天宫二号圆满谢幕空间站后续更精彩

+张雪松

北京时间7月19日21时06分，天宫二号空间实验室受控离轨并再入大气层，随后少量残骸落入位于南太平洋的“卫星坟场”，宣告天宫二号近3年来的任务圆满落幕。天宫二号是我国载人航天承上启下的重要一步，虽然寿命不长，但成绩可圈可点，天宫二号任务的结束标志我国载人航天空间实验室阶段的完成，接下来将进入更精彩的载人空间站阶段。

天宫二号实验室成果多

天宫二号空间实验室于2016年9月15日晚发射升空，它是天宫一号目标飞行器的兄弟，但天宫一号的主要任务是突破和掌握空间交会对接技术，而天宫二号则更多偏重于空间科学实验任务。

天宫一号空间实验室和三艘神舟飞船进行了六次交会对接，空间对接已不再是天宫二号的主要试验任务，但天宫一号飞行器没有推进剂补加能力，两次载人飞行的时间也都不长，而天宫二号设计上增加了在轨补加系统，发射时可以只装一半推进剂，从而为空间科学实验载荷和航天员活动物资留出更多的空间。神舟十一号飞船和天宫二号交会对接后，三位航天员在天宫二号上生活了30天之久，验证了天宫二号环境控制以及生命维持系统的性能，标志着中国航天正式突破了航天员中期在轨驻留的门槛，为未来空间站90天乃至180天的长期驻留做好了准备。

天舟飞船与天宫二号对接瞬间

天宫二号虽然只加了“半油”，但它却无需担心燃料不够，2017年4月20日我国使用长征七号火箭将天舟一号货运飞船发射上天，4月22日它和天宫二号空间实验室完成首次自动交会对接，并在次日开展了第一次推进剂补加试验，这是我国的首次推进剂补加试验，我国也由此成为俄罗斯之后第二个掌握推进剂补加技术的国家，此后6月15日和9月16日又进行了两次推进剂补给试验，进一步验证了这项技术突破，为空间站建设和运营中推进剂补给积累了经验。

值得一提的是，天舟一号和天宫二号还进行了快速交会对接试验，2017年9月12日的试验中，天宫一号从远距离导引段到完成对接历时约6.5小时，这项技术的突破为未来神舟载人飞船快速交会对接空间站奠定了基础。

天宫二号不仅是载人航天工程的验证者，它更大的亮点还在于作为太空科学实验的承载者，是我国第一个真正意义上的太空实验室，天宫二号搭载了4大领域的14项空间科学和应用任务，科研载荷重量约600千克，累计开展了60多项空间科学实验和应用技术试验，无愧于空间实验室的称谓。天宫二号空间实验室的超高精度空间冷原子钟是世界上第一台在轨运行的冷原子钟，轨道上实际测试达到了7.2E-16（3000万年误差一秒）的惊人精度，将为未来北斗卫星导航系统提高授时和定位精度做出重要贡献，在其他需要超高精度时间的科学实验中也将发挥重要作用；天宫二号还携带了中瑞联合研制的伽玛暴偏振探测仪（POLAR），它不仅是国际上第一台宽视场的专用伽玛暴偏振探测仪，也为我国后续再空间站上开展空间天文观测的先声。在轨期间POLAR探测到55个伽玛暴事件，还观测到著名的蟹状星云的脉冲星信号，并在国内首次利用脉冲星信号进行定轨，精度可达10公里级别，这个精度在地球轨道上没什么价值，但在未来深空探测尤其是星际探测中却可以发挥重要作用；天宫二号还开展了综合材料实验和高等植物培养实验，材料实验的样品基本是国际上首次实验，包括纳米复合光学材料以及高性能热电转换材料等，天宫二号的综合材料实验平台上获得了10多支高质量的材料样品，空间材料技术也是空间科学实验乃至未来空间工业化的重要组成部分。植物培植实验中使用拟南芥和水稻作为种子，利用人工光照和水循环系统，在6个月的时间内完成了国内高等植物从种子到种子的的全过程生长过程，实验中还发现植物在空间微重力环境下的不同，包括拟南芥开花延迟、植物寿命延长等现象，为我们人类未来长期空间探索以及开展太空农业提供了重要信息。

航天员景海鹏（右）在天宫二号介绍太空中的植物栽培情况。

天宫二号搭载的生菜实验

天宫二号作为一个8吨级的大型近地轨道平台，也搭载了诸如三维成像微波高度计和宽波段成像计等对地传感器，分别用于测量海平面高度数据，以及海洋和陆地等多方面的多光谱影像，通俗的说就是一个特大号的可载人遥感卫星。天宫二号还搭载了空间环境监测系统，可以实时监测轨道上的高空大气环境和辐射环境，积累了大量的大气成分密度以及空间辐射环境数据。此外我国还利用天宫二号进行了激光高精度定轨实验，定轨精度可达厘米级，为轨道测量获取了高价值数据。总而言之，我国在天宫二号开展了一系列空间科学和应用实验，推动了我国空间科研的发展，突破和掌握了一批空间应用新技术，无愧空间实验室之名，也为未来空间站上开展大规模空间科学和应用实验奠定了坚实的基础。

天宫号空间站能力强

天宫二号实验室已经受控坠落，为1036天的生命画上了一个圆满的句号，也标志着中国载人航天空间实验室阶段的正式结束。展望未来，天宫号大型空间站将在2020-2021年发射第一个舱段，将为中国载人航天书写更辉煌的篇章。

2010年9月中国空间站工程正式立项，分为空间实验室任务和空间站任务两个阶段实施，现在空间实验室阶段已经落幕，为我国空间站的建造和长期运行奠定了基础，中国载人航天已经全面迈入空间站时代。我国计划在2022年前后建成天宫号空间站，掌握近地轨道的长期载人飞行技术，具备开展大规模空间科学实验和技术试验，以及综合开发太空资源的能力。天宫号空间站按长期载人3人设计，设计寿命为10年，但具备延寿到十几或二十年的潜力，空间站每半年由神舟号载人飞船进行人员轮换，货运飞船每年执行一次推进剂和物资补给任务，它还装有大量空间科学和应用载荷，是一个长期有人驻留的国家级太空实验室，甚至有可能在2024年后成为地球轨道上唯一的载人空间站。

天宫号空间站是一个大型的多舱式在轨组装平台，包括天和号核心舱、问天号和梦天号实验舱，以及一个独立运行的巡天号光学舱。我国原计划2018年发射核心舱，不过由于长征五号火箭发射失利的意外，首次发射推迟到2020年，如果一切顺利的话，2020年底我国将使用长征五号B火箭从海南文昌发射场发射入轨，拉开载人空间站建造工作的序幕。天和号、问天号和梦天号舱段都是22吨级的大型舱段，我国现在的长征二号F以及长征七号火箭都不具备发射它们的运载能力，只能由新研制的长征五号B火箭发射。虽然空间站的发射建造因为火箭原因推迟，但它一个舱段几乎顶得上三个天宫二号的重量，空间站性能也有了巨大的提高，等待虽长但物有所值。

温馨的太空之家

中国空间站运行于高度340-450千米、倾角41-42度的椭圆近地轨道，空间站组合体呈核心舱居中两个实验舱分居左右的T字形基本构型，采用三轴稳定对地指向控制模式，空间站的3个22吨级舱段总重量约66吨，加上两艘神舟飞船和一艘天舟飞船总重量约90吨，属于百吨级大型载人空间站。天和号核心舱前段节点舱部分设有两个对接口，可接纳载人飞船对接停靠，而刚刚坠落的天宫二号仅有一个对接口，无法同时接纳载人飞船和货运飞船。节点舱部分还有左右两个停靠口，分别用于两个实验舱的长期停靠，节点舱还兼职临时气闸舱，顶部就是航天员出舱口。核心舱尾部设有一个对接口，这是货运飞船补给端口，空间站建造和运行阶段的物资和设备从此补给。核心舱主要用于空间站的控制和管理，也是航天员工作和生活的场所，同时也支持部分科学研究，而空间科学和应用研究主要由两个实验舱实现。

天宫号空间站为空间科研应用做了全面和充分的准备，核心舱和两个实验舱内都配备了通用机柜，包括16个专用科学实验柜以及7个实验机柜的空置空间，这些试验设施将用于开展航天医学和生命科学、微重力基础物理和流体物理，以及空间材料科学和航天新技术等多个学科的数百项空间科学和应用实验项目。两个实验舱还配备了舱外暴露试验平台，平台上装有标准载荷适配器，用于开展天文和地球观测，以及空间材料科学和生物科学在内的多种试验，核心舱配备了一个大型载荷挂点，挂载总量可达500千克，实验舱I/问天号有一个大型载荷挂点和一个扩展实验平台挂点，载荷总总量可达2吨！用于安装大型非标准舱外暴露载荷，核心舱和实验舱I还各配备了一套机械臂，用于更好的支持舱外载荷的安装和试验。天和号空间站上装有高能宇宙辐射探测设施(HERD)，它不仅具有更高的分辨能力，可以通过观测高能电子和伽玛射线能谱及其空间分布探测并研究暗物质粒子的物理性质，而且观测能段延伸到PeV量级，有望用于研究银河系宇宙射线的起源问题。空间站工程还包括一个独立发射和飞行的巡天号光学舱，这个独立自由飞行平台装有一个2米口径的大型望远镜用于巡天观测，以暗能量为主要科学目标。

天宫号空间站具有强大的空间科学和应用能力，也因此吸引了全世界的目光。为了向世界各国提供开展空间科学和应用实验的机会，我国和联合国外空司联合邀请世界各国开展合作，今年6月中国载人航天办和联合国外空司在维也纳发布第一批国际合作项目的定选结果，来自17个国家的9个项目成功入选，我国还计划继续和联合国外空司合作发布第二轮合作机会公告。中国空间站国际合作除了通过联合国搭车的，意大利航天局还和我国合作，不仅开展空间科学应用合作，还可能联合研制一个舱段对接空间站，为国际载人航天合作书写新的篇章。

中国空间站不仅是一个空间科研平台，也是未来太空产业化的孵化器，我国正在开展载人空间站商业化应用等方面的研究，促进太空原位制造和太空旅游等太空经济的发展，使载人航天的发展成果惠及中国经济。随着3D打印等技术的进步，以及太空在轨补给和维护技术的突破，说不定不远的将来，天宫号空间站将变身为卫星制造工厂和维护平台，成为中国真正的太空港。中国载人航天还有更宏伟的目标，未来载人航天将从近地轨道逐步走向地月空间乃至更遥远的深空，我国立足本国国情，正在研究以近地轨道空间站为太空港的可重复使用的地月空间运输体系，载人航天发展兼顾近地空间和地月空间，让天宫号空间站将成为新长征的起点，支撑未来的载人登月和月球基地建设。SATNET

在天宫二号开花的拟南芥被航天员带回地球

联合国中国围绕中国空间站应用开展空间科学实验 第一批入选项目清单