“天舟一号”四月首飞，揭秘飞船里的秘密

　　作者： 中国科普博览 科学大院

　　在2016年相继完成长征七号运载火箭首飞试验、天宫二号与神舟十一号载人飞行任务后，4月中下旬，将在文昌航天发射场发射天舟一号货运飞船，开展货物运输补给、推进剂在轨补加、自主快速交会对接等多项关键技术试验。此次任务是中国载人航天工程空间实验室阶段的收官之战，对于空间站工程后续任务顺利实施具有极为重要的意义，将标志着中国载人航天工程胜利完成“三步走”战略中的“第二步”任务，为空间站建设任务奠定坚实技术基础。

　　随着大家越来越关注“天舟一号”与“天宫二号”的对接，这个肩负航天使命的“天宫二号”再次进入人们视线。除了地球观测和一系列的空间试验，“天宫二号”还有哪些不为人知的“秘密”呢？我们再来回顾一下。

　　量天尺

　　中科院上海光机所研制的“空间冷原子钟”搭载“天宫二号”发射升空，将成为国际上首台在轨运行并开展科学实验的“空间冷原子钟”，同时也是目前在空间运行的最高精度的原子钟。

　　“空间冷原子钟”将激光冷却技术和空间微重力环境结合，有望实现10^-16量级的超高精度（约3000万年误差1秒），将目前人类在太空中的时间计量精度提高1~2个数量级。

　　百变金刚

　　开展大Prandtl数液桥热毛细对流稳定性相关问题的研究，研究在空间微重力环境下热毛细对流的失稳机理问题，拓展流体力学的认知领域，取得具有国际先进水平的研究成果。突破并掌握微重力环境下的液桥建桥、液面保持和失稳重建等空间实验关键技术，进一步提升我国微重力流体科学的空间实验能力和技术水平。

　　系列英雄材料

　　该平台此次的任务时研究半导体光电子材料、金属合金及亚稳材料、纳米以及复合材料等制备基理，揭示在地面重力环境下难以获知的材料物理化学过程的规律。预期可获得高质量的空间材料样品，作为模型材料的结构、功能、工艺参数等方面获得有价值的科学研究成果。

　　天宫之炉，如你所愿

　　即将上天的这个炉子就是工程人员历经三年多的攻关，专门研制的一套综合材料实验装置（简称“实验装置”）。

　　这套实验装置由“材料实验炉”（简称“炉子”）、“材料电控箱”和“材料样品工具袋”三个单机构成。整个装置共约27.6kg重，最大功耗不到200W（而一般电水壶的功率也要1000~1800W），相当于2个100W白炽灯，却能实现真空环境下最高950℃的炉膛温度，是不是令人惊叹？

　　海之情

　　“天宫二号”三维成像微波高度计是国际上第一次实现宽刈幅海面高度测量并能进行三维成像的微波高度计。它采用小角度、高精度干涉测量技术，能精确获得海面的干涉条纹信息，进而获得三维海面形态，再经过复杂的定标最终获得宽刈幅范围内的海平面高度测量。

　　天宫守护者

　　“天宫二号”伴随卫星是一颗微纳卫星，是“天宫二号”试验任务的一部分。伴随卫星由上海微小卫星工程中心研制，采用了小型化，轻量化，高功能密度的设计。“天宫二号”伴随卫星搭载多个试验载荷，并具备较强的变轨能力，具备了开展空间任务的灵活性与机动性。

　　“天宫二号”伴随卫星将在在轨任务期间开展对空间组合体的飞越观测等试验，为主航天器的技术试验提供支持，并拓展空间技术应用。

　　“天极”望远镜

　　“天极”望远镜是搭载在“天宫二号”空间实验室上的伽玛射线偏振探测仪，是中欧国际合作项目。

　　“天极”望远镜的主要科学目标是探测研究遥远宇宙中突然发生的伽玛射线暴现象，并在国际上首次对伽玛暴的偏振性质实现高精度、系统性地测量，从而深入地研究恒星演化、黑洞形成以及伽玛暴爆发的物理机制，为更好地理解极端天体物理环境下产生的这种宇宙中最剧烈的爆发现象做出重要贡献。

　　天之情与气之情

　　空间环境分系统（全称：空间环境监测及物理探测分系统）主要用于实时监测“天宫二号”轨道上的辐射环境和大气环境，实现舱外16个方向的电子、质子等带电粒子的强度和能谱监测，以及轨道大气密度、成分及其时空变化与空间环境污染效应监测等。

　　现代迷你太空温室

　　随着人类空间活动的深入开展，人类需要飞出地球，在地外空间长期生活和工作。绿色植物可为人类和动物提供必需的食物和氧气。

　　在“天宫二号”空间实验室中将开展两种代表性的植物——拟南芥和水稻的培养实验，着重探索在太空环境中如何控制植物开花结种的技术与方法，为建立保障人类长期空间生存所必需的生命生态支持系统奠定基础。中国科学院上海技术物理研究所提供的高等植物培养箱具备在轨培养单元和样品返回单元，能够为植物生长提供必需的水分供给以及光照、温度控制，具备实时可见光图像和荧光图像获取功能，构成了现代的迷你太空温室，为研究植物在太空的生长发育提供支持。

　　天宫里的尖端“数码相机”

　　作为太空实验室里的尖端“数码相机”，宽波段成像光谱仪拥有相当深厚的“内力”。相机被安装在太空实验室对地观测面的“肚子”上，有了它，“天宫二号”可谓拥有了“火眼金睛”的本领，看海洋，看大气，样样精通。

　　天机不可泄露

　　研制“天宫二号”载荷“量子密钥分配试验空间终端”。通过高精度自动跟瞄（ATP）系统与量子密钥分配地面终端配合，在地面站与目标飞行器之间建立起量子信道，并在此基础上进行空-地量子密钥分配试验。

　　目标为实现世界上首个基于载人航天空间平台的空-地量子密钥分配演示实验。为载人航天的空地间量子保密通信，以及未来的实用化天地一体广域量子保密通信网络建设打下基础。

　　空间实验大管家

　　如何“玩转”以上高难度载荷任务并保障它们有序、安全地运行下去呢？这就不得不提我们的太空实验大管家——“空间应用天地支持系统”，它是由有效载荷运控中心统筹规划、集中管理，统一控制，天基有效载荷网络接收地面指令后，调度有效载荷有序运行，两者构成天地一体信息大回路平台。

　　针对“天宫二号”液桥热毛细对流实验中天地实时交互和精细控制的实验需求和特点，空间应用中心研制了目前我国首个基于虚拟现实技术和基于高速总线网络的天地一体沉浸式遥科学实验支持系统，极大提高科学家开展空间科学实验的效率