揭秘：我國(guó)首個(gè)空間實(shí)驗(yàn)室將做哪些“高大上”的太空實(shí)驗(yàn)？
新華社北京９月１５日電 題：揭秘：我國(guó)首個(gè)空間實(shí)驗(yàn)室將做哪些“高大上”的太空實(shí)驗(yàn)？
新華社記者 吳晶晶 白國(guó)龍 崔靜
天宮二號(hào)是我國(guó)首個(gè)真正意義上的空間實(shí)驗(yàn)室，將完成十余項(xiàng)高精尖的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，是載人航天歷次任務(wù)中應(yīng)用項(xiàng)目最多的一次。
這些實(shí)驗(yàn)有的是要探索宇宙最深處的奧秘，有的是幫助人們更好地認(rèn)識(shí)海洋和大氣，有的甚至想要解決將來(lái)星際旅行時(shí)的食物問(wèn)題……下面就讓我們一探究竟。
【５１件有效載荷：涉及應(yīng)用項(xiàng)目最多】
當(dāng)前，我國(guó)載人航天工程已進(jìn)入應(yīng)用發(fā)展新階段。“我們?cè)谏钊胙芯繃?guó)際空間科學(xué)和應(yīng)用技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)的基礎(chǔ)上，充分利用天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)支持能力和優(yōu)勢(shì)環(huán)境條件，安排了一批體現(xiàn)科學(xué)前沿和戰(zhàn)略高技術(shù)發(fā)展方向的科學(xué)與應(yīng)用任務(wù)?！碧鞂m二號(hào)空間應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師趙光恒說(shuō)，這些任務(wù)涉及微重力基礎(chǔ)物理、微重力流體物理、空間材料科學(xué)、空間生命科學(xué)、空間天文探測(cè)、空間環(huán)境監(jiān)測(cè)、對(duì)地觀(guān)測(cè)及地球科學(xué)研究應(yīng)用以及應(yīng)用新技術(shù)試驗(yàn)等８?jìng)€(gè)領(lǐng)域。
其中空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)與探測(cè)項(xiàng)目包括空間冷原子鐘實(shí)驗(yàn)、液橋熱毛細(xì)對(duì)流實(shí)驗(yàn)、綜合材料制備實(shí)驗(yàn)、高等植物培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)、伽瑪暴偏振探測(cè)等；對(duì)地觀(guān)測(cè)及地球科學(xué)研究項(xiàng)目包括寬波段成像光譜儀、三維成像微波高度計(jì)、紫外臨邊成像光譜儀；應(yīng)用新技術(shù)試驗(yàn)項(xiàng)目包括空地量子密鑰分配試驗(yàn)、伴隨衛(wèi)星飛行試驗(yàn)等。
“這些應(yīng)用任務(wù)共１０余項(xiàng)，直接承研單位２８家，裝器有效載荷５１件?！壁w光恒表示，通過(guò)實(shí)施這些任務(wù)，期望在空間科學(xué)前沿探索部分重點(diǎn)領(lǐng)域方向進(jìn)入世界先進(jìn)行列，作出具有國(guó)際影響的重要發(fā)現(xiàn)；在空間應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，突破并掌握一些核心關(guān)鍵技術(shù)，為解決國(guó)家迫切需求的重大應(yīng)用問(wèn)題提供和驗(yàn)證先進(jìn)的解決方法和手段。
【２項(xiàng)實(shí)驗(yàn)航天員直接參與】
天宮二號(hào)將與擬于１０月中下旬發(fā)射的神舟十一號(hào)載人飛船對(duì)接。航天員將進(jìn)入天宮二號(hào)，參與操作高等植物培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)和綜合材料制備實(shí)驗(yàn)。
人類(lèi)未來(lái)要星際旅行、移民外星球，首要任務(wù)是解決食物自給、氧氣和循環(huán)水等問(wèn)題。高等植物培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)就是要研究地球上的植物是否可以克服太空微重力等極端環(huán)境影響，在太空環(huán)境中正常生長(zhǎng)。
高等植物擬南芥和水稻將隨天宮二號(hào)進(jìn)入太空，科學(xué)家將研究植物種子在太空中萌發(fā)、生長(zhǎng)、開(kāi)花、結(jié)籽的全過(guò)程，從而了解和掌握未來(lái)太空農(nóng)業(yè)發(fā)展的可能。航天員將回收部分植物樣品供地面進(jìn)一步分析研究。
綜合材料制備實(shí)驗(yàn)選用多種新型結(jié)構(gòu)與類(lèi)型的材料樣品進(jìn)行研究，如新型納米復(fù)合光學(xué)材料、高性能熱電轉(zhuǎn)換材料、多元復(fù)相合金等?？茖W(xué)家們將揭示這些材料在地面重力環(huán)境下難以獲知的物理和化學(xué)規(guī)律和性質(zhì)。
值得一提的是，研究人員歷經(jīng)三年多研制的綜合材料實(shí)驗(yàn)裝置，只用了電水壺功耗的１／９至１／５，卻能實(shí)現(xiàn)真空環(huán)境下最高９５０攝氏度的爐膛溫度。航天員將對(duì)材料實(shí)驗(yàn)爐進(jìn)行開(kāi)蓋換樣操作，這將是我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)空間材料實(shí)驗(yàn)的航天員在軌操作。
【“天極”望遠(yuǎn)鏡：唯一的國(guó)際合作項(xiàng)目】
“天極”望遠(yuǎn)鏡的全稱(chēng)是“天極”伽瑪暴偏振探測(cè)儀，由中科院高能物理研究所牽頭，瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)、瑞士保羅謝爾研究所、波蘭核物理研究所等參與，是天宮二號(hào)上唯一的國(guó)際合作項(xiàng)目。
伽瑪暴是宇宙伽瑪射線(xiàn)暴的簡(jiǎn)稱(chēng)，它的起源及相應(yīng)的物理過(guò)程一直是天文學(xué)最前沿課題之一。這十幾年來(lái)，人們對(duì)伽瑪暴的研究取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但有關(guān)伽瑪暴的一些基本問(wèn)題還是沒(méi)有得到很好解決。
作為國(guó)際上最靈敏的伽瑪暴偏振探測(cè)儀，“天極”的探測(cè)效率比國(guó)際同類(lèi)儀器高幾十倍，它預(yù)期運(yùn)行兩年，可以探測(cè)到大約１００個(gè)伽瑪射線(xiàn)暴，為更好地理解宇宙中極端天體物理環(huán)境下最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)制作出重要貢獻(xiàn)。
【空間物理學(xué)：有望取得重大突破】
天宮二號(hào)搭載了多項(xiàng)空間物理實(shí)驗(yàn)，如空間冷原子鐘實(shí)驗(yàn)、空地量子密鑰分配試驗(yàn)等，均屬?lài)?guó)際科學(xué)前沿，科學(xué)意義重大。
冷原子鐘是一種高精度的計(jì)時(shí)裝置。科學(xué)家們將激光冷卻原子技術(shù)與空間微重力環(huán)境相結(jié)合研發(fā)成功的空間冷原子鐘，將成為國(guó)際上第一臺(tái)空間運(yùn)行的冷原子鐘，可以使飛行器自主守時(shí)精度提高兩個(gè)量級(jí)。該實(shí)驗(yàn)在原子物理研究方面具有重大意義，在國(guó)防安全、高精度星鐘等方面具有廣泛應(yīng)用價(jià)值。
量子密鑰分配試驗(yàn)將在基于載人航天空間平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)天－地量子密鑰傳輸試驗(yàn)，以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)天地激光通信。該實(shí)驗(yàn)將為未來(lái)建立不可破譯的信息安全系統(tǒng)、在國(guó)際上率先建立實(shí)用化的保密通信網(wǎng)絡(luò)奠定基礎(chǔ)。
【對(duì)地觀(guān)測(cè)儀器：全方位“感知”地球】
我國(guó)載人航天的歷次巡天任務(wù)都少不了在浩瀚的宇宙中從各個(gè)方位“感知”地球。天宮二號(hào)也搭載了多個(gè)新一代對(duì)地觀(guān)測(cè)遙感器和地球科學(xué)研究?jī)x器。
如寬波段成像光譜儀、三維成像微波高度計(jì)、紫外臨邊成像光譜儀等，突破了系列關(guān)鍵技術(shù)，在資源環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、農(nóng)林應(yīng)用、海洋環(huán)境、大氣污染和大氣成分監(jiān)測(cè)以及全球變化研究等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。
【伴隨衛(wèi)星：天宮二號(hào)的守護(hù)者】
天宮二號(hào)飛行期間還將在軌釋放一顆伴隨衛(wèi)星。伴隨衛(wèi)星飛行試驗(yàn)將進(jìn)一步驗(yàn)證小型高功能密度衛(wèi)星、在軌釋放、駐留伴隨飛行等技術(shù)，并為未來(lái)新型航天器編隊(duì)飛行技術(shù)奠定基礎(chǔ)。
這顆伴隨衛(wèi)星搭載了高分辨率全畫(huà)幅可見(jiàn)光相機(jī)，將在空間繞飛試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)天宮二號(hào)與神舟十一號(hào)組合體進(jìn)行高分辨率成像，堪稱(chēng)天宮二號(hào)和神舟飛船的“自拍神器”。
【空間環(huán)境監(jiān)測(cè)：為天宮二號(hào)保駕護(hù)航】
航天員和航天器進(jìn)入太空面臨著外層空間環(huán)境的影響。在太空中，能量很高的帶電粒子輻射可能導(dǎo)致航天器材料性能下降或損壞，也可能破壞航天員的器官組織，嚴(yán)重時(shí)甚至有生命危險(xiǎn)。另外大氣環(huán)境也會(huì)對(duì)運(yùn)行其中的航天器產(chǎn)生影響。
天宮二號(hào)空間環(huán)境分系統(tǒng)由帶電粒子輻射探測(cè)器、軌道大氣環(huán)境探測(cè)器和空間環(huán)境控制單元３臺(tái)儀器組成。它們將實(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。
