奠基中国版太空站，“天宫二号”牛在哪里？
►天宫二号发射瞬间。来源：新华网
科学家评说“天宫二号”
升空的瞬间，火箭在怒吼，大地在震动！
——张双南，中科院高能物理研究所研究员
今晚22时28分，随着张又侠总指挥长宣布发射任务取得圆满成功，中国第一个真正意义上的太空实验室——“天宫二号”成功上天了！“天宫二号”上不仅有科幻片里的植物培养的试验，还将为我国建立太空站迈出奠基性的一步！这是中国航天史上的又一壮举！
——郑永春，中科院国家天文台副研究员
天宫二号发射成功，真是一个美妙的中秋贺礼。真切感受体会走在大国崛起道路上的速度与力量。
——胡一鸣，德国马普引力物理所、清华大学博士后
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我国第一个真正意义上的太空实验室“天宫二号”，昨晚成功发射，恰逢中秋佳节，一个对中国人来说有着特殊意义的时间。
太空又将迎来中国航天的使者，“天宫二号”空间实验室接下来将展开的空间应用试验、太空中期驻留验证、推进剂补加等，这些对中国人意味着什么，对中国空间站的建设又意味着什么？
►天宫二号发射瞬间。来源：新华网
“天宫二号”是我国第一个真正意义上的太空实验室，采用实验舱和资源舱两舱构型，全长10.4米，最大直径3.35米，太阳翼展宽约18.4米，重8.6吨，设计在轨寿命2年，在“天宫一号”目标飞行器备份产品的基础上，为满足推进剂补加验证试验需要，对推进分系统进行了适应性改造；为满足中期驻留需要，对载人宜居环境进行了重大改善，具备支持2名航天员在轨工作、生活30天的能力。
“天宫二号”装载了空间冷原子钟等14项应用载荷，以及失重心血管功能研究等相关航天医学实验设备，配备在轨维修技术验证装置、机械臂操作终端等在轨维修试验设备，将开展空间科学及技术试（实）验。
按计划，“天宫二号”空间实验室发射升空后，将变轨进入高度约380公里的运行轨道，进行在轨测试。“神舟十一号”载人飞船10月中下旬发射前，“天宫二号”空间实验室进入高度为393公里的近圆对接轨道，等待交会对接。
仅从外形上来看，“天宫二号”和“天宫一号”并无太大的区别，甚至说她俩是“孪生姐妹”也不为过，毕竟，“天宫二号”原本就是为“天宫一号”准备的备份飞行器。不过，如今的“天宫二号”，已经过改造，摇身一变成了和“天宫一号”功能不同的空间实验室。
要搞清楚“天宫二号”在中国载人航天工程中的位置，还要从“天宫一号”，乃至“神舟五号”说起。
上世纪90年代初期，我国正式启动载人航天工程，并确立“三步走”发展战略。
第一步可以称作载人飞船阶段，主要任务是研制载人飞船，将航天员送到太空，开展空间应用实验并返回。在此期间，2003年，“神舟五号”飞船完成首次载人飞行任务；2005年，“神舟六号”飞船完成多人多天飞行试验任务，至此，中国载人航天工程实现了第一步战略任务目标。
第二步是空间实验室阶段。2008年，“神舟七号”飞行任务的圆满成功，标志着我国掌握了航天员出舱活动关键技术，这是第二步的任务目标之一。
直到2011年，轮到“天宫一号”出场，这个目标飞行器，先后与“神舟八号”、“神舟九号”和“神舟十号”先后开展了交会对接试验并取得成功，自动及手动控制交会对接技术得到验证。
同时，“天宫一号”经过对接后，被改造成为太空中一个短期有人照料的空间实验平台，多名航天员短期驻留太空，参与完成多项科学实验，载人航天工程取得关键性进展，第二步的第一阶段任务圆满收官。
此后，摆在航天人面前的，是补给以及循环利用技术，这些技术关系到未来空间站的组装、航天员在空间站的生存等问题。第二步的第二阶段就是要验证这些技术，发射空间实验室，搭建起一个平台，开展技术、应用等各类试验，为载人航天工程第三步，即建造中国空间站打下基础。
空间站，和空间实验室还不是一回事。它指的是可供多名航天员巡访、长期工作和居住生活的载人航天器。前苏联发射建造的“礼炮”空间站与“和平号”空间站，以及由美国、俄罗斯、日本、加拿大、巴西和欧洲空间局共同建造的国际空间站就是其中比较知名的。
如今，中国走到的空间实验室阶段，更像是空间站阶段的前身，是从载人飞船过渡到载人航天基础设施的试验性航天器。“天宫二号”挑起了其中的重担。
在“天宫二号”发射运行一段时间后，“神舟十一号”也将进入太空与之会合，届时“神舟十一号”将搭乘两名航天员，与“天宫二号”形成组合体，重点开展人在太空的中期驻留试验。
而当“神舟十一号”与“天宫二号”完成对接及其他各项试验返回之后，“天宫二号”则继续驻留太空，等待第一艘货运飞船“天舟一号”的到来，开展推进剂补加等相关试验。
我国计划在2020年前后建成的空间站总体构型是三个舱段，一个核心舱，两个实验舱，每个舱都是20吨级，整体呈T字构型。
这其中核心舱有5个对接口，可以对接一艘货运飞船、两艘载人飞船和两个实验舱，另有一个供航天员出舱活动的出舱口。
随着空间实验室任务的陆续展开，我国载人航天进入了应用发展新阶段，未来空间站的实景，也将越来越清晰地展现在人们面前。
“天宫二号”空间实验室将开展十四项空间科学和应用实验。不仅如此，与实验有关的各种设备可谓是既富科幻色彩，又不失使用价值。例如“空间冷原子钟”，光是听一听名字就觉得很厉害了……
中科院上海光机所研制的“空间冷原子钟”搭载“天宫二号”发射升空，将成为国际上首台在轨运行并开展科学实验的“空间冷原子钟”,同时也是目前在空间运行的最高精度的原子钟。
“空间冷原子钟”将激光冷却技术和空间微重力环境结合，有望实现10^-16量级的超高精度（约3000万年误差1秒），将目前人类在太空中的时间计量精度提高1~2个数量级。
开展大Prandtl数液桥热毛细对流稳定性相关问题的研究，研究在空间微重力环境下热毛细对流的失稳机理问题，拓展流体力学的认知领域，取得具有国际先进水平的研究成果。突破并掌握微重力环境下的液桥建桥、液面保持和失稳重建等空间实验关键技术，进一步提升我国微重力流体科学的空间实验能力和技术水平。
该平台此次的任务时研究半导体光电子材料、金属合金及亚稳材料、纳米以及复合材料等制备基理，揭示在地面重力环境下难以获知的材料物理化学过程的规律。预期可获得高质量的空间材料样品，作为模型材料的结构、功能、工艺参数等方面获得有价值的科学研究成果。
即将上天的这个炉子就是工程人员历经三年多的攻关，专门研制的一套综合材料实验装置（简称“实验装置”）。
这套实验装置由“材料实验炉”（简称“炉子”）、“材料电控箱”和“材料样品工具袋”三个单机构成。整个装置共约27.6kg重，最大功耗不到200W（而一般电水壶的功率也要1000～1800W），相当于2个100W白炽灯，却能实现真空环境下最高950℃的炉膛温度，是不是令人惊叹？
“天宫二号”三维成像微波高度计是国际上第一次实现宽刈幅海面高度测量并能进行三维成像的微波高度计。它采用小角度、高精度干涉测量技术，能精确获得海面的干涉条纹信息，进而获得三维海面形态，再经过复杂的定标最终获得宽刈幅范围内的海平面高度测量。
“天宫二号”伴随卫星是一颗微纳卫星，是“天宫二号”试验任务的一部分。伴随卫星由上海微小卫星工程中心研制，采用了小型化，轻量化，高功能密度的设计。“天宫二号”伴随卫星搭载多个试验载荷，并具备较强的变轨能力，具备了开展空间任务的灵活性与机动性。
“天宫二号”伴随卫星将在在轨任务期间开展对空间组合体的飞越观测等试验，为主航天器的技术试验提供支持，并拓展空间技术应用。
“天极”望远镜是搭载在“天宫二号”空间实验室上的伽玛射线偏振探测仪，是中欧国际合作项目。
“天极”望远镜的主要科学目标是探测研究遥远宇宙中突然发生的伽玛射线暴现象，并在国际上首次对伽玛暴的偏振性质实现高精度、系统性地测量，从而深入地研究恒星演化、黑洞形成以及伽玛暴爆发的物理机制，为更好地理解极端天体物理环境下产生的这种宇宙中最剧烈的爆发现象做出重要贡献。
空间环境分系统(全称：空间环境监测及物理探测分系统)主要用于实时监测“天宫二号”轨道上的辐射环境和大气环境，实现舱外16个方向的电子、质子等带电粒子的强度和能谱监测，以及轨道大气密度、成分及其时空变化与空间环境污染效应监测等。
随着人类空间活动的深入开展，人类需要飞出地球，在地外空间长期生活和工作。绿色植物可为人类和动物提供必需的食物和氧气。
在“天宫二号”空间实验室中将开展两种代表性的植物——拟南芥和水稻的培养实验，着重探索在太空环境中如何控制植物开花结种的技术与方法，为建立保障人类长期空间生存所必需的生命生态支持系统奠定基础。中国科学院上海技术物理研究所提供的高等植物培养箱具备在轨培养单元和样品返回单元，能够为植物生长提供必需的水分供给以及光照、温度控制，具备实时可见光图像和荧光图像获取功能，构成了现代的迷你太空温室，为研究植物在太空的生长发育提供支持。
作为太空实验室里的尖端“数码相机”，宽波段成像光谱仪拥有相当深厚的“内力”。相机被安装在太空实验室对地观测面的“肚子”上，有了它，“天宫二号”可谓拥有了“火眼金睛”的本领，看海洋，看大气，样样精通。
研制“天宫二号”载荷“量子密钥分配试验空间终端”。通过高精度自动跟瞄（ATP）系统与量子密钥分配地面终端配合，在地面站与目标飞行器之间建立起量子信道，并在此基础上进行空—地量子密钥分配试验。目标为实现世界上首个基于载人航天空间平台的空—地量子密钥分配演示实验。为载人航天的空地间量子保密通信，以及未来的实用化天地一体广域量子保密通信网络建设打下基础。
本文经授权转载自新华网，编辑：赵辉。
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