在太空的1036天里，天宮二號究竟在忙什麼？
來源：科學大院
2019年7月19日，我國第一個真正意義上的太空實驗室——天宮二號已完成全部使命，將離開工作1036天的軌道，再入大氣層。
同其他航天器一般，天宮二號在天空絢爛綻放之後，將隕落南太平洋預定安全海域，回歸地球懷抱。
Ta帶「誰」進入太空？
2016年9月15日，天宮二號發射升空，在軌期間開展了10餘項空間科學與應用項目，這是載人航天曆次任務中應用項目最多的一次。而為了成功完成這些項目，Ta帶了哪些高精尖裝備升空呢？
讓我們一起數數吧：
一把追求極度精準的「量天尺」--空間冷原子鐘；
一個「百變金剛」--液橋熱毛細對流實驗箱；
一個「天宮之爐」--綜合材料實驗裝置；
一堆牛氣衝天的系列英雄材料；
一個小夥伴、天宮守護者--天宮二號伴隨衛星；
一隻小蜜蜂--伽瑪暴偏振探測儀；
一台高尖端的「數碼相機」；
哦對，還有環境監測裝備--空間環境分系統，海洋監測裝備--三維成像微波高度計，以及「天機不可泄露」的量子密鑰分配；
除了以上裝備之外，糧食和蔬菜也是萬萬不能缺：高等植物—擬南芥、水稻。
這些裝備，為宇宙探索貢獻著巨大的力量。
Ta在太空「忙」些什麼？
在太空的1000多天里，天宮二號開展了多項科學實驗任務，它們有的是在探索宇宙最深處的奧秘，有的是幫助人們更好地認識地球、海洋和大氣，有的是在解決將來在星際旅行時的食物問題。接下來，就讓我們一起看看天宮二號帶著它的各項高精尖裝備都「忙」出了什麼成果？
1、空間基礎物理
超高精度空間冷原子鐘
空間冷原子鐘（上海光機所研製 趙侃拍攝）
這是國際上首台在軌運行的冷原子鐘，根據在軌測試結果推算冷原子鐘日穩定度達到7.2×10^-16（誤差僅為3000萬年一秒），處於國際領先水平；
部分在軌實驗結果作為亮點文章發表於《自然·通訊》（Nature Communications），獲得了國際同行專家的高度評價。
該冷原子鐘成功將為空間高精度時頻系統、空間冷原子物理、空間冷原子干涉儀、空間冷原子陀螺儀等各種量子敏感器奠定技術基礎，並且在全球衛星導航定位系統、深空探測、廣義相對論驗證、引力波測量、地球重力場測量、基本物理常數測量等一系列重大技術和科學發展方面做出重要貢獻。
量子密鑰分配實驗
「量子密鑰分配試驗空間終端」，以實現世界上首個基於載人航天空間平台的空-地量子密鑰分配試驗為目標，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。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。
試驗率先在國內突破了量子密鑰分配相關關鍵技術，並得到了在軌驗證，成功實現了天地雙向高精度跟瞄、量子密鑰分配、激光通信；首次實現超Gbps碼速率的天地業務數據激光通信傳輸，為後續空間任務更高容量數據傳輸打下了堅實的基礎。
2、空間天文
伽馬暴偏振探測儀
「天極」望遠鏡實物圖。左：偏振探測儀 右：電控箱
伽馬射線暴這種宇宙大爆炸級別的能量，捕捉到後，可以破譯宇宙起源和演化的秘密。到目前為止，天宮二號上搭載的國際首台寬視場、高效率專用宇宙伽瑪射線暴（GRB）偏振探測儀器，共探測到55個伽馬暴，觀測到蟹狀幸運脈衝星的脈衝信號，國內首次利用脈衝星信號實驗定軌，定軌精度約為10km，探測到了若干太陽x射線暴。
試驗已完成伽瑪射線暴瞬時輻射的高精度偏振探測，實現預定科學目標，相關成果於2019年1月14日在線發表在國際重要學術期刊《自然·天文學》。
3、空間科學實驗
液橋熱毛細對流實驗
液橋熱毛細對流實驗箱
液橋熱毛細對流實驗是我國第一次在空間微重力條件下開展熱毛細對流實驗。
本實驗研究的是大Prandtl數液橋熱毛細對流穩定性相關問題，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。目標是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。
綜合材料實驗
綜合材料實驗裝置
「綜合材料實驗平台」中大部分材料實驗樣品均為國際上首次實驗，如新型納米複合光學材料，高性能熱電轉換材料，多元復相合金等。
此次實驗主要成果有：
1）生長出高質量的材料晶體，驗證了新的材料製備工藝，獲得了多項材料科學實驗新發現；
2）在重要功能晶體等材料方面，空間製備的樣品性能得到明顯提升或微觀組織結構得到改進；
3）基於空間測量、實驗和地面實驗數據建立了國內第一個空間材料實驗爐的熱環境模擬計算模型，獲得了空間微重力與地面重力環境下爐膛內氣體壓力對爐膛最高溫度影響的基本規律，使我國空間材料科學實驗的能力得到了明顯提升。
高等植物培養實驗
高等植物培養箱
天宮二號空間實驗室中兩種代表性的植物——擬南芥和水稻幸運地作為「植物宇航員」進行培養實驗。
此次進行的培養實驗，採用人工光照、高效的水循環，標記蹤跡，6個月便完成了我國首次「從種子到種子」高等植物全周期培養實驗，為人類長期探索空間提供重要保障。
該實驗成果頗多：
1）國內首次實現植物在空間密閉環境中「從種子到種子」全過程生長周期實驗；
2）首次發現擬南芥在空間長日條件下開花明顯延遲；
3）國際上首次成功地利用植物開花基因啟動子帶動綠色熒光蛋白表達；
4）首次發現微重力條件下植物壽命比地面對照組植物壽命極大地延長；
5）國際上首次發現空間微重力環境顯著促進了葉脈網路的發育；
6）首次發現空間微重力對於水稻吐水及其向性生長有明顯的影響。
此次進行的培養實驗，採用人工光照、高效的水循環，標記蹤跡，6個月便完成了我國首次「從種子到種子」高等植物全周期培養實驗，為人類長期探索空間提供重要保障。
4、空間地球科學及應用
三維成像微波高度計
天宮二號高度計天線、大功率固態功率放大器及天線安裝位置示意圖
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。
它的成功在軌運行，將是我國星載微波遙感技術的一次重大突破，可為我國新一代的海洋動力環境觀測衛星提供達到國際先進水平的微波載荷。
寬波段成像儀
寬波段成像光譜儀三維模裝圖
它是我國新一代海洋水色遙感器，作為國內首個在軌運行的多角度偏振成像儀器，填補了我國天基多角度光學偏振成像的空白。
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，能夠實現跟隨太空實驗室的飛行角度變化從多個方位對地成像，國內首次實現了空間多角度偏振成像。在空間應用領域，獲得了國內外同類儀器中最高的熱紅外探測器靈敏度。
這台「數碼相機」能夠獲取廣域覆蓋的海洋、大氣、陸地等高幅度、多譜段影像，在海洋、地球環境監測、農業、林業、地質災害等領域取得廣泛應用效益。
多波段紫外臨邊成像光譜儀
天宮二號搭載的多波段紫外臨邊成像光譜儀，是我國第一個具有紫外臨邊觀測能力的載荷，是國際上首次採用大視場對全球中層大氣進行紫外環形、前向臨邊輻射特性同時探測。
其結合前向光譜儀和環形成像儀，獲得了10~60km臭氧的垂直分布和空間分布，得到中間層和低熱層的臭氧、大氣密度以及其他大氣微量氣體的垂直結構和三維動態分布，從而為大氣科學研究和大氣環境監測提供信息支撐。
5、空間環境與空間物理
空間環境與空間物理探測
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。
空間環境探測已連續獲得了天宮二號飛行軌道的電子、質子的空間分布及其強度和能譜；獲得了相應軌道的大氣成分、大氣密度，為空間環境預報、軌道預報、空間環境變化機理研究提供了可靠的准實時觀測數據。
綜合精密定軌實驗
該實驗獲取了高精度的航天器軌道狀態與時間信息，定軌精度達到厘米級，其提供精密的位置與軌道信息，保障了其他載荷工作精準高效。
6、新技術
伴隨衛星
2016年10月23日，天宮二號釋放伴隨衛星，該伴隨衛星作為伴隨主航天器飛行的航天器，是主航天器的安全輔助工具，對主航天器進行工作狀態監測、安全防衛，可以為航天員出艙活動及空間飛行器交會對接等提供直接的技術支持。除此之外，將對「天宮二號」高分辨成像，記錄航天器的工作狀態並提前發現危險。
在軌陪伴期間，伴隨衛星成功開展了伴星釋放、駐留和伴隨飛行試驗，獲得了清晰的天宮二號和神舟11號組合體的圖像。在未來，伴星還可能會在太空VR、個性化太空網路、幫助主星組網等方面發揮更大的作用。
7、空間站
中國空間站
天宮二號空間實驗室成功「飛天」，標誌著我國邁進空間站時代，將來的中國空間站將成為國家級太空實驗室，全面開啟中國空間科學研究與應用的新時代，在穩步推進空間站建設的同時，我們也為走向更遙遠深空展開謀劃。
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今天，天宮二號已累計繞地運行16211圈，順利完成了多項實驗，功成身退。
今夜，它與我們說再見，心有不舍卻自豪無比。這個承載了我們宇宙探索夢想的「天二」，見證與完成了很多我國航天事業的第一次。它做出的卓越貢獻以及承載的探索精神將不斷激勵著我們繼續向航天強國邁進！
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