天宮二號(hào)如何“大鬧天宮”

天宮二號(hào)如何“大鬧天宮”

金秋九月，中國(guó)航天事業(yè)迎來(lái)新的里程碑：我國(guó)首個(gè)真正意義上的空間實(shí)驗(yàn)室“天宮二號(hào)”如期升空?！疤鞂m二號(hào)”將完成一系列科研項(xiàng)目，并隨后迎來(lái)“神舟十一號(hào)”飛船，為在茫茫太空搭建屬于我們中國(guó)的“太空之家”奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

天宮二號(hào)模擬圖

在太空“煉丹爐”里煉制“仙丹”

全長(zhǎng)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(lái)看，天宮二號(hào)和5年前的天宮一號(hào)并無(wú)差異。

“別看外表長(zhǎng)得差不多，‘里子’變化卻很大。”載人航天工程總設(shè)計(jì)師周建平說(shuō)：從命名上看，天宮一號(hào)叫“目標(biāo)飛行器”，天宮二號(hào)叫“空間實(shí)驗(yàn)室”。

在周建平看來(lái)，同是太空中國(guó)“家”，這個(gè)新“家”是我國(guó)第一個(gè)真正意義上的太空實(shí)驗(yàn)室，對(duì)比天宮一號(hào)可謂是全面升級(jí)。

相比天宮一號(hào)，天宮二號(hào)不僅裝載量提高，搭載的設(shè)備也更先進(jìn)。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(jī)械臂了。這個(gè)“手臂”運(yùn)行起來(lái)非常靈活，可以完成擰螺絲等精細(xì)動(dòng)作。

說(shuō)起天宮二號(hào)，北京飛控中心副總設(shè)計(jì)師孫軍一連用了三個(gè)“更”：驗(yàn)證了推進(jìn)劑補(bǔ)加技術(shù)，未來(lái)可以通過(guò)與貨運(yùn)飛船對(duì)接，實(shí)現(xiàn)在軌“空中加油”，“功力”更充沛；安裝了視覺(jué)導(dǎo)航敏感器，未來(lái)與神舟飛船交會(huì)對(duì)接時(shí)，可以實(shí)時(shí)快速調(diào)整姿態(tài)，反應(yīng)更靈敏；首次采用模塊化技術(shù)，一旦出現(xiàn)問(wèn)題可以快速更換和在軌維修，系統(tǒng)設(shè)計(jì)更優(yōu)化。

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

為何去太空“煉丹”？因?yàn)榭茖W(xué)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(guò)程會(huì)發(fā)生改變，從而導(dǎo)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(hào)”上將開(kāi)展半導(dǎo)體光電子晶體材料、納米復(fù)合和新型金屬基復(fù)合材料等在內(nèi)的12項(xiàng)材料的生長(zhǎng)與制備。據(jù)悉，所有材料實(shí)驗(yàn)樣品均為國(guó)際首次，航天員將多次操作更換并回收實(shí)驗(yàn)樣品，供地面進(jìn)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(fù)合材料，古代十八般武器要是用了這種材料將“天下無(wú)敵”。還有一些材料與百姓生活息息相關(guān)，比如X光片必需的閃爍材料，制造更輕巧、運(yùn)行速度更快的電子設(shè)備所需的多組元復(fù)相合金材料等。

世界第一臺(tái)在太空運(yùn)行的冷原子鐘

“空間實(shí)驗(yàn)室”這個(gè)名字，對(duì)于天宮二號(hào)來(lái)說(shuō)，意味著什么？

“變”。天宮二號(hào)的任務(wù)變了，功能變了，使命變了。作為中國(guó)首個(gè)具備補(bǔ)加功能的空間實(shí)驗(yàn)室，天宮二號(hào)將首次實(shí)現(xiàn)航天員中期駐留、首次應(yīng)用推進(jìn)劑補(bǔ)加技術(shù)、提前驗(yàn)證空間站技術(shù)，并開(kāi)展大量載荷科學(xué)和應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。

“忙”。載人航天工程空間應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師趙光恒則認(rèn)為，此次天宮二號(hào)帶的載荷多、實(shí)驗(yàn)任務(wù)多、新技術(shù)亮點(diǎn)多，各類計(jì)劃的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目達(dá)到史無(wú)前例的14項(xiàng)，涉及微重力基礎(chǔ)物理、空間材料科學(xué)、空間生命科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，未來(lái)這個(gè)太空新“家”將會(huì)很忙碌。

天宮二號(hào)這個(gè)新“家”的忙碌，在載人航天工程總設(shè)計(jì)師周建平的眼里，還意味著一個(gè)嶄新階段的到來(lái)。

“作為通往空間站征途上的關(guān)鍵一戰(zhàn)，天宮二號(hào)進(jìn)入空間應(yīng)用發(fā)展的新階段，標(biāo)志著中國(guó)載人航天正在向空間站時(shí)代闊步前進(jìn)?！敝芙ㄆ秸f(shuō)，未來(lái)中國(guó)空間站的神圣使命就是成為太空中的中國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，支持科學(xué)家從事前沿科學(xué)探索、空間技術(shù)研究和空間資源的開(kāi)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(hào)的“入場(chǎng)券”，這些實(shí)驗(yàn)無(wú)疑是當(dāng)今世界最前沿的科技探索領(lǐng)域。

比如，天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室里裝載有世界第一臺(tái)在太空運(yùn)行的冷原子鐘，有望將目前人類在太空的時(shí)間計(jì)量精度提高1到2個(gè)數(shù)量級(jí)。武平說(shuō)：“這也就意味著這個(gè)鐘在太空運(yùn)行約3000萬(wàn)年才會(huì)產(chǎn)生1秒的誤差，處于國(guó)際領(lǐng)先水平?！边@可以大幅提高北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的導(dǎo)航精度。

比如，試驗(yàn)從太空分發(fā)量子密鑰。這個(gè)實(shí)驗(yàn)同樣意義非凡。今年8月，中國(guó)成功發(fā)射世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，構(gòu)建了天地一體化的量子保密通信與科學(xué)實(shí)驗(yàn)體系。在此基礎(chǔ)上，天宮二號(hào)展開(kāi)的密鑰實(shí)驗(yàn)，意味著世界上首封絕對(duì)不會(huì)被截、被破、被復(fù)制的密信將要誕生。

可以毫不夸張地說(shuō)，天宮二號(hào)這個(gè)新“家”里發(fā)生的每一個(gè)細(xì)節(jié)，都關(guān)乎著人類與科學(xué)的未來(lái)。

我國(guó)持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的一次載人飛行任務(wù)

“按計(jì)劃，天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室發(fā)射升空后，將變軌進(jìn)入高度約380公里的運(yùn)行軌道，進(jìn)行在軌測(cè)試。”載人航天工程新聞發(fā)言人武平說(shuō)，神舟十一號(hào)載人飛船10月中下旬發(fā)射前，天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入高度為393公里的近圓對(duì)接軌道，等待交會(huì)對(duì)接。

神舟十一號(hào)飛行任務(wù)將是我國(guó)第6次載人飛行任務(wù)。

航天員將乘載神舟十一號(hào)飛船與天宮二號(hào)對(duì)接后，計(jì)劃在天空二號(hào)駐留30天，加上獨(dú)立飛行的3天，總飛行時(shí)間從神舟十號(hào)的15天增加到33天，將是我國(guó)持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的一次載人飛行任務(wù)。

天宮二號(hào)和神舟十一號(hào)的空間交會(huì)對(duì)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(duì)接的階段技術(shù)難度最大、風(fēng)險(xiǎn)最高。

在高速情況下毫厘不差地對(duì)接在一起，一雙犀利而精準(zhǔn)的“對(duì)接天眼”必不可少。

在此次任務(wù)中，中國(guó)航天科技集團(tuán)五院技術(shù)人員推出了全新升級(jí)的“對(duì)接天眼”——光學(xué)成像敏感器（CRDS），它由位于運(yùn)輸飛船上的相機(jī)和位于目標(biāo)飛行器上的目標(biāo)標(biāo)志器組成。

與在天宮一號(hào)上運(yùn)用的第一代產(chǎn)品相比，升級(jí)版的CRDS產(chǎn)品在太陽(yáng)雜光抑制能力、識(shí)別目標(biāo)敏感度上有了大幅提升。

此外，五院技術(shù)人員還將敏感器首次捕獲時(shí)間提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)——由原來(lái)的約十秒縮短至不到幾百毫秒?！斑@個(gè)時(shí)間就好比司機(jī)在開(kāi)車(chē)時(shí)被強(qiáng)光晃到眼睛之后恢復(fù)正常視力的時(shí)間，‘眼睛’從看見(jiàn)目標(biāo)到做出判斷的響應(yīng)時(shí)間也大大縮短?！焙教炜萍技瘓F(tuán)五院敏感器設(shè)計(jì)師劉啟海說(shuō)。

（《解放軍報(bào)》2016.9.16、《新京報(bào)》2016.9.15等）