「天舟一號」四月首飛，揭秘飛船里的秘密

作者： 中國科普博覽 科學大院

在2016年相繼完成長征七號運載火箭首飛試驗、天宮二號與神舟十一號載人飛行任務後，4月中下旬，將在文昌航天發射場發射天舟一號貨運飛船，開展貨物運輸補給、推進劑在軌補加、自主快速交會對接等多項關鍵技術試驗。此次任務是中國載人航天工程空間實驗室階段的收官之戰，對於空間站工程後續任務順利實施具有極為重要的意義，將標誌著中國載人航天工程勝利完成「三步走」戰略中的「第二步」任務，為空間站建設任務奠定堅實技術基礎。

隨著大家越來越關注「天舟一號」與「天宮二號」的對接，這個肩負航天使命的「天宮二號」再次進入人們視線。除了地球觀測和一系列的空間試驗，「天宮二號」還有哪些不為人知的「秘密」呢？我們再來回顧一下。

量天尺

中科院上海光機所研製的「空間冷原子鐘」搭載「天宮二號」發射升空，將成為國際上首台在軌運行並開展科學實驗的「空間冷原子鐘」,同時也是目前在空間運行的最高精度的原子鐘。

「空間冷原子鐘」將激光冷卻技術和空間微重力環境結合，有望實現10^-16量級的超高精度（約3000萬年誤差1秒），將目前人類在太空中的時間計量精度提高1~2個數量級。

百變金剛

開展大Prandtl數液橋熱毛細對流穩定性相關問題的研究，研究在空間微重力環境下熱毛細對流的失穩機理問題，拓展流體力學的認知領域，取得具有國際先進水平的研究成果。突破並掌握微重力環境下的液橋建橋、液面保持和失穩重建等空間實驗關鍵技術，進一步提升我國微重力流體科學的空間實驗能力和技術水平。

系列英雄材料

該平台此次的任務時研究半導體光電子材料、金屬合金及亞穩材料、納米以及複合材料等製備基理，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。預期可獲得高質量的空間材料樣品，作為模型材料的結構、功能、工藝參數等方面獲得有價值的科學研究成果。

天宮之爐，如你所願

即將上天的這個爐子就是工程人員歷經三年多的攻關，專門研製的一套綜合材料實驗裝置（簡稱「實驗裝置」）。

這套實驗裝置由「材料實驗爐」（簡稱「爐子」）、「材料電控箱」和「材料樣品工具袋」三個單機構成。整個裝置共約27.6kg重，最大功耗不到200W（而一般電水壺的功率也要1000～1800W），相當於2個100W白熾燈，卻能實現真空環境下最高950℃的爐膛溫度，是不是令人驚嘆？

海之情

「天宮二號」三維成像微波高度計是國際上第一次實現寬刈幅海面高度測量並能進行三維成像的微波高度計。它採用小角度、高精度干涉測量技術，能精確獲得海面的干涉條紋信息，進而獲得三維海面形態，再經過複雜的定標最終獲得寬刈幅範圍內的海平面高度測量。

天宮守護者

「天宮二號」伴隨衛星是一顆微納衛星，是「天宮二號」試驗任務的一部分。伴隨衛星由上海微小衛星工程中心研製，採用了小型化，輕量化，高功能密度的設計。「天宮二號」伴隨衛星搭載多個試驗載荷，並具備較強的變軌能力，具備了開展空間任務的靈活性與機動性。

「天宮二號」伴隨衛星將在在軌任務期間開展對空間組合體的飛越觀測等試驗，為主航天器的技術試驗提供支持，並拓展空間技術應用。

「天極」望遠鏡

「天極」望遠鏡是搭載在「天宮二號」空間實驗室上的伽瑪射線偏振探測儀，是中歐國際合作項目。

「天極」望遠鏡的主要科學目標是探測研究遙遠宇宙中突然發生的伽瑪射線暴現象，並在國際上首次對伽瑪暴的偏振性質實現高精度、系統性地測量，從而深入地研究恆星演化、黑洞形成以及伽瑪暴爆發的物理機制，為更好地理解極端天體物理環境下產生的這種宇宙中最劇烈的爆發現象做出重要貢獻。

天之情與氣之情

空間環境分系統(全稱：空間環境監測及物理探測分系統)主要用於實時監測「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。

現代迷你太空溫室

隨著人類空間活動的深入開展，人類需要飛出地球，在地外空間長期生活和工作。綠色植物可為人類和動物提供必需的食物和氧氣。

在「天宮二號」空間實驗室中將開展兩種代表性的植物——擬南芥和水稻的培養實驗，著重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。中國科學院上海技術物理研究所提供的高等植物培養箱具備在軌培養單元和樣品返回單元，能夠為植物生長提供必需的水分供給以及光照、溫度控制，具備實時可見光圖像和熒光圖像獲取功能，構成了現代的迷你太空溫室，為研究植物在太空的生長發育提供支持。

天宮裡的尖端「數碼相機」

作為太空實驗室里的尖端「數碼相機」，寬波段成像光譜儀擁有相當深厚的「內力」。相機被安裝在太空實驗室對地觀測面的「肚子」上，有了它，「天宮二號」可謂擁有了「火眼金睛」的本領，看海洋，看大氣，樣樣精通。

天機不可泄露

研製「天宮二號」載荷「量子密鑰分配試驗空間終端」。通過高精度自動跟瞄（ATP）系統與量子密鑰分配地面終端配合，在地面站與目標飛行器之間建立起量子信道，並在此基礎上進行空-地量子密鑰分配試驗。

目標為實現世界上首個基於載人航天空間平台的空-地量子密鑰分配演示實驗。為載人航天的空地間量子保密通信，以及未來的實用化天地一體廣域量子保密通信網路建設打下基礎。

空間實驗大管家

如何「玩轉」以上高難度載荷任務並保障它們有序、安全地運行下去呢？這就不得不提我們的太空實驗大管家——「空間應用天地支持系統」，它是由有效載荷運控中心統籌規劃、集中管理，統一控制，天基有效載荷網路接收地面指令後，調度有效載荷有序運行，兩者構成天地一體信息大迴路平台。

針對「天宮二號」液橋熱毛細對流實驗中天地實時交互和精細控制的實驗需求和特點，空間應用中心研製了目前我國首個基於虛擬現實技術和基於高速匯流排網路的天地一體沉浸式遙科學實驗支持系統，極大提高科學家開展空間科學實驗的效率

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