天宫二号:我在太空的1036天

来源:中国军网综合作者:张 新 邹维荣 韩阜业责任编辑:杨帆
2019-07-22 06:37

还记得太空“老朋友”天宫二号吗?在太空飞行1036天之后,天宫二号返回地球啦!

根据计划安排,天宫二号空间实验室已完成全部拓展试验,于2019年7月19日,受控离轨并再入大气层,少量残骸落入南太平洋预定安全海域。

时光追溯到2016年的中秋之夜,天宫二号带着中华儿女的期盼踏上逐梦之旅。

在轨飞行的1036个日日夜夜,天宫二号给我们带来了太多的惊喜与奇迹。

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天宫二号:我在太空的1036天

■解放军报记者 张 新 邹维荣 韩阜业

还记得太空“老朋友”天宫二号吗?在太空飞行1036天之后,天宫二号返回地球啦!

根据计划安排,天宫二号空间实验室已完成全部拓展试验,于2019年7月19日,受控离轨并再入大气层,少量残骸落入南太平洋预定安全海域。

时光追溯到2016年的中秋之夜,天宫二号带着中华儿女的期盼踏上逐梦之旅。

在轨飞行的1036个日日夜夜,天宫二号给我们带来了太多的惊喜与奇迹——

我们记得,2年多前神舟十一号与天宫二号的浪漫“初吻”,我国航天员景海鹏、陈冬顺利入驻太空新“家”。此后30天里,太空新“家”迎来第一批来自地球的亲人,2位航天员在天宫二号进行了30天的太空工作和生活,中国人朝着建设空间站的梦想又迈进了一步。

我们记得,天宫二号启动了拟南芥和水稻生长实验,它们顺利开花结果。这是我国首次在太空完成“从种子到种子”的空间植物培养实验。

我们还记得,在2017年4月27日这一天,天舟一号与天宫二号成功完成首次“太空加油”。这也标志着空间实验室飞行任务全部完成,中国载人航天工程“三步走”发展战略第二步全面收官,空间站时代的大门向中国人豁然打开……

30天中期驻留,再一次创造我国载人航天新纪录

翻开我国载人航天的壮美画卷,太多历史性时刻值得国人骄傲。

从“神五”1人1天、“神六”2人5天、“神七”3人3天、“神九”3人13天,再到“神十”3人15天、“天宫二号”2人30天。30天驻留,这是迄今我国载人飞行时间最长的任务。

从1天到15天,再到30天,这不是简单的数字增加。30天,是国际上公认的中期驻留的门槛。用天宫二号空间实验室总设计师朱枞鹏的话说:“在天宫二号工作和生活30天,是一项艰巨的任务。”

在30天的太空飞行时间里,科研人员充分利用这个难得的机会,绞尽脑汁围绕“人”的问题下功夫、做研究。

这关乎中国人究竟能在浩瀚的宇宙深空中看到多深、行至多远。航天员陈冬作为亲历者,认为这些实验“非常重要和必要”。

“这些实验都是为了研究人在失重环境下身体各功能发生的某些变化,进而提出有效的预防和保护措施。”陈冬说,人是载人航天的主体,感谢科研人员持续关注人的健康问题。

此前,天宫二号系统开展了面向我国航天员在轨中期驻留载人宜居环境设计工作,在有限的组合体空间内,集成了内部装饰、舱内活动空间规划、视觉环境与照明、废弃物处理、物品管理、无线视频通话等宜居技术,为航天员提供舒适人性化的空间家居环境。

把实验室搬到天上,打造我国第一个真正的空间实验室

天宫二号遨游太空1036天,为我国航天人提供了一个真正的空间实验室。

初步统计,在天宫二号上共进行了60余项空间科学实验、科学研究和一些技术试验,并取得了一批丰硕成果。

从来没有哪一次载人航天任务像这一次一样,航天员直接参与了那么多首次科研活动——

首次开展了由航天员直接操作的空间材料制备实验。说起这个实验,不得不提到太空“八卦炉”——综合材料实验装置。这套装置只用了电水壶功耗的1/9至1/5,就能实现真空环境下最高950℃的炉膛温度。航天员在“八卦炉”里“炼制”半导体光电子材料、金属合金、纳米及复合材料、晶体材料等多种样品,通过实验获得优质材料的空间制备技术,指导地面材料加工工艺的提升。

其中,制备的闪烁晶体可以帮助人类探索、认识和利用肉眼无法识别的射线、高能粒子,将其转化为医疗成像领域可识别、可控制的信号,让肿瘤无所遁形。

首次进行了“从种子到种子”的空间植物培养实验。电影《火星救援》的一段情节让人记忆颇深:主人公孤身一人克服重重困难,通过在火星基地种植土豆来生存,最终重返地球。“兵马未动,粮草先行。”人类要实现星际旅行,首要任务是解决食物自给、氧气和循环水等问题,打造一个“会飞的农场”。

空间植物培养实验就是为了破解这个难题。实验证明,光周期对植物开花的诱导会受到微重力的影响。科研人员验证了利用植物光周期调控植物营养与生殖生长的设计思路,为有效利用空间资源进行最大化的植物生产提供了重要依据。也就是说,如果航天员想吃的是植物种子,就让它早点开花;如果想吃的是植物叶片,就让它晚点开花。

首次开展了人机协同的空间精细操作机械臂试验。在地球,维修一个东西并不难。但在太空,航天员身着笨重的舱外航天服,在一个超低温舱外环境下做维修试验,难度可想而知。天宫二号有一个装有灵巧手的机械臂,可以按照指令做旋转螺丝、拆卸设备等动作,展开维修任务,维修效率大大提高。这项试验形成典型人机协同体制,为未来空间站仿人型机器人研制积累了技术基础。

从来没有哪一次载人航天任务像这一次一样,开展如此多的新科研活动——

首次开展了液桥热毛细对流实验。俗话说,人往高处走,水往低处流。但在太空中,水未必能往低处流。在天宫二号的液桥热毛细对流实验中,科研人员利用空间的微重力环境,在太空中“玩”起了水。液桥热毛细对流实验箱能够在空间精准控制液桥的高度和注入液体的体积,让液桥一会“高大上”,一会“土肥圆”。借此,科学家发现了很多新的科学现象。

首次进行了推进剂在轨补加试验。推进剂在轨补加,顾名思义就是给天宫二号进行“太空加油”。在复杂的太空环境下,“加油”并不容易实现。不光要“对得上”,还要能“分得开”。就好像笔杆和笔帽的关系,笔帽卡得太紧,有可能拔不下来。万一出现这种状况,对接机构的分离推杆力能克服故障状态下的分离力,使航天器正常分离。

实施“太空加油”主要靠压差实现液体流动加注。科研人员为天宫二号配备了金属膜盒贮箱,贮箱可以像手风琴风箱一样推拉往复运动,这样的补加装置能接受上百次加注。

首次开展了在轨释放伴随卫星并进行伴随飞行试验。“你在桥上看风景,看风景的人在楼上看你。”当天宫二号忙着“看”地球时,还有个“小家伙”在一刻不停地看着天宫二号。天宫二号任务进一步验证了小型高功能密度卫星在轨释放、驻留伴随飞行等技术,对飞行器进行了近距离成像观测,并开展了微小型部组件空间试验验证。值得一提的是,这颗小卫星还充当了“小小摄影师”,拍摄到了天宫二号与神舟十一号的首张太空合影。

“高冷”处见真实力,高精尖实验引领前沿科技

在天宫二号上进行的各类科学应用实验中,空间冷原子钟实验、空地量子密钥分配实验、“天极”望远镜,可以说是高精尖的典型代表。

现代科技利用原子超精细结构发明的原子钟,测量时间的精度误差已经降到了万亿分之一秒/天。如此高精度的计时需求,人们不会感觉到。但当计时器的误差超过十亿分之一秒/天时,卫星导航定位、船舶远海航行、导弹精确打击等就会不同程度地偏离目标。诸如开展深空探测、引力波探测、精细结构常数测量、广义相对论验证等科学研究活动,对时间精度要求就更高了。

这次天宫二号上搭载的空间冷原子钟,达到了3000万年误差不超过1秒,将飞行器自主守时精度提高了1到2个数量级,可谓是在空间运行的精度最高的一台原子钟。

天宫二号上另一个“高大上”项目是小型化终端的量子密钥分发实验。

自人类使用语言以来,通过密钥给信息加密的技术就伴随着人类对通信保密程度的需求不断发展。1984年,2位外国科学家提出了基于量子力学测量原理的“量子密钥分配”协议,从根本上保证了密钥的安全性。随后经过多年的实验和技术改进,以“量子密钥分配”为核心的量子保密通信技术逐渐完成了实用化。

在地面光纤网络建设上,世界第一条量子保密通信主干线路“京沪干线”已经建成。为了实现更远距离的量子保密通信,我们必须借助太空的多个飞行器。天宫二号上的载荷“量子密钥分配专项”就是通过在天上发射一个个单光子,生成“天机不可泄露”的量子密钥。

除了上述实验,天宫二号实验室上还搭载了一个国际合作项目——“天极”望远镜。这台专门用于测量伽马暴偏振的高灵敏度探测器,由多国合作研制。

为了测量伽马射线的偏振,“天极”望远镜采用了1600根塑料闪烁棒组成一个探测器阵列,像是蜜蜂的复眼。目前,这只勤劳的“小蜜蜂”已经成功探测了55个伽马暴,为国际伽马暴联合探测作出了重要贡献。

在实验过程中,科研团队还“意外”发现了“天极”望远镜的一个新功能——探测脉冲星。

虽然脉冲星导航不是其设计目标,但天宫二号上的“天极”望远镜在国内首次实现了在轨观测到脉冲星,并成功地实现了脉冲星导航技术试验,提出了一个脉冲星导航新方法,相关成果已正式发表。

天宫二号的落幕,预示着另一名主角的登场。专家透露,未来中国空间站建造完成后,将在轨运营10年以上,应用载荷可在轨更换,“仅从首次入轨携带规模看,就比天宫二号空间实验室提升10倍以上”。

可以想像,那将是更多科学家的梦想舞台。此时此刻,我们信心满怀——

天宫二号,欢迎回来!

未来空间站,等你启航!

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