天宮二號圓滿謝幕空間站后續(xù)更精彩

+張雪松

北京時間7月19日21時06分，天宮二號空間實驗室受控離軌并再入大氣層，隨后少量殘骸落入位于南太平洋的“衛(wèi)星墳場”，宣告天宮二號近3年來的任務(wù)圓滿落幕。天宮二號是我國載人航天承上啟下的重要一步，雖然壽命不長，但成績可圈可點，天宮二號任務(wù)的結(jié)束標志我國載人航天空間實驗室階段的完成，接下來將進入更精彩的載人空間站階段。

天宮二號實驗室成果多

天宮二號空間實驗室于2016年9月15日晚發(fā)射升空，它是天宮一號目標飛行器的兄弟，但天宮一號的主要任務(wù)是突破和掌握空間交會對接技術(shù)，而天宮二號則更多偏重于空間科學(xué)實驗任務(wù)。

天宮一號空間實驗室和三艘神舟飛船進行了六次交會對接，空間對接已不再是天宮二號的主要試驗任務(wù)，但天宮一號飛行器沒有推進劑補加能力，兩次載人飛行的時間也都不長，而天宮二號設(shè)計上增加了在軌補加系統(tǒng)，發(fā)射時可以只裝一半推進劑，從而為空間科學(xué)實驗載荷和航天員活動物資留出更多的空間。神舟十一號飛船和天宮二號交會對接后，三位航天員在天宮二號上生活了30天之久，驗證了天宮二號環(huán)境控制以及生命維持系統(tǒng)的性能，標志著中國航天正式突破了航天員中期在軌駐留的門檻，為未來空間站90天乃至180天的長期駐留做好了準備。

天舟飛船與天宮二號對接瞬間

天宮二號雖然只加了“半油”，但它卻無需擔(dān)心燃料不夠，2017年4月20日我國使用長征七號火箭將天舟一號貨運飛船發(fā)射上天，4月22日它和天宮二號空間實驗室完成首次自動交會對接，并在次日開展了第一次推進劑補加試驗，這是我國的首次推進劑補加試驗，我國也由此成為俄羅斯之后第二個掌握推進劑補加技術(shù)的國家，此后6月15日和9月16日又進行了兩次推進劑補給試驗，進一步驗證了這項技術(shù)突破，為空間站建設(shè)和運營中推進劑補給積累了經(jīng)驗。

值得一提的是，天舟一號和天宮二號還進行了快速交會對接試驗，2017年9月12日的試驗中，天宮一號從遠距離導(dǎo)引段到完成對接歷時約6.5小時，這項技術(shù)的突破為未來神舟載人飛船快速交會對接空間站奠定了基礎(chǔ)。

天宮二號不僅是載人航天工程的驗證者，它更大的亮點還在于作為太空科學(xué)實驗的承載者，是我國第一個真正意義上的太空實驗室，天宮二號搭載了4大領(lǐng)域的14項空間科學(xué)和應(yīng)用任務(wù)，科研載荷重量約600千克，累計開展了60多項空間科學(xué)實驗和應(yīng)用技術(shù)試驗，無愧于空間實驗室的稱謂。天宮二號空間實驗室的超高精度空間冷原子鐘是世界上第一臺在軌運行的冷原子鐘，軌道上實際測試達到了7.2E-16（3000萬年誤差一秒）的驚人精度，將為未來北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提高授時和定位精度做出重要貢獻，在其他需要超高精度時間的科學(xué)實驗中也將發(fā)揮重要作用；天宮二號還攜帶了中瑞聯(lián)合研制的伽瑪暴偏振探測儀（POLAR），它不僅是國際上第一臺寬視場的專用伽瑪暴偏振探測儀，也為我國后續(xù)再空間站上開展空間天文觀測的先聲。在軌期間POLAR探測到55個伽瑪暴事件，還觀測到著名的蟹狀星云的脈沖星信號，并在國內(nèi)首次利用脈沖星信號進行定軌，精度可達10公里級別，這個精度在地球軌道上沒什么價值，但在未來深空探測尤其是星際探測中卻可以發(fā)揮重要作用；天宮二號還開展了綜合材料實驗和高等植物培養(yǎng)實驗，材料實驗的樣品基本是國際上首次實驗，包括納米復(fù)合光學(xué)材料以及高性能熱電轉(zhuǎn)換材料等，天宮二號的綜合材料實驗平臺上獲得了10多支高質(zhì)量的材料樣品，空間材料技術(shù)也是空間科學(xué)實驗?zāi)酥廖磥砜臻g工業(yè)化的重要組成部分。植物培植實驗中使用擬南芥和水稻作為種子，利用人工光照和水循環(huán)系統(tǒng)，在6個月的時間內(nèi)完成了國內(nèi)高等植物從種子到種子的的全過程生長過程，實驗中還發(fā)現(xiàn)植物在空間微重力環(huán)境下的不同，包括擬南芥開花延遲、植物壽命延長等現(xiàn)象，為我們?nèi)祟愇磥黹L期空間探索以及開展太空農(nóng)業(yè)提供了重要信息。

航天員景海鵬（右）在天宮二號介紹太空中的植物栽培情況。

天宮二號搭載的生菜實驗

天宮二號作為一個8噸級的大型近地軌道平臺，也搭載了諸如三維成像微波高度計和寬波段成像計等對地傳感器，分別用于測量海平面高度數(shù)據(jù)，以及海洋和陸地等多方面的多光譜影像，通俗的說就是一個特大號的可載人遙感衛(wèi)星。天宮二號還搭載了空間環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，可以實時監(jiān)測軌道上的高空大氣環(huán)境和輻射環(huán)境，積累了大量的大氣成分密度以及空間輻射環(huán)境數(shù)據(jù)。此外我國還利用天宮二號進行了激光高精度定軌實驗，定軌精度可達厘米級，為軌道測量獲取了高價值數(shù)據(jù)。總而言之，我國在天宮二號開展了一系列空間科學(xué)和應(yīng)用實驗，推動了我國空間科研的發(fā)展，突破和掌握了一批空間應(yīng)用新技術(shù)，無愧空間實驗室之名，也為未來空間站上開展大規(guī)?？臻g科學(xué)和應(yīng)用實驗奠定了堅實的基礎(chǔ)。

天宮號空間站能力強

天宮二號實驗室已經(jīng)受控墜落，為1036天的生命畫上了一個圓滿的句號，也標志著中國載人航天空間實驗室階段的正式結(jié)束。展望未來，天宮號大型空間站將在2020-2021年發(fā)射第一個艙段，將為中國載人航天書寫更輝煌的篇章。

2010年9月中國空間站工程正式立項，分為空間實驗室任務(wù)和空間站任務(wù)兩個階段實施，現(xiàn)在空間實驗室階段已經(jīng)落幕，為我國空間站的建造和長期運行奠定了基礎(chǔ)，中國載人航天已經(jīng)全面邁入空間站時代。我國計劃在2022年前后建成天宮號空間站，掌握近地軌道的長期載人飛行技術(shù)，具備開展大規(guī)?？臻g科學(xué)實驗和技術(shù)試驗，以及綜合開發(fā)太空資源的能力。天宮號空間站按長期載人3人設(shè)計，設(shè)計壽命為10年，但具備延壽到十幾或二十年的潛力，空間站每半年由神舟號載人飛船進行人員輪換，貨運飛船每年執(zhí)行一次推進劑和物資補給任務(wù)，它還裝有大量空間科學(xué)和應(yīng)用載荷，是一個長期有人駐留的國家級太空實驗室，甚至有可能在2024年后成為地球軌道上唯一的載人空間站。

天宮號空間站是一個大型的多艙式在軌組裝平臺，包括天和號核心艙、問天號和夢天號實驗艙，以及一個獨立運行的巡天號光學(xué)艙。我國原計劃2018年發(fā)射核心艙，不過由于長征五號火箭發(fā)射失利的意外，首次發(fā)射推遲到2020年，如果一切順利的話，2020年底我國將使用長征五號B火箭從海南文昌發(fā)射場發(fā)射入軌，拉開載人空間站建造工作的序幕。天和號、問天號和夢天號艙段都是22噸級的大型艙段，我國現(xiàn)在的長征二號F以及長征七號火箭都不具備發(fā)射它們的運載能力，只能由新研制的長征五號B火箭發(fā)射。雖然空間站的發(fā)射建造因為火箭原因推遲，但它一個艙段幾乎頂?shù)蒙先齻€天宮二號的重量，空間站性能也有了巨大的提高，等待雖長但物有所值。

溫馨的太空之家

中國空間站運行于高度340-450千米、傾角41-42度的橢圓近地軌道，空間站組合體呈核心艙居中兩個實驗艙分居左右的T字形基本構(gòu)型，采用三軸穩(wěn)定對地指向控制模式，空間站的3個22噸級艙段總重量約66噸，加上兩艘神舟飛船和一艘天舟飛船總重量約90噸，屬于百噸級大型載人空間站。天和號核心艙前段節(jié)點艙部分設(shè)有兩個對接口，可接納載人飛船對接停靠，而剛剛墜落的天宮二號僅有一個對接口，無法同時接納載人飛船和貨運飛船。節(jié)點艙部分還有左右兩個?？靠?，分別用于兩個實驗艙的長期?？?，節(jié)點艙還兼職臨時氣閘艙，頂部就是航天員出艙口。核心艙尾部設(shè)有一個對接口，這是貨運飛船補給端口，空間站建造和運行階段的物資和設(shè)備從此補給。核心艙主要用于空間站的控制和管理，也是航天員工作和生活的場所，同時也支持部分科學(xué)研究，而空間科學(xué)和應(yīng)用研究主要由兩個實驗艙實現(xiàn)。

天宮號空間站為空間科研應(yīng)用做了全面和充分的準備，核心艙和兩個實驗艙內(nèi)都配備了通用機柜，包括16個專用科學(xué)實驗柜以及7個實驗機柜的空置空間，這些試驗設(shè)施將用于開展航天醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)、微重力基礎(chǔ)物理和流體物理，以及空間材料科學(xué)和航天新技術(shù)等多個學(xué)科的數(shù)百項空間科學(xué)和應(yīng)用實驗項目。兩個實驗艙還配備了艙外暴露試驗平臺，平臺上裝有標準載荷適配器，用于開展天文和地球觀測，以及空間材料科學(xué)和生物科學(xué)在內(nèi)的多種試驗，核心艙配備了一個大型載荷掛點，掛載總量可達500千克，實驗艙I/問天號有一個大型載荷掛點和一個擴展實驗平臺掛點，載荷總總量可達2噸！用于安裝大型非標準艙外暴露載荷，核心艙和實驗艙I還各配備了一套機械臂，用于更好的支持艙外載荷的安裝和試驗。天和號空間站上裝有高能宇宙輻射探測設(shè)施(HERD)，它不僅具有更高的分辨能力，可以通過觀測高能電子和伽瑪射線能譜及其空間分布探測并研究暗物質(zhì)粒子的物理性質(zhì)，而且觀測能段延伸到PeV量級，有望用于研究銀河系宇宙射線的起源問題?？臻g站工程還包括一個獨立發(fā)射和飛行的巡天號光學(xué)艙，這個獨立自由飛行平臺裝有一個2米口徑的大型望遠鏡用于巡天觀測，以暗能量為主要科學(xué)目標。

天宮號空間站具有強大的空間科學(xué)和應(yīng)用能力，也因此吸引了全世界的目光。為了向世界各國提供開展空間科學(xué)和應(yīng)用實驗的機會，我國和聯(lián)合國外空司聯(lián)合邀請世界各國開展合作，今年6月中國載人航天辦和聯(lián)合國外空司在維也納發(fā)布第一批國際合作項目的定選結(jié)果，來自17個國家的9個項目成功入選，我國還計劃繼續(xù)和聯(lián)合國外空司合作發(fā)布第二輪合作機會公告。中國空間站國際合作除了通過聯(lián)合國搭車的，意大利航天局還和我國合作，不僅開展空間科學(xué)應(yīng)用合作，還可能聯(lián)合研制一個艙段對接空間站，為國際載人航天合作書寫新的篇章。

中國空間站不僅是一個空間科研平臺，也是未來太空產(chǎn)業(yè)化的孵化器，我國正在開展載人空間站商業(yè)化應(yīng)用等方面的研究，促進太空原位制造和太空旅游等太空經(jīng)濟的發(fā)展，使載人航天的發(fā)展成果惠及中國經(jīng)濟。隨著3D打印等技術(shù)的進步，以及太空在軌補給和維護技術(shù)的突破，說不定不遠的將來，天宮號空間站將變身為衛(wèi)星制造工廠和維護平臺，成為中國真正的太空港。中國載人航天還有更宏偉的目標，未來載人航天將從近地軌道逐步走向地月空間乃至更遙遠的深空，我國立足本國國情，正在研究以近地軌道空間站為太空港的可重復(fù)使用的地月空間運輸體系，載人航天發(fā)展兼顧近地空間和地月空間，讓天宮號空間站將成為新長征的起點，支撐未來的載人登月和月球基地建設(shè)。SATNET

在天宮二號開花的擬南芥被航天員帶回地球

聯(lián)合國中國圍繞中國空間站應(yīng)用開展空間科學(xué)實驗 第一批入選項目清單