天宮二號(hào)上開展的十項(xiàng)空間實(shí)驗(yàn)

□ 安 利

天宮二號(hào)上開展的十項(xiàng)空間實(shí)驗(yàn)

□ 安 利

如果說天宮一號(hào)是為了解決交會(huì)對(duì)接問題而發(fā)射的一個(gè)目標(biāo)飛行器，那么天宮二號(hào)則是中國(guó)第一個(gè)真正意義上的空間實(shí)驗(yàn)室，將開展14項(xiàng)科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)。下面就介紹其中的一些實(shí)驗(yàn)

1.空間冷原子鐘

這是全球首臺(tái)在軌運(yùn)行的冷原子鐘。目前投入應(yīng)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(shù)的(銫原子)噴泉鐘，而空間冷原子鐘借助太空微重力環(huán)境，把冷原子鐘所能達(dá)到的精度又提高了一兩個(gè)數(shù)量級(jí)，意味著這個(gè)鐘在太空運(yùn)行約3000萬(wàn)年才會(huì)產(chǎn)生1秒的誤差。這將大幅提高我國(guó)“北斗”導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度，甚至可以達(dá)到厘米級(jí)的程度。

2.“天極”望遠(yuǎn)鏡

天宮二號(hào)攜帶了全球首個(gè)高靈敏度伽馬射線暴偏振探測(cè)儀——“天極”望遠(yuǎn)鏡。此項(xiàng)目由中國(guó)和瑞士合作開展，是中國(guó)空間天文“黑洞探針”計(jì)劃的組成部分?！疤鞓O”用1600個(gè)敏感元件，組合成如同昆蟲“復(fù)眼”一般的探測(cè)器陣列，來觀測(cè)伽馬射線的偏振現(xiàn)象。當(dāng)恒星演化到最后時(shí)刻以及兩個(gè)黑洞或者中子星最后并合在一起的時(shí)候，會(huì)伴隨強(qiáng)烈的伽馬射線的爆發(fā)。這種爆發(fā)的能量要比超新星爆發(fā)的總能量還高成千上萬(wàn)倍，被認(rèn)為是宇宙大爆炸之后最劇烈的天體爆發(fā)現(xiàn)象。偏振信息是研究伽馬暴現(xiàn)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(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的量子保密通信，除了繼續(xù)建設(shè)地面光纖網(wǎng)絡(luò)以外，還需要借助天上的多個(gè)飛行器，實(shí)現(xiàn)光纖無(wú)法覆蓋區(qū)域的空-地間量子密鑰分配。天宮二號(hào)上的“量子密鑰分配”載荷就是以實(shí)現(xiàn)空-地間實(shí)用化的量子密鑰分配為目標(biāo)，通過天上發(fā)射一個(gè)個(gè)單光子并在地面接收，生成“天機(jī)不可泄露”的量子密鑰。

4.熱毛細(xì)對(duì)流實(shí)驗(yàn)

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(dāng)流體交界面上的溫度分布不均勻時(shí)，就會(huì)造成在不同的位置表面張力的大小不同，從而形成驅(qū)動(dòng)流體流動(dòng)的現(xiàn)象，即熱毛細(xì)對(duì)流。熱毛細(xì)對(duì)流現(xiàn)象在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用，特別是高質(zhì)量晶體生長(zhǎng)過程。但科學(xué)家對(duì)熱毛細(xì)流動(dòng)的認(rèn)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(xiàng)研究。

5.三維成像微波高度計(jì)

大海有多深，從太空測(cè)得更真。天宮二號(hào)搭載的三維成像微波高度計(jì)，能以幾厘米到十幾厘米的精度精確測(cè)量數(shù)十千米觀測(cè)幅寬范圍內(nèi)的海平面高度，并且獲得海面的三維形態(tài)。微波高度計(jì)實(shí)驗(yàn)的實(shí)施有望為研究全球的海洋動(dòng)力環(huán)境提供直接的科學(xué)觀測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)也為全球能量交換、氣候變化的研究提供不可或缺的科學(xué)依據(jù)。

6.寬波段成像光譜儀

它由8臺(tái)分4層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的小相機(jī)組成，包括3臺(tái)可見光近紅外波段相機(jī)，2臺(tái)短波紅外波段相機(jī)，2臺(tái)熱紅外波段相機(jī)，1臺(tái)可見光波段偏振相機(jī)。這些相機(jī)通過視場(chǎng)拼接組合在一起，不僅讓相機(jī)“看”得更寬，還能同時(shí)獲取同一目標(biāo)的圖像、光譜和偏振信息。有了它，天宮二號(hào)就如同擁有了“火眼金睛”，可以看海洋——觀測(cè)海洋水色和水溫；看大氣——優(yōu)化氣象預(yù)報(bào)。

7.現(xiàn)代迷你太空溫室

為了探索太空閉環(huán)生態(tài)系統(tǒng)技術(shù)，天宮二號(hào)將選取兩種代表性植物——水稻和擬南芥進(jìn)行“從種子到種子”的植物生長(zhǎng)全周期實(shí)驗(yàn)。通過水分供給和光照、溫度控制，來探索在太空環(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)。

8.綜合材料實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)將研究半導(dǎo)體光電子材料，金屬合金及亞穩(wěn)材料，納米以及復(fù)合材料等制備基理，揭示在地面重力環(huán)境下難以獲知的材料物理化學(xué)過程的規(guī)律，并有望獲得高質(zhì)量的空間材料樣品。進(jìn)行綜合材料實(shí)驗(yàn)的主要裝置是一個(gè)重約28千克的爐子，它能以不到200瓦的功率，實(shí)現(xiàn)真空環(huán)境下950℃的爐膛高溫。

9.空間環(huán)境分系統(tǒng)

空間環(huán)境監(jiān)測(cè)及物理探測(cè)分系統(tǒng)主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)天宮二號(hào)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。

10.伴隨衛(wèi)星

天宮二號(hào)在太空中有一個(gè)如影隨形的守護(hù)神——伴隨衛(wèi)星，這顆微納衛(wèi)星搭載了高分辨率全畫幅可見光相機(jī)，將會(huì)利用實(shí)時(shí)跟隨的位置優(yōu)勢(shì)，為天宮二號(hào)在軌任務(wù)以及天宮二號(hào)與神舟11號(hào)組合體進(jìn)行高分辨率成像。還可以作為主航天器的安全輔助工具，對(duì)主航天器進(jìn)行工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)、安全防衛(wèi)，可以為航天員出艙活動(dòng)及空間飛行器交會(huì)對(duì)接等提供直接的技術(shù)支持。

（摘自《百科知識(shí)》2016年第11期）