天宫二号“回家”带来许多好消息

本报记者傅逸飞

7月19日晚，天宫二号返回地球。自2016年9月推出以来，其运营天数已固定为“1036天”。

天宫二号作为我国第一个真正的空间实验室，近三年来一直忙于什么？

《科技日报》记者从中国科学院空间应用中心获悉，天宫二号搭载了14个应用载荷，以及航天医学实验设备和在轨维修实验设备，进行了60多次空间科学实验和技术测试。

空间冷原子钟：极度精准的“量天尺”

在基础物理前沿研究领域，天宫二号携带第一个国际空间冷原子钟在轨道上运行并进行科学实验。它成功地验证了高性能冷原子钟在空间环境中的运行机制，达到了7.210-16的超高精度，相当于3000万年误差不到1秒。

这为空间超高精度时频基准的巨大需求和未来空间基础物理的前沿研究奠定了坚实的科技基础，成为国际空间冷原子量子传感器领域的重要里程碑。

空间冷原子钟项目的成功促进了相关领域的发展。其技术成果已直接应用于卫星导航系统，大大提高了卫星导航系统的性能。它还在空间站的高精度时频系统、空间站的超冷原子物理实验舱以及月球探测项目中的月球导航与通信中发挥着关键作用。它还将对未来的深空探测、基础物理研究、精密测量等领域产生深远的影响。

量子密钥分配：不可泄露的“天机”

天宫二号搭载的量子密钥分发测试空间终端，通过高精度自动跟踪指向系统与量子密钥分发地面终端的配合，在地面站与目标飞行器之间建立了一条量子通道。在此基础上，进行了空地量子密钥分配实验。

该实验是中国首次突破量子密钥分发相关关键技术，并在轨验证。我们成功实现了双向高精度跟踪和指向、量子密钥分发和激光通信。

同时，本次测试也是中国首次实现空间和地球服务数据激光通信传输的1.6Gbps码率，为后续空间任务开辟了更高容量的数据传输途径。

此外，这也为载人航天的空间到空间量子保密通信以及未来天地一体化广域量子保密通信网络的实际建设奠定了基础。

伽马暴偏振探测仪：捕捉破译宇宙起源的秘密

伽马射线爆发是一种大爆炸级别的能量。一旦被捕获，它将有助于破译宇宙起源和演化的秘密。

天宫二号搭载了国际上第一台专用的大视场高效率GRB偏振探测器。探测到55次伽玛暴，观测到蟹状星云幸运脉冲星的脉冲信号，脉冲星信号在中国首次用于定轨实验。定轨精度约为10公里，并探测到几次太阳X射线爆发。目前，中国已经完成了伽玛射线爆发瞬时辐射的高精度偏振探测，达到了预定的科学目标。

热毛细对流实验：在太空搭建神奇的液桥

如果你弄湿你的拇指和食指，把它们捏在一起，稍微分开，一个小液柱会出现在你的手指之间，这叫做“液桥”。

地面上的液桥通常只有几毫米，但在太空的微重力环境下，建造的液桥可以达到惊人的尺寸。

当液桥两端温度不均匀时，在液体表面张力的作用下会发生热毛细流动，这是微重力环境下的主要自然对流形式。我国科学家一直梦想揭开热毛细对流的神秘面纱。

在天宫二号上，中国首次开展了空间微重力下的热毛细对流实验，研究了空间微重力下热毛细对流的不稳定机制，拓展了流体力学的认知领域，取得了国际先进的研究成果。它使中国能够突破并掌握技术

大多数样品都是世界上首次实验，如新型纳米复合光学材料、高性能热电转换材料、多组分多相合金等。

本实验的主要结果如下：

已经生长出高质量的材料晶体，新的材料制备工艺已经得到验证，并且在材料科学实验中获得了许多新的发现。

就重要的功能晶体和其他材料而言，在空间制备的样品的性能得到明显改善或微观结构得到改善。

基于空间测量、实验和地面实验数据，建立了我国首台空间材料实验炉的热环境模拟计算模型，得到了空间微重力和地面重力环境下炉内气体压力对炉内最高温度影响的基本规律，极大地提高了我国空间材料科学实验的能力。

综合材料实验：对尖端材料的了解更加深

除了景海鹏和陈东，还有两个特殊的“宇航员”——拟南芥和水稻。

科学家们选择了这两种有代表性的植物进行栽培实验。

本试验采用人工光照、高效水循环和示踪标记，在6个月内完成了我国首次高等植物“从种子到种子”的全周期栽培试验。

在中国的试验中，首次发现在太空中长日照条件下，拟南芥开花显著延迟。首次发现在微重力条件下植物的寿命比地面控制组大大延长。首次发现空间微重力对水稻幼苗及其定向生长有显著影响。同时，植物开花基因启动子在世界上首次被成功地用于驱动绿色荧光蛋白的表达。首次发现空间微重力环境显著促进了静脉网络的发展。

相关成果为有效利用有限的空间资源实现植物产量最大化提供了重要证据，为人类长期探索太空提供了保障。

拟南芥和水稻：两名特殊的“航天员”

天宫二号在离地面近400公里的高空，借助多种遥感设备，从上帝的角度俯视地球，取得了丰硕的科学成果和显著的应用效益。

其中，多角度宽光谱成像仪是一种集宽带光谱和多角度偏振成像于一体的新型综合遥感器。中国首次验证了12个新的多角度光学偏振遥感技术系统，开辟了获取重要陆地、海洋和大气信息的新途径。

三维成像微波高度表是世界上第一个用于海洋观测的宽测绘带三维雷达成像高度表。它采用创新技术，包括短基线、小角度干涉、新高度跟踪和孔径合成。新一代雷达高度表的发展方向对提高我国海洋环境监测、预报和预报能力具有重要作用。

多波段紫外临边成像仪是中国第一个具有紫外临边观测能力的有效载荷。这是世界上首次使用大视场同时探测全球中层大气的紫外环形和前向辐射特征。它获得了全球大气密度、臭氧和气溶胶的垂直结构和三维分布，在大气痕量气体监测、大气和环境预报、空间天气等领域具有广泛的应用价值。

空间地球科学及应用：从上帝视角看地球

除了科学实验，天宫二号还在飞行任务中完成了一系列技术验证。

2016年10月23日，天宫二号发射了这颗卫星。这是继神舟七号任务后，中国第二次在航天器上发射伴星。成功地进行了卫星释放、停留和伴随飞行试验，并获得了清晰的组合图像。与此同时，还对微型卫星进行了新技术测试和验证。

通过开展人机合作空间精细作业机械臂实验，中国首次实现了人机合作在轨维修任务。建立了集信息管理、人工控制、远程操作和自主控制于一体的人机协同在轨维护系统，形成了典型的