張新 鄒維榮 韓阜業(yè)

天官二號(hào)遨游太空1036天，為我國航天人提供了一個(gè)真正的空間實(shí)驗(yàn)室。

還記得太空“老朋友”天宮二號(hào)嗎？在太空飛行1036天之后，天宮二號(hào)返回地球啦！

根據(jù)計(jì)劃和安排，天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室已完成全部拓展試驗(yàn)，于2019年7月19日，受控離軌并再入大氣層，少量殘骸落入南太平洋預(yù)定安全海域。

時(shí)光追溯到2016年的中秋之夜，天宮二號(hào)帶著中華兒女的期盼踏上逐夢(mèng)之旅。

在軌飛行的1036個(gè)日日夜夜，天宮二號(hào)給我們帶來了太多的驚喜與奇跡——

我們記得，兩年多前神舟十一號(hào)與天宮二號(hào)的浪漫“初吻”，我國航天員景海鵬、陳冬順利入駐太空新“家”。此后30天里，太空新“家”迎來第一批來自地球的親人，兩位航天員在天宮二號(hào)進(jìn)行了30天的太空工作和生活，中國人朝著建設(shè)空間站的夢(mèng)想又邁進(jìn)了一步。

我們記得，天宮二號(hào)啟動(dòng)了擬南芥和水稻生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)，它們順利開花結(jié)果。這是我國首次在太空完成“從種子到種子”的空間植物培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。

我們還記得，在2017年4月27日這一天，天舟一號(hào)與天宮二號(hào)成功完成首次“太空加油”。這也標(biāo)志著空間實(shí)驗(yàn)室飛行任務(wù)全部完成，中國載人航天工程“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略第二步全面收官，空間站時(shí)代的大門向中國人豁然打開……

30天中期駐留，再一次創(chuàng)造我國載人航天新紀(jì)錄

翻開我國載人航天的壯美畫卷，太多歷史性時(shí)刻值得國人驕傲。

從“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、“天宮二號(hào)”2人30天。30天的駐留，這是迄今我國載人飛行時(shí)間最長(zhǎng)的任務(wù)。

從1天到15天，再到30天，這不是簡(jiǎn)單的數(shù)字增加。30天，是國際上公認(rèn)的中期駐留的門檻。用天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室總設(shè)計(jì)師朱樅鵬的話說：“在天宮二號(hào)工作和生活30天，是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)?！?/p>

在30天的太空飛行時(shí)間里，科研人員充分利用這個(gè)難得的機(jī)會(huì)，絞盡腦汁圍繞“人”的問題下功夫、做研究。

這關(guān)乎中國人究竟能在浩瀚的宇宙深空中看到多深、行至多遠(yuǎn)。

“這些實(shí)驗(yàn)都是為了研究人在失重環(huán)境下身體各功能發(fā)生的某些變化，進(jìn)而提出有效的預(yù)防和保護(hù)措施?！标惗f，人是載人航天的主體，感謝科研人員持續(xù)關(guān)注人的健康問題。

此前，天宮二號(hào)系統(tǒng)開展了面向我國航天員在軌中期駐留載人宜居環(huán)境設(shè)計(jì)工作，在有限的組合體空間內(nèi)，集成了內(nèi)部裝飾、艙內(nèi)活動(dòng)空間規(guī)劃、視覺環(huán)境與照明、廢棄物處理、物品管理、無線視頻通話等宜屆技術(shù)，為航天員提供舒適人性化的空間家居環(huán)境。

把實(shí)驗(yàn)室搬到天上，打造我國第一個(gè)真正的空間實(shí)驗(yàn)室

天宮二號(hào)遨游太空1036天，為我國航天人提供了一個(gè)真正的空間實(shí)驗(yàn)室。

初步統(tǒng)計(jì)，在天宮二號(hào)上共進(jìn)行了60余項(xiàng)空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)、科學(xué)研究和一些技術(shù)試驗(yàn)，并取得了一批豐碩成果。

從來沒有哪一次載人航天任務(wù)像這一次一樣，航天員直接參與了那么多首次科研活動(dòng)。

首次開展了由航天員直接操作的空間材料制備實(shí)驗(yàn)。說起這個(gè)實(shí)驗(yàn)，不得不提到太空“八卦爐”——綜合材料實(shí)驗(yàn)裝置。這套裝置只用了電水壺功耗的1/9至1/5，就能實(shí)現(xiàn)真空環(huán)境下最高950～C的爐膛溫度。航天員在“八卦爐”里“煉制”半導(dǎo)體光電子材料、金屬合金、納米及復(fù)合材料、晶體材料等多種樣品，通過實(shí)驗(yàn)獲得優(yōu)質(zhì)材料的空間制備技術(shù)，指導(dǎo)地面材料加工工藝的提升。

其中，制備的閃爍晶體可以幫助人類探索、認(rèn)識(shí)和利用肉眼無法識(shí)別的射線、高能粒子，將其轉(zhuǎn)化為醫(yī)療成像領(lǐng)域可識(shí)別、可控制的信號(hào)，讓腫瘤無所遁形。

首次進(jìn)行了“從種子到種子”的空間植物培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。電影《火星救援》的一段情節(jié)讓人記憶頗深：主人公孤身一人克服重重困難，通過在火星基地種植土豆來生存，最終重返地球。“兵馬未動(dòng)，糧草先行?！比祟愐獙?shí)現(xiàn)星際旅行，首要任務(wù)是解決食物自給、氧氣和循環(huán)水等問題，打造一個(gè)“會(huì)飛的農(nóng)場(chǎng)”。

空間植物培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)就是為了破解這個(gè)難題。實(shí)驗(yàn)證明，光周期對(duì)植物開花的誘導(dǎo)會(huì)受到微重力的影響。科研人員驗(yàn)證了利用植物光周期調(diào)控植物營養(yǎng)與生殖生長(zhǎng)的設(shè)計(jì)思路，為有效利用空間資源進(jìn)行最大化的植物生產(chǎn)提供了重要依據(jù)。也就是說，如果航天員想吃的是植物的種子，就讓它早點(diǎn)開花;如果想吃的是植物的葉子，就讓它晚點(diǎn)開花。

首次開展了人機(jī)協(xié)同的空間精細(xì)操作機(jī)械臂試驗(yàn)。在地球，維修一個(gè)東西并不難。但在太空，航天員身著笨重的艙外航天服，在一個(gè)超低溫艙外環(huán)境下做維修試驗(yàn)，難度可想而知。天宮二號(hào)有一個(gè)裝有靈巧手的機(jī)械臂，可以按照指令做旋轉(zhuǎn)螺絲、拆卸設(shè)備等動(dòng)作，展開維修任務(wù)，維修效率大大提高。這項(xiàng)試驗(yàn)形成典型人機(jī)協(xié)同體制，為未來空間站仿人型機(jī)器人研制積累了技術(shù)基礎(chǔ)。

從來沒有哪一次載人航天任務(wù)像這一次一樣，開展如此多的新科研活動(dòng)——

首次開展了液橋熱毛細(xì)對(duì)流實(shí)驗(yàn)。俗話說，人往高處走，水往低處流。但在太空中，水未必能往低處流。在天宮二號(hào)的液橋熱毛細(xì)對(duì)流實(shí)驗(yàn)中，科研人員利用空間的微重力環(huán)境，在太空中“玩”起了水。液橋熱毛細(xì)對(duì)流實(shí)驗(yàn)箱能夠在空間精準(zhǔn)控制液橋的高度和注入液體的體積，讓液橋一會(huì)“高大上”，一會(huì)“土肥圓”。借此，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了很多新的科學(xué)現(xiàn)象。

首次進(jìn)行了推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加試驗(yàn)。推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加，顧名思義就是給天宮二號(hào)進(jìn)行“太空加油”。在復(fù)雜的太空環(huán)境下，“加油”并不容易實(shí)現(xiàn)。不光要“對(duì)得上”，還要能“分得開”。就好像筆桿和筆帽的關(guān)系，筆帽卡得太緊，有可能拔不下來。萬一出現(xiàn)這種狀況，對(duì)接機(jī)構(gòu)的分離推桿力能克服故障狀態(tài)下的分離力，使航天器正常分離。

實(shí)施“太空加油”主要靠壓差實(shí)現(xiàn)液體流動(dòng)加注?？蒲腥藛T為天宮二號(hào)配備了金屬膜盒貯箱，貯箱可以像手風(fēng)琴風(fēng)箱一樣推拉往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這樣的補(bǔ)加裝置能接受上百次加注。

首次開展了在軌釋放伴隨衛(wèi)星并進(jìn)行伴隨飛行試驗(yàn)?！澳阍跇蛏峡达L(fēng)景，看風(fēng)景的人在樓上看你?！碑?dāng)天宮二號(hào)忙著“看”地球時(shí)，還有個(gè)“小家伙”在一刻不停地看著天宮二號(hào)。天宮二號(hào)任務(wù)進(jìn)一步驗(yàn)證了小型高功能密度衛(wèi)星在軌釋放、駐留伴隨飛行等技術(shù)，對(duì)飛行器進(jìn)行了近距離成像觀測(cè)，并開展了微小型部組件空間試驗(yàn)驗(yàn)證。值得一提的是，這顆小衛(wèi)星還充當(dāng)了“小小攝影師”，拍攝到了天宮二號(hào)與神舟十一號(hào)的首張?zhí)蘸嫌??！案呃洹碧幰娬鎸?shí)力，高精

尖實(shí)驗(yàn)引領(lǐng)前沿科技

在天宮二號(hào)上進(jìn)行的各類科學(xué)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)中，空間冷原子鐘實(shí)驗(yàn)、空地量子密鑰分配實(shí)驗(yàn)、“天極”望遠(yuǎn)鏡，可以說是高精尖的典型代表。

現(xiàn)代科技利用原子超精細(xì)結(jié)構(gòu)發(fā)明的原子鐘，測(cè)量時(shí)間的精度誤差已經(jīng)降到了萬億分之一秒/天。如此高精度的計(jì)時(shí)需求，人們不會(huì)感覺到。但當(dāng)計(jì)時(shí)器的誤差超過十億分之一秒/天時(shí)，衛(wèi)星導(dǎo)航定位、船舶遠(yuǎn)海航行等就會(huì)不同程度地偏離目標(biāo)。諸如開展深空探測(cè)、引力波探測(cè)、精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)測(cè)量、廣義相對(duì)論驗(yàn)證等科學(xué)研究活動(dòng)，對(duì)時(shí)間精度要求就更高了。

這次天宮二號(hào)上搭載的空間冷原子鐘，達(dá)到了3000萬年誤差不超過1秒，將飛行器自主守時(shí)精度提高了1到2個(gè)數(shù)量級(jí)，可謂是在空間運(yùn)行的精度最高的一臺(tái)原子鐘。

天宮二號(hào)上另一個(gè)“高大上”項(xiàng)目是小型化終端的量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)。

自人類使用語言以來，通過密鑰給信息加密的技術(shù)就伴隨著人類對(duì)通信保密程度的需求不斷發(fā)展。1984年，兩位外國科學(xué)家提出了基于量子力學(xué)測(cè)量原理的“量子密鑰分配”協(xié)議，從根本上保證了密鑰的安全性。隨后經(jīng)過多年的實(shí)驗(yàn)和技術(shù)改進(jìn)，以“量子密鑰分配”為核心的量子保密通信技術(shù)逐漸完成了實(shí)用化。

在地面光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)上，世界第一條量子保密通信主干線路“京滬干線”已經(jīng)建成。為了實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的量子保密通信，我們必須借助太空的多個(gè)飛行器。天宮二號(hào)上的載荷“量子密鑰分配專項(xiàng)”就是通過在天上發(fā)射一個(gè)個(gè)單光子，生成“天機(jī)不可泄露”的量子密鑰。

除了上述實(shí)驗(yàn)，天宮二號(hào)實(shí)驗(yàn)室上還搭載了一個(gè)國際合作項(xiàng)目——“天極”望遠(yuǎn)鏡。這臺(tái)專門用于測(cè)量伽馬暴偏振的高靈敏度探測(cè)器，由多國合作研制。

為了測(cè)量伽馬射線的偏振，“天極”望遠(yuǎn)鏡采用了1600根塑料閃爍棒組成一個(gè)探測(cè)器陣列，像是蜜蜂的復(fù)眼。目前，這只勤勞的“小蜜蜂”已經(jīng)成功探測(cè)了55個(gè)伽馬暴，為國際伽馬暴聯(lián)合探測(cè)作出了重要貢獻(xiàn)。

在實(shí)驗(yàn)過程中，科研團(tuán)隊(duì)還“意外”發(fā)現(xiàn)了“天極”望遠(yuǎn)鏡的一個(gè)新功能——探測(cè)脈沖星。

雖然脈沖星導(dǎo)航不是其設(shè)計(jì)目標(biāo)，但天宮二號(hào)上的“天極”望遠(yuǎn)鏡在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了在軌觀測(cè)到脈沖星，并成功地實(shí)現(xiàn)了脈沖星導(dǎo)航技術(shù)試驗(yàn)，提出了一個(gè)脈沖星導(dǎo)航新方法，相關(guān)成果已正式發(fā)表。

天宮二號(hào)的落幕，預(yù)示著另一名主角的登場(chǎng)。專家透露，未來中國空間站建造完成后，將在軌運(yùn)營10年以上，應(yīng)用載荷可在軌更換，“僅從首次入軌攜帶規(guī)?？矗捅忍鞂m二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室提升10倍以上”。

可以想像，那將是更多科學(xué)家的夢(mèng)想舞臺(tái)。此時(shí)此刻，我們信心滿懷。

天宮二號(hào)，歡迎回來！

未來空間站，等你啟航！

（作者單位：解放軍報(bào)）