低溫結(jié)構(gòu)上，省去了低溫結(jié)構(gòu)補(bǔ)熱的電加熱功耗，實(shí)現(xiàn)了天宮-2的熱量綜合管理和高效利用。據(jù)悉，這套“空調(diào)系統(tǒng)”功率僅有220W左右，實(shí)現(xiàn)了高效節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)。

此外，針對(duì)空間實(shí)驗(yàn)室階段目標(biāo)的諸多變化，設(shè)計(jì)師們?yōu)闊峥叵到y(tǒng)增強(qiáng)了適應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)了壓氣機(jī)溫度接口的精確控溫和密封艙溫度的精確調(diào)節(jié)。而智能化的熱控核心控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)了熱控設(shè)備在軌故障的自主診斷、隔離和處置，實(shí)現(xiàn)了“空調(diào)系統(tǒng)”的高可靠性。

同天宮-2一起升空的還有1顆伴隨小衛(wèi)星，它將從天宮-2上釋放出去，然后與天宮-2伴飛，開展聯(lián)合試驗(yàn)。它搭載了多個(gè)試驗(yàn)載荷，并具備較強(qiáng)的變軌能力，根據(jù)設(shè)計(jì)，它在開展空間任務(wù)時(shí)還具有較好的靈活性與機(jī)動(dòng)性。在軌任務(wù)期間，它將開展對(duì)天宮-2和神舟-11空間組合體的飛越觀測(cè)等試驗(yàn)，即用高清相機(jī)拍攝組合體的對(duì)接狀態(tài)，為空間飛行器交會(huì)對(duì)接提供直接的影像技術(shù)支持，并拓展空間技術(shù)應(yīng)用，包括探測(cè)空間碎片。此外，天宮-2伴隨衛(wèi)星使用的是2500萬(wàn)像素全畫幅相機(jī)，比神舟-7釋放的伴隨小衛(wèi)星在分辨率和精細(xì)度上實(shí)現(xiàn)了新升級(jí)。

4　科學(xué)實(shí)驗(yàn)

為了開展大規(guī)?？臻g科學(xué)和應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，天宮-2搭載了全新配套的空間應(yīng)用系統(tǒng)的科學(xué)設(shè)備，而且無(wú)論在數(shù)量上還是安裝復(fù)雜程度上，都創(chuàng)造了我國(guó)歷次載人航天器任務(wù)之最。它搭載了空間冷原子鐘等14項(xiàng)應(yīng)用載荷，以及失重心血管研究等航天醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，其中有兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)是航天員直接參與操作的。它們主要涉及微重力基礎(chǔ)物理、微重力流體物理、空間材料科學(xué)、空間生命科學(xué)、空間天文探測(cè)、空間環(huán)境監(jiān)測(cè)、對(duì)地觀測(cè)及地球科學(xué)研究應(yīng)用以及應(yīng)用新技術(shù)試驗(yàn)等8個(gè)領(lǐng)域。

這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目絕大多數(shù)觸及當(dāng)今世界最前沿的探索領(lǐng)域，有望取得一批重大應(yīng)用成果，如“空-地量子密鑰分配與激光通信實(shí)驗(yàn)”、“熱毛細(xì)對(duì)流空間實(shí)驗(yàn)”、“微重力下植物全生育發(fā)展過(guò)程實(shí)驗(yàn)”等。同時(shí)，天宮-2搭載了全球第一臺(tái)冷原子鐘進(jìn)入太空，進(jìn)行相關(guān)科學(xué)領(lǐng)域的試驗(yàn)驗(yàn)證。其中的γ射線暴偏振探測(cè)儀（POLAR）和失重心血管功能研究為國(guó)際合作項(xiàng)目。另外，天宮-2上還搭載了香港中學(xué)生太空科技設(shè)計(jì)大賽獲獎(jiǎng)的雙擺實(shí)驗(yàn)裝置、薄膜成型實(shí)驗(yàn)裝置、太空養(yǎng)蠶實(shí)驗(yàn)裝置3個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，用于開展航天科普活動(dòng)。

天宮-2上裝載的世界第一臺(tái)空間冷原子鐘，同時(shí)也是目前在空間運(yùn)行的最高精度的原子鐘，有望實(shí)現(xiàn)10-16秒量級(jí)的超高精度，將目前人類在太空的時(shí)間計(jì)量精度提高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，也就意味著這個(gè)鐘運(yùn)行約3000萬(wàn)年才會(huì)產(chǎn)生1s的誤差，這是該領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先水平。它將對(duì)衛(wèi)星定位導(dǎo)航、引力波探測(cè)等空間科學(xué)研究產(chǎn)生重大影響。在地球上，引力的影響可能會(huì)造成鐘表的偏差。而在太空的飛行器上放置鐘表，則會(huì)免除引力的因素，達(dá)到更高的精度。此外，將冷原子鐘放置在太空，還能更方便地對(duì)其他衛(wèi)星上的原子鐘進(jìn)行時(shí)頻傳遞和校準(zhǔn)。由于從地面向太空發(fā)射時(shí)間信號(hào)時(shí)，會(huì)受到大氣和電離層的種種干擾，難免出現(xiàn)誤差。

其上名叫“天極”的γ射線暴偏振探測(cè)儀將探測(cè)研究遙遠(yuǎn)宇宙中突然發(fā)生的γ射線暴現(xiàn)象和太陽(yáng)耀斑，并在國(guó)際上首次對(duì)γ射線暴的偏振性質(zhì)實(shí)現(xiàn)高精度、高靈敏度和系統(tǒng)性地測(cè)量，從而深入地研究宇宙結(jié)構(gòu)、恒星演化、黑洞形成以及γ射線暴爆發(fā)的物理機(jī)制，為更好地理解極端天體物理環(huán)境下產(chǎn)生的這種宇宙中最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象做出重要貢獻(xiàn)。它將填補(bǔ)在當(dāng)前γ射線暴觀測(cè)中缺少高靈敏度偏振測(cè)量手段的空白。

其上的“量子密鑰分配試驗(yàn)空間終端”，將通過(guò)高精度自動(dòng)跟瞄系統(tǒng)與量子密鑰分配地面終端配合，在地面站與目標(biāo)飛行器之間建立起量子信道，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行空-地量子密鑰分配實(shí)驗(yàn)。其目標(biāo)為實(shí)現(xiàn)世界上首個(gè)基于載人航天空間平臺(tái)的空-地量子密鑰分配演示實(shí)驗(yàn)，為載人航天的空地間量子保密通信，以及未來(lái)的實(shí)用化天地一體廣域量子保密通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)打下基礎(chǔ)。

空間冷原子鐘

液橋熱毛細(xì)對(duì)流實(shí)驗(yàn)

紫外臨邊成像儀的環(huán)形光譜成像儀

其上的寬波段成像光譜儀、三維成像微波高度計(jì)、紫外臨邊成像光譜儀等新一代對(duì)地觀測(cè)遙感儀器和地球科學(xué)研究?jī)x器，技術(shù)體制新，指標(biāo)先進(jìn)，這些載荷的應(yīng)用將會(huì)提高我國(guó)在全球氣候變化研究、大氣污染和大氣成分監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的技術(shù)水平，產(chǎn)生顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。其中的三維成像微波高度計(jì)是國(guó)際上第一次實(shí)現(xiàn)寬刈幅海面高度測(cè)量并能進(jìn)行三維成像的微波高度計(jì)，它采用小角度、高精度干涉測(cè)量技術(shù)，能精確獲得海面的干涉條紋信息，進(jìn)而獲得三維海面形態(tài)，再經(jīng)過(guò)復(fù)雜的定標(biāo)最終獲得寬刈幅范圍內(nèi)的海平面高度測(cè)量。

其上的空間環(huán)境分系統(tǒng)主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)天宮-2軌道上的輻射環(huán)境和大氣環(huán)境，實(shí)現(xiàn)艙外16個(gè)方向的電子、質(zhì)子等帶電粒子的強(qiáng)度和能譜監(jiān)測(cè)，以及軌道大氣密度、成分及其時(shí)空變化與空間環(huán)境污染效應(yīng)監(jiān)測(cè)等。

將開展Prand tl數(shù)液橋熱毛細(xì)對(duì)流穩(wěn)定性相關(guān)問(wèn)題的研究，研究在空間微重力環(huán)境下熱毛細(xì)對(duì)流的失穩(wěn)機(jī)理問(wèn)題，拓展流體力學(xué)的認(rèn)知領(lǐng)域，取得具有國(guó)際先進(jìn)水平的研究成果。為生產(chǎn)出高質(zhì)量的半導(dǎo)體材料，就要科學(xué)地控制單晶硅在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中浮力對(duì)流和熱毛細(xì)對(duì)流的影響，而太空特有的微重力環(huán)境將使科學(xué)家能深入剖析熱毛細(xì)對(duì)流的真實(shí)過(guò)程。突破并掌握微重力環(huán)境下的液橋建橋、液面保持和失穩(wěn)重建等空間實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)，從而進(jìn)一步提升我國(guó)微重力流體科學(xué)的空間實(shí)驗(yàn)?zāi)芰图夹g(shù)水平。

將利用微重力開展包括半導(dǎo)體光電子晶體材料、納米復(fù)合和新型金屬基復(fù)合材料等在內(nèi)的12項(xiàng)材料的生長(zhǎng)與制備，揭示在地面重力環(huán)境下難以獲知的材料物理化學(xué)過(guò)程的規(guī)律。預(yù)期可獲得高質(zhì)量的空間材料樣品，在模型材料的結(jié)構(gòu)、功能、工藝參數(shù)等方面獲得有價(jià)值的科學(xué)研究成果。

高等植物擬南芥、水稻的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)

寬波段成像光譜儀

為此，專門研制了一套綜合材料實(shí)驗(yàn)裝置（簡(jiǎn)稱“實(shí)驗(yàn)裝置”）。這套實(shí)驗(yàn)裝置由“材料實(shí)驗(yàn)爐”（簡(jiǎn)稱“爐子”）、“材料電控箱”和“材料樣品工具袋”三個(gè)單機(jī)構(gòu)成。整個(gè)裝置質(zhì)量共約27.6kg，最大功耗不到2 00W（而一般電水壺的功率也要1000～1800W），相當(dāng)于2個(gè)100W白熾燈，卻能實(shí)現(xiàn)真空環(huán)境下最高950℃的爐膛溫度。

計(jì)劃通過(guò)“實(shí)驗(yàn)裝置”進(jìn)行18個(gè)樣品的空間實(shí)驗(yàn)，其分三批次進(jìn)行，每批次6個(gè)。第一批次樣品隨材料實(shí)驗(yàn)爐發(fā)射升空后直接在艙內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，待交會(huì)對(duì)接之后由航天員進(jìn)行材料實(shí)驗(yàn)爐的開蓋換樣品操作，這將是中國(guó)航天員首次進(jìn)行在軌操作的空間材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)。航天員在軌將完成兩次開蓋換樣品的操作，之后將完成實(shí)驗(yàn)的兩批樣品帶回地面，供科學(xué)家解剖分析研究。第三批次的6個(gè)樣品將留軌進(jìn)行裝置熱特性測(cè)量的實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)傳回地面進(jìn)行分析研究。

其上將開展兩種代表性的植物——擬南芥和水稻的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，分別提供長(zhǎng)日照和短日照的培養(yǎng)條件，這也是國(guó)際上首次在同一空間培養(yǎng)箱中同時(shí)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)日與短日植物的培養(yǎng)與實(shí)時(shí)觀察。該實(shí)驗(yàn)著重探索在太空環(huán)境中如何控制植物開花結(jié)種的技術(shù)與方法，為建立保障人類長(zhǎng)期空間生存所必需的生命生態(tài)支持系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

隨著天宮-2的發(fā)射，我國(guó)就具備了開展較大規(guī)?？臻g實(shí)驗(yàn)和空間應(yīng)用的條件，從而使我國(guó)載人航天事業(yè)開始進(jìn)入應(yīng)用發(fā)展的新階段。

宗核/文

China’s First Space Laboratory TG-2 Entered Orbit