天宫二号如何“大闹天宫”

天宫二号如何“大闹天宫”

金秋九月，中国航天事业迎来新的里程碑：我国首个真正意义上的空间实验室“天宫二号”如期升空。“天宫二号”将完成一系列科研项目，并随后迎来“神舟十一号”飞船，为在茫茫太空搭建属于我们中国的“太空之家”奠定坚实基础。

天宫二号模拟图

在太空“炼丹炉”里炼制“仙丹”

全长10.4米，最大直径3.35米，重量约8.6吨。如果单从体积、大小、外形来看，天宫二号和5年前的天宫一号并无差异。

“别看外表长得差不多，‘里子’变化却很大。”载人航天工程总设计师周建平说：从命名上看，天宫一号叫“目标飞行器”，天宫二号叫“空间实验室”。

在周建平看来，同是太空中国“家”，这个新“家”是我国第一个真正意义上的太空实验室，对比天宫一号可谓是全面升级。

相比天宫一号，天宫二号不仅装载量提高，搭载的设备也更先进。除了携带一颗伴飞卫星外，最为引人瞩目的“神器”之一便是机械臂了。这个“手臂”运行起来非常灵活，可以完成拧螺丝等精细动作。

说起天宫二号，北京飞控中心副总设计师孙军一连用了三个“更”：验证了推进剂补加技术，未来可以通过与货运飞船对接，实现在轨“空中加油”，“功力”更充沛；安装了视觉导航敏感器，未来与神舟飞船交会对接时，可以实时快速调整姿态，反应更灵敏；首次采用模块化技术，一旦出现问题可以快速更换和在轨维修，系统设计更优化。

9月15日22时04分，“天宫二号”成功发射。这个太空实验室搭载了十余项太空实验，其中之一就是“炼丹”——科学家们希望能够在太空中生产出在地球上难以制造出来的高性能材料或独特的材料。

为何去太空“炼丹”？因为科学家需要太空的微重力环境。在微重力环境下，很多材料的形成过程会发生改变，从而导致最终材料的性能变化。

中科院物理研究所研究员潘明祥介绍，“天宫二号”上将开展半导体光电子晶体材料、纳米复合和新型金属基复合材料等在内的12项材料的生长与制备。据悉，所有材料实验样品均为国际首次，航天员将多次操作更换并回收实验样品，供地面进一步分析研究。

这些神奇材料都有哪些用处呢？

比如，新型金属基复合材料，古代十八般武器要是用了这种材料将“天下无敌”。还有一些材料与百姓生活息息相关，比如X光片必需的闪烁材料，制造更轻巧、运行速度更快的电子设备所需的多组元复相合金材料等。

世界第一台在太空运行的冷原子钟

“空间实验室”这个名字，对于天宫二号来说，意味着什么？

“变”。天宫二号的任务变了，功能变了，使命变了。作为中国首个具备补加功能的空间实验室，天宫二号将首次实现航天员中期驻留、首次应用推进剂补加技术、提前验证空间站技术，并开展大量载荷科学和应用实验。

“忙”。载人航天工程空间应用系统总设计师赵光恒则认为，此次天宫二号带的载荷多、实验任务多、新技术亮点多，各类计划的实验项目达到史无前例的14项，涉及微重力基础物理、空间材料科学、空间生命科学等多个领域，未来这个太空新“家”将会很忙碌。

天宫二号这个新“家”的忙碌，在载人航天工程总设计师周建平的眼里，还意味着一个崭新阶段的到来。

“作为通往空间站征途上的关键一战，天宫二号进入空间应用发展的新阶段，标志着中国载人航天正在向空间站时代阔步前进。”周建平说，未来中国空间站的神圣使命就是成为太空中的中国国家实验室，支持科学家从事前沿科学探索、空间技术研究和空间资源的开发利用，最终目的是为全人类造福。

的确，能够拿到登上天宫二号的“入场券”，这些实验无疑是当今世界最前沿的科技探索领域。

比如，天宫二号空间实验室里装载有世界第一台在太空运行的冷原子钟，有望将目前人类在太空的时间计量精度提高1到2个数量级。武平说：“这也就意味着这个钟在太空运行约3000万年才会产生1秒的误差，处于国际领先水平。”这可以大幅提高北斗卫星定位系统的导航精度。

比如，试验从太空分发量子密钥。这个实验同样意义非凡。今年8月，中国成功发射世界首颗量子科学实验卫星，构建了天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。在此基础上，天宫二号展开的密钥实验，意味着世界上首封绝对不会被截、被破、被复制的密信将要诞生。

可以毫不夸张地说，天宫二号这个新“家”里发生的每一个细节，都关乎着人类与科学的未来。

我国持续时间最长的一次载人飞行任务

“按计划，天宫二号空间实验室发射升空后，将变轨进入高度约380公里的运行轨道，进行在轨测试。”载人航天工程新闻发言人武平说，神舟十一号载人飞船10月中下旬发射前，天宫二号空间实验室进入高度为393公里的近圆对接轨道，等待交会对接。

神舟十一号飞行任务将是我国第6次载人飞行任务。

航天员将乘载神舟十一号飞船与天宫二号对接后，计划在天空二号驻留30天，加上独立飞行的3天，总飞行时间从神舟十号的15天增加到33天，将是我国持续时间最长的一次载人飞行任务。

天宫二号和神舟十一号的空间交会对接是搭建“太空之家”的重要一步，其间，两者从相距150米到最终完成对接的阶段技术难度最大、风险最高。

在高速情况下毫厘不差地对接在一起，一双犀利而精准的“对接天眼”必不可少。

在此次任务中，中国航天科技集团五院技术人员推出了全新升级的“对接天眼”——光学成像敏感器（CRDS），它由位于运输飞船上的相机和位于目标飞行器上的目标标志器组成。

与在天宫一号上运用的第一代产品相比，升级版的CRDS产品在太阳杂光抑制能力、识别目标敏感度上有了大幅提升。

此外，五院技术人员还将敏感器首次捕获时间提高了一个数量级——由原来的约十秒缩短至不到几百毫秒。“这个时间就好比司机在开车时被强光晃到眼睛之后恢复正常视力的时间，‘眼睛’从看见目标到做出判断的响应时间也大大缩短。”航天科技集团五院敏感器设计师刘启海说。

（《解放军报》2016.9.16、《新京报》2016.9.15等）