天宮二號如何“大鬧天宮”

金秋九月，中國航天事業(yè)迎來新的里程碑：我國首個真正意義上的空間實驗室“天宮二號”如期升空?！疤鞂m二號”將完成一系列科研項目，并隨后迎來“神舟十一號”飛船，為在茫茫太空搭建屬于我們中國的“太空之家”奠定堅實基礎。

天宮二號模擬圖

在太空“煉丹爐”里煉制“仙丹”

全長10.4米，最大直徑3.35米，重量約8.6噸。如果單從體積、大小、外形來看，天宮二號和5年前的天宮一號并無差異。

“別看外表長得差不多，‘里子’變化卻很大?！陛d人航天工程總設計師周建平說：從命名上看，天宮一號叫“目標飛行器”，天宮二號叫“空間實驗室”。

在周建平看來，同是太空中國“家”，這個新“家”是我國第一個真正意義上的太空實驗室，對比天宮一號可謂是全面升級。

相比天宮一號，天宮二號不僅裝載量提高，搭載的設備也更先進。除了攜帶一顆伴飛衛(wèi)星外，最為引人矚目的“神器”之一便是機械臂了。這個“手臂”運行起來非常靈活，可以完成擰螺絲等精細動作。

說起天宮二號，北京飛控中心副總設計師孫軍一連用了三個“更”：驗證了推進劑補加技術，未來可以通過與貨運飛船對接，實現(xiàn)在軌“空中加油”，“功力”更充沛；安裝了視覺導航敏感器，未來與神舟飛船交會對接時，可以實時快速調整姿態(tài)，反應更靈敏；首次采用模塊化技術，一旦出現(xiàn)問題可以快速更換和在軌維修，系統(tǒng)設計更優(yōu)化。

9月15日22時04分，“天宮二號”成功發(fā)射。這個太空實驗室搭載了十余項太空實驗，其中之一就是“煉丹”——科學家們希望能夠在太空中生產(chǎn)出在地球上難以制造出來的高性能材料或獨特的材料。

為何去太空“煉丹”？因為科學家需要太空的微重力環(huán)境。在微重力環(huán)境下，很多材料的形成過程會發(fā)生改變，從而導致最終材料的性能變化。

中科院物理研究所研究員潘明祥介紹，“天宮二號”上將開展半導體光電子晶體材料、納米復合和新型金屬基復合材料等在內的12項材料的生長與制備。據(jù)悉，所有材料實驗樣品均為國際首次，航天員將多次操作更換并回收實驗樣品，供地面進一步分析研究。

這些神奇材料都有哪些用處呢？

比如，新型金屬基復合材料，古代十八般武器要是用了這種材料將“天下無敵”。還有一些材料與百姓生活息息相關，比如X光片必需的閃爍材料，制造更輕巧、運行速度更快的電子設備所需的多組元復相合金材料等。

世界第一臺在太空運行的冷原子鐘

“空間實驗室”這個名字，對于天宮二號來說，意味著什么？

“變”。天宮二號的任務變了，功能變了，使命變了。作為中國首個具備補加功能的空間實驗室，天宮二號將首次實現(xiàn)航天員中期駐留、首次應用推進劑補加技術、提前驗證空間站技術，并開展大量載荷科學和應用實驗。

“忙”。載人航天工程空間應用系統(tǒng)總設計師趙光恒則認為，此次天宮二號帶的載荷多、實驗任務多、新技術亮點多，各類計劃的實驗項目達到史無前例的14項，涉及微重力基礎物理、空間材料科學、空間生命科學等多個領域，未來這個太空新“家”將會很忙碌。

天宮二號這個新“家”的忙碌，在載人航天工程總設計師周建平的眼里，還意味著一個嶄新階段的到來。

“作為通往空間站征途上的關鍵一戰(zhàn)，天宮二號進入空間應用發(fā)展的新階段，標志著中國載人航天正在向空間站時代闊步前進?！敝芙ㄆ秸f，未來中國空間站的神圣使命就是成為太空中的中國國家實驗室，支持科學家從事前沿科學探索、空間技術研究和空間資源的開發(fā)利用，最終目的是為全人類造福。

的確，能夠拿到登上天宮二號的“入場券”，這些實驗無疑是當今世界最前沿的科技探索領域。

比如，天宮二號空間實驗室里裝載有世界第一臺在太空運行的冷原子鐘，有望將目前人類在太空的時間計量精度提高1到2個數(shù)量級。武平說：“這也就意味著這個鐘在太空運行約3000萬年才會產(chǎn)生1秒的誤差，處于國際領先水平。”這可以大幅提高北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的導航精度。

比如，試驗從太空分發(fā)量子密鑰。這個實驗同樣意義非凡。今年8月，中國成功發(fā)射世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星，構建了天地一體化的量子保密通信與科學實驗體系。在此基礎上，天宮二號展開的密鑰實驗，意味著世界上首封絕對不會被截、被破、被復制的密信將要誕生。

可以毫不夸張地說，天宮二號這個新“家”里發(fā)生的每一個細節(jié)，都關乎著人類與科學的未來。

我國持續(xù)時間最長的一次載人飛行任務

“按計劃，天宮二號空間實驗室發(fā)射升空后，將變軌進入高度約380公里的運行軌道，進行在軌測試。”載人航天工程新聞發(fā)言人武平說，神舟十一號載人飛船10月中下旬發(fā)射前，天宮二號空間實驗室進入高度為393公里的近圓對接軌道，等待交會對接。

神舟十一號飛行任務將是我國第6次載人飛行任務。

航天員將乘載神舟十一號飛船與天宮二號對接后，計劃在天空二號駐留30天，加上獨立飛行的3天，總飛行時間從神舟十號的15天增加到33天，將是我國持續(xù)時間最長的一次載人飛行任務。

天宮二號和神舟十一號的空間交會對接是搭建“太空之家”的重要一步，其間，兩者從相距150米到最終完成對接的階段技術難度最大、風險最高。

在高速情況下毫厘不差地對接在一起，一雙犀利而精準的“對接天眼”必不可少。

在此次任務中，中國航天科技集團五院技術人員推出了全新升級的“對接天眼”——光學成像敏感器（CRDS），它由位于運輸飛船上的相機和位于目標飛行器上的目標標志器組成。

與在天宮一號上運用的第一代產(chǎn)品相比，升級版的CRDS產(chǎn)品在太陽雜光抑制能力、識別目標敏感度上有了大幅提升。

此外，五院技術人員還將敏感器首次捕獲時間提高了一個數(shù)量級——由原來的約十秒縮短至不到幾百毫秒?！斑@個時間就好比司機在開車時被強光晃到眼睛之后恢復正常視力的時間，‘眼睛’從看見目標到做出判斷的響應時間也大大縮短。”航天科技集團五院敏感器設計師劉啟海說。

（《解放軍報》2016.9.16、《新京報》2016.9.15等）