“天宮二號”上開展的空間實(shí)驗(yàn)

安利

如果說“天宮一號”是為了解決交會對接問題而發(fā)射的一個(gè)目標(biāo)飛行器，那么“天宮二號”則是中國第一個(gè)真正意義上的空間實(shí)驗(yàn)室，用于開展一些科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)。下面就介紹其中的一些實(shí)驗(yàn)。

空間冷原子鐘

這是全球首臺在軌運(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（銫原子）技術(shù)的噴泉鐘，而空間冷原子鐘借助太空的微重力環(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，這意味著這臺鐘在太空運(yùn)行約3000萬年才會產(chǎn)生1秒的誤差。這將大幅提高我國“北斗”導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度，甚至可以達(dá)到厘米級的程度。

“天極”望遠(yuǎn)鏡

“天宮二號”攜帶了全球首個(gè)高靈敏度伽馬射線暴偏振探測儀——“天極”望遠(yuǎn)鏡。此項(xiàng)目由中國和瑞士合作開展，是中國空間天文“黑洞探針”計(jì)劃的組成部分。“天極”用1600個(gè)敏感元件，組合成如同昆蟲“復(fù)眼”一般的探測器陣列，來觀測伽馬射線的偏振現(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在一起的時(shí)候，會伴隨著強(qiáng)烈的伽馬射線的爆發(fā)。這種爆發(fā)被認(rèn)為是宇宙大爆炸之后最劇烈的天體爆發(fā)現(xiàn)象，其能量要比超新星爆發(fā)的總能量還大成千上萬倍。偏振信息是研究伽馬暴現(xiàn)象的重要參考信息。

熱毛細(xì)對流實(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)對流。熱毛細(xì)對流現(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)量晶體生長過程。但科學(xué)家對熱毛細(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環(huán)境下開展此項(xiàng)研究。

三維成像微波高度計(jì)

大海有多深，從太空測得更真?！疤鞂m二號”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量數(shù)十千米觀測幅寬范圍內(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)。

寬波段成像光譜儀

它由8臺分4層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的小相機(jī)組成，包括3臺可見光近紅外波段相機(jī)、兩臺短波紅外波段相機(jī)、兩臺熱紅外波段相機(jī)、1臺可見光波段偏振相機(jī)。這些相機(jī)通過視場拼接組合在一起，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”就如同擁有了火眼金睛，可以看海洋——觀測海洋的水色和水溫，看大氣——優(yōu)化氣象預(yù)報(bào)。

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”選取了兩種具有代表性的植物——水稻和擬南芥——進(jìn)行“從種子到種子”的植物生長全周期實(shí)驗(yàn)。通過水分供給和光照、溫度控制，探索在太空環(huán)境中控制植物開花、結(jié)種的技術(shù)與方法，為建立保障人類長期空間生存所必需的生命生態(tài)支持系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

綜合材料實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)平臺研究半導(dǎo)體光電子材料、金屬合金及亞穩(wěn)材料、納米以及復(fù)合材料等制備機(jī)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)質(zhì)量約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。

空間環(huán)境分系統(tǒng)

空間環(huán)境監(jiān)測及物理探測分系統(tǒng)，主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)測“天宮二號”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，以及軌道的大氣密度、成分及其時(shí)空變化與空間環(huán)境污染效應(yīng)監(jiān)測等。

伴隨衛(wèi)星

“天宮二號”在太空中擁有一個(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)，利用實(shí)時(shí)跟隨的位置優(yōu)勢，為“天宮二號”的在軌任務(wù)以及“天宮二號”與“神舟十一號”組合體進(jìn)行高分辨率成像。它還可以作為主航天器的安全輔助工具，對主航天器進(jìn)行工作狀態(tài)監(jiān)測和安全防衛(wèi)，可以為航天員出艙活動(dòng)及空間飛行器交會對接等提供直接的技術(shù)支持。