天舟一號發(fā)射成功的秘密

　　揭秘“天舟一號”飛船里的秘密

　　據(jù)中國科普博覽“一點(diǎn)號”報(bào)道，在2016年相繼完成長征七號運(yùn)載火箭首飛試驗(yàn)、天宮二號與神舟十一號載人飛行任務(wù)后，4月中下旬，將在文昌航天發(fā)射場發(fā)射天舟一號貨運(yùn)飛船，開展貨物運(yùn)輸補(bǔ)給、推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加、自主快速交會(huì)對接等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)。

　　此次任務(wù)是中國載人航天工程空間實(shí)驗(yàn)室階段的收官之戰(zhàn)，對于空間站工程后續(xù)任務(wù)順利實(shí)施具有極為重要的意義，將標(biāo)志著中國載人航天工程勝利完成“三步走”戰(zhàn)略中的“第二步”任務(wù)，為空間站建設(shè)任務(wù)奠定堅(jiān)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)。

　　隨著大家越來越關(guān)注“天舟一號”與“天宮二號”的對接，這個(gè)肩負(fù)航天使命的“天宮二號”再次進(jìn)入人們視線。除了地球觀測和一系列的空間試驗(yàn)，“天宮二號”還有哪些不為人知的“秘密”呢?我們再來回顧一下。

　　量天尺

　　中科院上海光機(jī)所研制的“空間冷原子鐘”搭載“天宮二號”發(fā)射升空，將成為國際上首臺在軌運(yùn)行并開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)的“空間冷原子鐘”,同時(shí)也是目前在空間運(yùn)行的最高精度的原子鐘。

　　“空間冷原子鐘”將激光冷卻技術(shù)和空間微重力環(huán)境結(jié)合，有望實(shí)現(xiàn)10^-16量級的超高精度(約3000萬年誤差1秒)，將目前人類在太空中的時(shí)間計(jì)量精度提高1~2個(gè)數(shù)量級。

　　百變金剛

　　開展大Prandtl數(shù)液橋熱毛細(xì)對流穩(wěn)定性相關(guān)問題的研究，研究在空間微重力環(huán)境下熱毛細(xì)對流的失穩(wěn)機(jī)理問題，拓展流體力學(xué)的認(rèn)知領(lǐng)域，取得具有國際先進(jìn)水平的研究成果。突破并掌握微重力環(huán)境下的液橋建橋、液面保持和失穩(wěn)重建等空間實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)一步提升我國微重力流體科學(xué)的空間實(shí)驗(yàn)?zāi)芰图夹g(shù)水平。

　　系列英雄材料

　　該平臺此次的任務(wù)時(shí)研究半導(dǎo)體光電子材料、金屬合金及亞穩(wěn)材料、納米以及復(fù)合材料等制備基理，揭示在地面重力環(huán)境下難以獲知的材料物理化學(xué)過程的規(guī)律。預(yù)期可獲得高質(zhì)量的空間材料樣品，作為模型材料的結(jié)構(gòu)、功能、工藝參數(shù)等方面獲得有價(jià)值的科學(xué)研究成果。

　　天宮之爐，如你所愿

　　即將上天的這個(gè)爐子就是工程人員歷經(jīng)三年多的攻關(guān)，專門研制的一套綜合材料實(shí)驗(yàn)裝置(簡稱“實(shí)驗(yàn)裝置”)。

　　這套實(shí)驗(yàn)裝置由“材料實(shí)驗(yàn)爐”(簡稱“爐子”)、“材料電控箱”和“材料樣品工具袋”三個(gè)單機(jī)構(gòu)成。整個(gè)裝置共約27.6kg重，最大功耗不到200W(而一般電水壺的功率也要1000～1800W)，相當(dāng)于2個(gè)100W白熾燈，卻能實(shí)現(xiàn)真空環(huán)境下最高950℃的爐膛溫度，是不是令人驚嘆?

　　海之情

　　“天宮二號”三維成像微波高度計(jì)是國際上第一次實(shí)現(xiàn)寬刈幅海面高度測量并能進(jìn)行三維成像的微波高度計(jì)。它采用小角度、高精度干涉測量技術(shù)，能精確獲得海面的干涉條紋信息，進(jìn)而獲得三維海面形態(tài)，再經(jīng)過復(fù)雜的定標(biāo)最終獲得寬刈幅范圍內(nèi)的海平面高度測量。

　　天宮守護(hù)者

　　“天宮二號”伴隨衛(wèi)星是一顆微納衛(wèi)星，是“天宮二號”試驗(yàn)任務(wù)的一部分。伴隨衛(wèi)星由上海微小衛(wèi)星工程中心研制，采用了小型化，輕量化，高功能密度的設(shè)計(jì)。“天宮二號”伴隨衛(wèi)星搭載多個(gè)試驗(yàn)載荷，并具備較強(qiáng)的變軌能力，具備了開展空間任務(wù)的靈活性與機(jī)動(dòng)性。

　　“天宮二號”伴隨衛(wèi)星將在在軌任務(wù)期間開展對空間組合體的飛越觀測等試驗(yàn)，為主航天器的技術(shù)試驗(yàn)提供支持，并拓展空間技術(shù)應(yīng)用。

　　“天極”望遠(yuǎn)鏡

　　“天極”望遠(yuǎn)鏡是搭載在“天宮二號”空間實(shí)驗(yàn)室上的伽瑪射線偏振探測儀，是中歐國際合作項(xiàng)目。

　　“天極”望遠(yuǎn)鏡的主要科學(xué)目標(biāo)是探測研究遙遠(yuǎn)宇宙中突然發(fā)生的伽瑪射線暴現(xiàn)象，并在國際上首次對伽瑪暴的偏振性質(zhì)實(shí)現(xiàn)高精度、系統(tǒng)性地測量，從而深入地研究恒星演化、黑洞形成以及伽瑪暴爆發(fā)的物理機(jī)制，為更好地理解極端天體物理環(huán)境下產(chǎn)生的這種宇宙中最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象做出重要貢獻(xiàn)。

　　天之情與氣之情

　　空間環(huán)境分系統(tǒng)(全稱：空間環(huán)境監(jiān)測及物理探測分系統(tǒng))主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)測“天宮二號”軌道上的輻射環(huán)境和大氣環(huán)境，實(shí)現(xiàn)艙外16個(gè)方向的電子、質(zhì)子等帶電粒子的強(qiáng)度和能譜監(jiān)測，以及軌道大氣密度、成分及其時(shí)空變化與空間環(huán)境污染效應(yīng)監(jiān)測等。

　　現(xiàn)代迷你太空溫室

　　隨著人類空間活動(dòng)的深入開展，人類需要飛出地球，在地外空間長期生活和工作。綠色植物可為人類和動(dòng)物提供必需的食物和氧氣。

　　在“天宮二號”空間實(shí)驗(yàn)室中將開展兩種代表性的植物——擬南芥和水稻的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，著重探索在太空環(huán)境中如何控制植物開花結(jié)種的技術(shù)與方法，為建立保障人類長期空間生存所必需的生命生態(tài)支持系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所提供的高等植物培養(yǎng)箱具備在軌培養(yǎng)單元和樣品返回單元，能夠?yàn)橹参锷L提供必需的水分供給以及光照、溫度控制，具備實(shí)時(shí)可見光圖像和熒光圖像獲取功能，構(gòu)成了現(xiàn)代的迷你太空溫室，為研究植物在太空的生長發(fā)育提供支持。

　　天宮里的尖端“數(shù)碼相機(jī)”

　　作為太空實(shí)驗(yàn)室里的尖端“數(shù)碼相機(jī)”，寬波段成像光譜儀擁有相當(dāng)深厚的“內(nèi)力”。相機(jī)被安裝在太空實(shí)驗(yàn)室對地觀測面的“肚子”上，有了它，“天宮二號”可謂擁有了“火眼金睛”的本領(lǐng)，看海洋，看大氣，樣樣精通。

　　天機(jī)不可泄露

　　研制“天宮二號”載荷“量子密鑰分配試驗(yàn)空間終端”。通過高精度自動(dòng)跟瞄(ATP)系統(tǒng)與量子密鑰分配地面終端配合，在地面站與目標(biāo)飛行器之間建立起量子信道，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行空-地量子密鑰分配試驗(yàn)。

　　目標(biāo)為實(shí)現(xiàn)世界上首個(gè)基于載人航天空間平臺的空-地量子密鑰分配演示實(shí)驗(yàn)。為載人航天的空地間量子保密通信，以及未來的實(shí)用化天地一體廣域量子保密通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)打下基礎(chǔ)。

　　空間實(shí)驗(yàn)大管家

　　如何“玩轉(zhuǎn)”以上高難度載荷任務(wù)并保障它們有序、安全地運(yùn)行下去呢?這就不得不提我們的太空實(shí)驗(yàn)大管家——“空間應(yīng)用天地支持系統(tǒng)”，它是由有效載荷運(yùn)控中心統(tǒng)籌規(guī)劃、集中管理，統(tǒng)一控制，天基有效載荷網(wǎng)絡(luò)接收地面指令后，調(diào)度有效載荷有序運(yùn)行，兩者構(gòu)成天地一體信息大回路平臺。

　　針對“天宮二號”液橋熱毛細(xì)對流實(shí)驗(yàn)中天地實(shí)時(shí)交互和精細(xì)控制的實(shí)驗(yàn)需求和特點(diǎn)，空間應(yīng)用中心研制了目前我國首個(gè)基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和基于高速總線網(wǎng)絡(luò)的天地一體沉浸式遙科學(xué)實(shí)驗(yàn)支持系統(tǒng)，極大提高科學(xué)家開展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)的效率

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