天宫二号“回家”带来不少好消息

　　7月19日晚，天宫二号返回地球。自2016年9月上线以来，其运营天数一直固定在“1036”的数字上。

　　作为中国第一个真正意义上的空间实验室，天宫二号近三年都在忙什么?

　　《科技日报》记者从中国科学院空间应用中心了解到，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试验设备，开展了60多项空间科学实验和技术实验。

　　太空中的冷原子钟：一把极其精确的“天体尺”

　　在基础物理前沿研究方面，天宫二号搭载了全球首个在轨运行并开展科学实验的空间冷原子钟，成功验证了空间环境下高性能冷原子钟的运行机理，实现了7.210-16的超高精度，相当于3000万年误差小于1秒。

　　这为空间超高精度时频参考的巨大需求和未来空间基础物理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。

　　太空原子钟项目的成功促进了相关领域的发展。其技术成果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。在空间站高精度时频系统、空间站超冷原子物理实验舱、探月工程中的地月导航通信等方面也发挥了关键作用。也将对未来深空探测、基础物理研究、精密测量等领域产生深远影响。

　　量子密钥分发：一个不可破解的“秘密”

　　天宫二号搭载的量子密钥分发实验空间终端，通过高精度自动跟踪瞄准(ATP)系统与量子密钥分发地面终端的配合，建立了地面站与目标飞行器之间的量子通道，并在此基础上进行了空地量子密钥分发实验。

　　本次实验是国内首次突破量子密钥分发相关关键技术，并在轨验证。成功实现了双向高精度跟踪瞄准、量子密钥分发和激光通信。

　　同时，本次测试也是我国首次实现航天业务数据以1.6Gbps码率的激光通信传输，为后续航天任务更大容量的数据传输开辟了道路。

　　此外，这也为未来载人航天的空地量子保密通信和构建实用的空地一体化广域量子保密通信网络奠定了基础。

　　伽马射线偏振探测器：捕捉和破译宇宙起源的秘密

　　伽马射线暴是一种BIGBANG级别的能量，被捕获后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首个宽视场、高效率的专用宇宙伽马射线爆发(GRB)偏振探测器。它探测到55次伽马射线爆发，并观测到蟹形幸运脉冲星的脉冲信号。这是我国首次将脉冲星信号用于定轨，定轨精度在10公里左右，并探测到几次太阳X射线暴。目前，我国已经完成了伽马射线暴瞬时辐射的高精度偏振探测，实现了预定的科学目标。

　　热毛细对流实验：在空间建造一座神奇的液体桥

　　如果湿了大拇指和食指，捏在一起稍微分开，手指间会出现一个小液柱，称为“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，建立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产生热毛细流动，这是微重力环境下自然对流的主要形式。中国科学家一直梦想着揭开热毛细对流的神秘面纱。

　　在天宫二号上，我国首次进行了空间微重力下热毛细对流实验，研究了热毛细对流的不稳定机理

　　大部分样品都是国际上首创的实验，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。

　　本实验的主要成果如下：

　　生长高质量材料晶体，验证新材料制备技术，在材料科学实验中获得多项新发现。

　　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了显著改善或微结构得到了改善。

　　以空间测量、实验和地面实验数据为基础，建立了我国首台空间材料实验炉热环境模拟计算模型，得出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，显著提高了我国空间材料科学实验能力。

　　拟南芥和水稻：两位特殊的宇航员

　　除了景海鹏和陈东，还有两位特殊的“宇航员”——拟南芥和水稻参观了天宫二号。

　　科学家选择了这两种有代表性的植物进行栽培试验。

　　本试验采用人工光照、高效水循环和痕迹标记，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。

　　在试验中，国内首次发现在长空间条件下，拟南芥开花明显延迟。首次发现植物在微重力条件下的寿命明显长于地面对照组。首次发现空间微重力对水稻吐水及其各向同性生长有明显影响。同时，植物开花基因启动子在世界上首次成功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生产最大化提供了重要证据，为人类长期探索太空提供了保障。

　　空间科学与应用：从上帝的角度看地球

　　在距离地面近400公里的高空，天宫二号借助多种遥感设备，从上帝视角俯瞰地球，取得了丰硕的科学成果和显著的成就。用效益。

　　其中，多角度宽谱段成像仪是集宽波段光谱和多角度偏振成像的新型综合遥感器，在国内首次实现了12个多角度光学偏振遥感技术新体制验证，开拓了获取重要的陆地、海洋、大气信息的新途径。

　　三维成像微波高度计是国际首个用于海洋观测的宽刈幅三维雷达成像高度计，采用短基线、小角度干涉、新型高度跟踪、孔径合成结合的创新技术。新一代雷达高度计的发展方向，对于整体提升我国海洋环境监测、预测和预报能力具有重要作用。

　　多波段紫外临边成像仪是我国首个具有紫外临边观测能力的载荷，在国际上首次采用大视场，对全球中层大气进行紫外环形、前向临边辐射特性的同时探测。其获得了全球大气密度、臭氧和气溶胶垂直结构及三维分布，在大气痕量气体监测、大气与环境预报、空间天气等领域具有广泛的应用价值。

　　多项技术验证：为我国空间站运营奠定基础

　　除了科学实验，天宫二号在任务期间也完成了多项技术验证。

　　2016年10月23日，天宫二号释放伴随卫星。这是继神舟七号任务以后，我国第二次在空间飞行器上释放伴飞卫星。此次成功开展伴星释放、驻留和伴随飞行试验，获得了清晰的组合体图像，同时也进行了微小卫星新技术试验和验证。

　　通过开展人机协同的空间精细操作机械臂试验，我国首次实现人机协同在轨维修任务，建立了集信息管理、手动控制、遥操作和自主控制一体化的人机协同在轨维修系统，形成典型人机协同体制，为未来空间站仿人型机器人研制打下了技术基础。

　　此外，天宫二号还与天舟一号货运飞船配合，首次实现了我国航天器推进剂在轨补加任务，全面突破和掌握了相关技术，对后续空间站阶段的推进剂补加进行了完整验证，并使我国推进剂补加系统性能指标达到世界领先水平。