在浩瀚的太空中，天宮二號(hào)正翩然翱翔。作為我國首個(gè)真正意義上的空間實(shí)驗(yàn)室，天宮二號(hào)上要進(jìn)行各類空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)與探測(cè)項(xiàng)目，這些實(shí)驗(yàn)有的旨在探索宇宙最深處的奧秘，有的為了幫助人類更好地認(rèn)識(shí)地球，有的則為將來人類的長期載人航行提供基礎(chǔ)……它們無一不是在向世界科學(xué)的最前沿發(fā)起挑戰(zhàn)，為中國科技領(lǐng)跑世界而凝神聚力。

那么天宮二號(hào)里有哪些科學(xué)“神器”？且隨大臉兔去一探究竟吧！

綜合材料實(shí)驗(yàn)裝置

天宮二號(hào)中有一只“神爐”，它叫“綜合材料實(shí)驗(yàn)裝置”。它由“材料實(shí)驗(yàn)爐”“材料電控箱”和“材料樣品工具袋”三個(gè)單機(jī)構(gòu)成，總重約27.6公斤，最大功耗不到200瓦，卻能實(shí)現(xiàn)真空環(huán)境下最高950攝氏度的爐膛溫度，足以將玻璃或銀條熔化。它能“煉制”復(fù)合材料、金屬材料、有機(jī)高分子材料和晶體材料等。它煉制的寶貝有啥神奇之處？就拿晶體材料來說吧，太空中生長的晶體，探測(cè)能力讓地面生長的晶體望塵莫及。比如，普通CT檢查一般只能確定直徑2毫米以上的腫瘤，對(duì)于一些微小早期發(fā)病部位“視而不見”，而安裝了太空產(chǎn)閃爍晶體的CT探測(cè)精度則會(huì)大大提升，可能在腫瘤1微米時(shí)就能被精確定位。

天宮二號(hào)伴隨衛(wèi)星

天宮二號(hào)有一個(gè)如影隨形的“小伙伴”——伴隨衛(wèi)星。它圍繞天宮二號(hào)或遠(yuǎn)或近不同角度地伴隨飛行。這個(gè)“小伙伴”將承擔(dān)哪些任務(wù)？

它是攝影家，因?yàn)樗钶d了高分辨率全畫幅可見光相機(jī)，能夠在空間繞飛試驗(yàn)過程中對(duì)天宮二號(hào)與神舟十一號(hào)飛船組合體進(jìn)行高分辨率成像，成為“天宮神舟大婚的攝影師”。

它是護(hù)航員，隨時(shí)對(duì)天宮二號(hào)表面狀態(tài)進(jìn)行檢查。伴星的相機(jī)好比一個(gè)非接觸式的醫(yī)療熱像儀，如果有太空碎片“襲擊”航空器，導(dǎo)致天宮二號(hào)的“體溫”出現(xiàn)異常，它可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并報(bào)警。

它還是特技師。伴隨衛(wèi)星在軌期間會(huì)開展伴飛試驗(yàn)，從天宮二號(hào)在軌釋放，在空間輕松上演自由貼近、遠(yuǎn)離的華麗“動(dòng)作大戲”。同時(shí)配合空間站開展多平臺(tái)間的協(xié)同試驗(yàn)，拓展空間應(yīng)用。

寬波段成像光譜儀

天宮二號(hào)上還有個(gè)高定款數(shù)碼相機(jī)，能同時(shí)拍出可見光、紅外、光譜、偏振4種照片，它叫“寬波段成像光譜儀”。

這款太空相機(jī)有兩大任務(wù)：一是看海洋。它可以準(zhǔn)確觀測(cè)海洋的水色和水溫，還能提取到海水中的葉綠素、色素濃度等信息，不僅可以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)到發(fā)生在任何海域的赤潮現(xiàn)象，還可以判斷出這片海域的浮游生物量和初級(jí)生產(chǎn)力，指導(dǎo)漁民出海作業(yè)。它可以探測(cè)水溫、海冰和洋流信息，且具備很高的水溫變化探測(cè)靈敏度。

二是看大氣。由于光的偏振特性對(duì)大氣粒子具有獨(dú)特敏感性，偏振成像可獲得很多關(guān)鍵性信息，對(duì)氣象預(yù)報(bào)、氣候預(yù)測(cè)有重要價(jià)值。簡單說，它能看霧霾，并輔助專家們分析霧霾。

液橋熱毛細(xì)對(duì)流實(shí)驗(yàn)裝置

天宮二號(hào)里，我國將首次開展液橋熱毛細(xì)對(duì)流的空間實(shí)驗(yàn)。

液橋是什么？通俗地講，液橋就是連接著兩個(gè)固體表面之間的一段液體，液體像橋梁一樣連接起兩個(gè)固體，所以稱為“液橋”。

在地球上，因?yàn)橹亓﹃P(guān)系，很難建立起大尺寸的液橋，但在太空微重力環(huán)境下，可以建立起很大尺寸的液橋。這次在天宮二號(hào)上的實(shí)驗(yàn)將由科學(xué)家們遠(yuǎn)程操控，用天宮二號(hào)上搭載的液橋熱毛細(xì)對(duì)流實(shí)驗(yàn)裝置完成。實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)置了172組預(yù)定模式實(shí)驗(yàn)曲線，只要科學(xué)家在地面指間一動(dòng)，就可以輕易地完成液橋“172變”。

它有什么用？如果想要生產(chǎn)出高質(zhì)量的半導(dǎo)體材料，就要科學(xué)控制在晶體生長過程中浮力對(duì)流、熱毛細(xì)對(duì)流的影響，而太空特有的微重力環(huán)境將使科學(xué)家深入剖析熱毛細(xì)對(duì)流的真實(shí)過程。

“天極”望遠(yuǎn)鏡

人眼不能分辨光的偏振狀態(tài)，蜜蜂對(duì)偏振卻很敏感。天宮二號(hào)中有一只“小蜜蜂”，用它的“復(fù)眼”捕捉并測(cè)量遙遠(yuǎn)宇宙中突然發(fā)生的伽馬射線暴的偏振性質(zhì)，它就是“天極”伽馬暴偏振探測(cè)儀，簡稱“天極”望遠(yuǎn)鏡。

伽馬射線是有很強(qiáng)穿透性的電磁波。恒星臨終時(shí)發(fā)生劇烈爆炸，產(chǎn)生極強(qiáng)烈的伽馬射線輻射，持續(xù)時(shí)間長不過幾千秒，短不足百分之一秒，其亮度卻超過全宇宙其他天體的總和，輻射能量與太陽一生相當(dāng)，這就是伽馬射線暴。

伽馬暴的起源及相應(yīng)的物理過程，一直是天文學(xué)家們研究的前沿課題之一。近十幾年來，對(duì)伽馬暴的研究雖然已經(jīng)取得長足進(jìn)步，但一些基本問題還未解決?？茖W(xué)家推測(cè)，對(duì)伽馬暴伽馬射線偏振的研究可為解決這些問題提供新線索，卻缺乏有效測(cè)量儀器。“天極”望遠(yuǎn)鏡填補(bǔ)了這個(gè)空白，它是全球最靈敏的伽馬射線暴偏振探測(cè)儀器，將高精度且系統(tǒng)性地測(cè)量伽馬射線暴的偏振性質(zhì)，預(yù)期運(yùn)行2年，探測(cè)約100個(gè)伽馬射線暴。

高等植物培養(yǎng)箱

這次天宮二號(hào)上也會(huì)種植物哦，不過種的不是土豆，而是擬南芥和水稻。它們生活在高等植物培養(yǎng)箱里，科學(xué)家們將通過實(shí)時(shí)成像技術(shù)，記錄微重力條件下擬南芥和水稻從種子萌發(fā)、幼苗生長到開花發(fā)育的全過程，并下傳圖像進(jìn)行“全程直播”。

在太空中種植植物，對(duì)人類來說太重要了。植物不僅可以利用光能產(chǎn)生食物，還可以產(chǎn)生氧氣，吸收人類代謝的許多廢氣、廢物，人類要進(jìn)行星際旅行，在可再生的宇航員生命支持系統(tǒng)中，高等綠色植物是物質(zhì)循環(huán)與能量交換的關(guān)鍵。

空間環(huán)境分系統(tǒng)

天宮二號(hào)上有一個(gè)“情報(bào)機(jī)構(gòu)”——空間環(huán)境監(jiān)測(cè)及物理探測(cè)分系統(tǒng)，簡稱“空間環(huán)境分系統(tǒng)”，它用來收集空間環(huán)境相關(guān)情報(bào)。

在太空中，能量很高的帶電粒子輻射可能導(dǎo)致航天器材料性能下降或損壞，也可能破壞宇航員的器官組織，嚴(yán)重時(shí)甚至有生命危險(xiǎn)?？臻g環(huán)境分系統(tǒng)的帶電粒子輻射探測(cè)器身上的16個(gè)小探頭可以從16個(gè)方向全天候捕獲天宮軌道上的高能帶電粒子，實(shí)現(xiàn)艙外16個(gè)方向的電子、質(zhì)子等帶電粒子的強(qiáng)度和能譜監(jiān)測(cè)。有了它，就可以監(jiān)測(cè)軌道大氣密度、成分及其時(shí)空變化等，告訴你是誰拖延了天宮的腳步。

空間冷原子鐘

當(dāng)計(jì)時(shí)器的誤差超過千分之一秒/天，電子通信網(wǎng)絡(luò)、高速交通管理、金融系統(tǒng)安全、電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電等日?；顒?dòng)就將陷入混亂；當(dāng)誤差超過十億分之一秒/天，衛(wèi)星導(dǎo)航定位、導(dǎo)彈精密打擊等高精準(zhǔn)度行為就會(huì)不同程度地偏離目標(biāo)；而深空探測(cè)、引力波探測(cè)等科研活動(dòng)，對(duì)時(shí)間精度要求就更高了。

為了避免這些問題，科學(xué)家們找到了原子鐘?？茖W(xué)家們利用原子非常穩(wěn)定的躍遷頻率這一特點(diǎn)，制作出高精度計(jì)時(shí)裝置原子鐘。當(dāng)前地面上投入使用的最準(zhǔn)確的原子鐘，誤差已降到萬億分之一秒/天。

但在地面上，由于重力作用，自由運(yùn)動(dòng)的原子團(tuán)始終處于變速狀態(tài)，原子鐘精度受到限制。而在空間微重力環(huán)境下，原子團(tuán)可以做超慢速勻速直線運(yùn)動(dòng)，從而獲得更高精度信號(hào)。

這次，天宮二號(hào)所搭載的這座使用銣原子的超高精度空間原子鐘，是人類歷史上第一臺(tái)在軌進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)的空間冷原子鐘。這將成為國際上首臺(tái)在軌運(yùn)行并開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)的“空間冷原子鐘”。

三維成像微波高度計(jì)

天宮二號(hào)上有個(gè)“三維成像微波高度計(jì)”，是國際上首個(gè)實(shí)現(xiàn)寬刈幅海面高度測(cè)量并能進(jìn)行三維成像的微波高度計(jì)。

傳統(tǒng)海洋微波高度計(jì)在海洋觀測(cè)中只能獲得星下點(diǎn)3公里左右觀測(cè)的范圍，即獲得沿軌跡方向星下點(diǎn)的一維海平面高度測(cè)量，天宮二號(hào)微波高度計(jì)則可實(shí)現(xiàn)35公里至40公里幅寬內(nèi)的高精度三維海洋表面觀測(cè)，極大提高了觀測(cè)效率。

這種能力有何作用？海洋災(zāi)害的發(fā)生，往往伴隨著海洋環(huán)境的異常變化，如局部海洋區(qū)域的海面高度和海面溫度的異常升高。而海面高度的異常升高，例如“厄爾尼諾現(xiàn)象”，幅度僅為厘米級(jí)，只有微波高度計(jì)能夠敏銳捕捉到這種細(xì)微變化。人類只有深刻地、清晰地了解海洋環(huán)境的安全性，才能真正地開發(fā)和使用海洋資源。

量子密鑰分配專項(xiàng)

自從人類開始說話以來，就有了說“悄悄話”的需要。密鑰就是通過對(duì)傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行加密，防止他人獲取信息內(nèi)容，確保你的“悄悄話”可以悄悄說。不過，隨著技術(shù)發(fā)展，傳統(tǒng)密鑰不斷被破解，現(xiàn)在已經(jīng)很難有一把安全的密鑰了，除了量子密鑰。

量子密鑰的安全性基于量子物理的基本原理。作為光的最小粒子，每個(gè)光量子在傳輸信息的時(shí)候具有不可分割和不可被精確復(fù)制兩大特性，使得存在竊聽就一定會(huì)被發(fā)送者察覺并規(guī)避，從而保證了信息的安全。

天宮二號(hào)上有一個(gè)“量子密鑰分配專項(xiàng)”載荷，以實(shí)現(xiàn)空地間實(shí)用化的量子密鑰分配為目標(biāo)，通過天上發(fā)射一個(gè)個(gè)單光子并在地面接收，生成“天機(jī)不可泄露”的量子密鑰。天宮二號(hào)的軌道飛行高度近400公里，飛行速度約為每秒鐘8公里。地面站的接收口徑約1米。用來生成量子密鑰的光子需要精準(zhǔn)地打在地面站的望遠(yuǎn)鏡上，就如同在一列全速行駛的高鐵上，把一枚枚硬幣準(zhǔn)確地投到10公里以外的一個(gè)固定的礦泉水瓶里，難度可想而知。