揭秘：我國首個空間實驗室將做哪些“高大上”的太空實驗？

新華社北京９月１５日電　題：揭秘：我國首個空間實驗室將做哪些“高大上”的太空實驗？

新華社記者　吳晶晶　白國龍　崔靜

天宮二號是我國首個真正意義上的空間實驗室，將完成十余項高精尖的實驗任務，是載人航天歷次任務中應用項目最多的一次。

這些實驗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識海洋和大氣，有的甚至想要解決將來星際旅行時的食物問題……下面就讓我們一探究竟。

【５１件有效載荷：涉及應用項目最多】

當前，我國載人航天工程已進入應用發(fā)展新階段。“我們在深入研究國際空間科學和應用技術(shù)發(fā)展態(tài)勢的基礎上，充分利用天宮二號空間實驗室平臺支持能力和優(yōu)勢環(huán)境條件，安排了一批體現(xiàn)科學前沿和戰(zhàn)略高技術(shù)發(fā)展方向的科學與應用任務。”天宮二號空間應用系統(tǒng)總設計師趙光恒說，這些任務涉及微重力基礎物理、微重力流體物理、空間材料科學、空間生命科學、空間天文探測、空間環(huán)境監(jiān)測、對地觀測及地球科學研究應用以及應用新技術(shù)試驗等８個領域。

其中空間科學實驗與探測項目包括空間冷原子鐘實驗、液橋熱毛細對流實驗、綜合材料制備實驗、高等植物培養(yǎng)實驗、伽瑪暴偏振探測等；對地觀測及地球科學研究項目包括寬波段成像光譜儀、三維成像微波高度計、紫外臨邊成像光譜儀；應用新技術(shù)試驗項目包括空地量子密鑰分配試驗、伴隨衛(wèi)星飛行試驗等。

“這些應用任務共１０余項，直接承研單位２８家，裝器有效載荷５１件。”趙光恒表示，通過實施這些任務，期望在空間科學前沿探索部分重點領域方向進入世界先進行列，作出具有國際影響的重要發(fā)現(xiàn)；在空間應用技術(shù)領域，突破并掌握一些核心關(guān)鍵技術(shù)，為解決國家迫切需求的重大應用問題提供和驗證先進的解決方法和手段。

【２項實驗航天員直接參與】

天宮二號將與擬于１０月中下旬發(fā)射的神舟十一號載人飛船對接。航天員將進入天宮二號，參與操作高等植物培養(yǎng)實驗和綜合材料制備實驗。

人類未來要星際旅行、移民外星球，首要任務是解決食物自給、氧氣和循環(huán)水等問題。高等植物培養(yǎng)實驗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。

高等植物擬南芥和水稻將隨天宮二號進入太空，科學家將研究植物種子在太空中萌發(fā)、生長、開花、結(jié)籽的全過程，從而了解和掌握未來太空農(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一步分析研究。

綜合材料制備實驗選用多種新型結(jié)構(gòu)與類型的材料樣品進行研究，如新型納米復合光學材料、高性能熱電轉(zhuǎn)換材料、多元復相合金等。科學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驗裝置，只用了電水壺功耗的１／９至１／５，卻能實現(xiàn)真空環(huán)境下最高９５０攝氏度的爐膛溫度。航天員將對材料實驗爐進行開蓋換樣操作，這將是我國首次實現(xiàn)空間材料實驗的航天員在軌操作。

【“天極”望遠鏡：唯一的國際合作項目】

“天極”望遠鏡的全稱是“天極”伽瑪暴偏振探測儀，由中科院高能物理研究所牽頭，瑞士日內(nèi)瓦大學、瑞士保羅謝爾研究所、波蘭核物理研究所等參與，是天宮二號上唯一的國際合作項目。

伽瑪暴是宇宙伽瑪射線暴的簡稱，它的起源及相應的物理過程一直是天文學最前沿課題之一。這十幾年來，人們對伽瑪暴的研究取得了長足進步，但有關(guān)伽瑪暴的一些基本問題還是沒有得到很好解決。

作為國際上最靈敏的伽瑪暴偏振探測儀，“天極”的探測效率比國際同類儀器高幾十倍，它預期運行兩年，可以探測到大約１００個伽瑪射線暴，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)生機制作出重要貢獻。

【空間物理學：有望取得重大突破】

天宮二號搭載了多項空間物理實驗，如空間冷原子鐘實驗、空地量子密鑰分配試驗等，均屬國際科學前沿，科學意義重大。

冷原子鐘是一種高精度的計時裝置。科學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，將成為國際上第一臺空間運行的冷原子鐘，可以使飛行器自主守時精度提高兩個量級。該實驗在原子物理研究方面具有重大意義，在國防安全、高精度星鐘等方面具有廣泛應用價值。

量子密鑰分配試驗將在基于載人航天空間平臺上實現(xiàn)天－地量子密鑰傳輸試驗，以及業(yè)務數(shù)據(jù)天地激光通信。該實驗將為未來建立不可破譯的信息安全系統(tǒng)、在國際上率先建立實用化的保密通信網(wǎng)絡奠定基礎。

【對地觀測儀器：全方位“感知”地球】

我國載人航天的歷次巡天任務都少不了在浩瀚的宇宙中從各個方位“感知”地球。天宮二號也搭載了多個新一代對地觀測遙感器和地球科學研究儀器。

如寬波段成像光譜儀、三維成像微波高度計、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)林應用、海洋環(huán)境、大氣污染和大氣成分監(jiān)測以及全球變化研究等領域有著廣泛應用。

【伴隨衛(wèi)星：天宮二號的守護者】

天宮二號飛行期間還將在軌釋放一顆伴隨衛(wèi)星。伴隨衛(wèi)星飛行試驗將進一步驗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)，并為未來新型航天器編隊飛行技術(shù)奠定基礎。

這顆伴隨衛(wèi)星搭載了高分辨率全畫幅可見光相機，將在空間繞飛試驗過程中對天宮二號與神舟十一號組合體進行高分辨率成像，堪稱天宮二號和神舟飛船的“自拍神器”。

【空間環(huán)境監(jiān)測：為天宮二號保駕護航】

航天員和航天器進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，嚴重時甚至有生命危險。另外大氣環(huán)境也會對運行其中的航天器產(chǎn)生影響。

天宮二號空間環(huán)境分系統(tǒng)由帶電粒子輻射探測器、軌道大氣環(huán)境探測器和空間環(huán)境控制單元３臺儀器組成。它們將實時監(jiān)測天宮二號軌道上的輻射環(huán)境和大氣環(huán)境，實現(xiàn)艙外１６個方向的電子、質(zhì)子等帶電粒子的強度和能譜監(jiān)測，以及軌道大氣密度、成分及其時空變化與空間環(huán)境污染效應監(jiān)測等。