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综合材料实验·材料篇

“天宫”,顾名思义就是天上的宫殿,“天宫一号”和“天 宫二号”及未来空间站是我国自主研发的太空实验基地,这些实验基地好像神秘的城堡,包含着越来越多的、越来越神奇的太空实验,将人类从原始简单的太空认知带入到现代的科学研究,将人类永无止境的灵动幻想和执著求索的科学精神带入到人类太空文明中。而即将发射的“天宫二号”太空实验室就是史无前例地承载了十余项太空实验,其中好比科幻英雄的“综合材料”实验就藏在其中。

空间冷原子钟

空间冷原子钟本身具有极高的精度,同时在太空中对其他卫星上的星载原子钟又可以进行无干扰的时间信号传递和校准,避免了大气和电离层多变状态的影响,从而使得基于空间冷原子钟授时的全球卫星导航系统具有更加精确和稳定的运行能力。空间冷原子钟的成功将为空间高精度时频系统、空间冷原子物理、空间冷原子干涉仪、空间冷原子陀螺仪等各种量子敏感器奠定技术基础,并且在全球卫星导航定位系统、深空探测、广义相对论验证、引力波测量、地球重力场测量、基本物理常数测量等一系列重大技术和科学发展方面做出重要贡献。

液桥热毛细对流实验

为生产出高质量的半导体材料,就要科学控制单晶硅在晶体生长过程中浮力对流和热毛细对流的影响,而太空特有的微重力环境将使科学家深入剖析热毛细对流的真实过程。

天宫二号伴随卫星

“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。伴随卫星采用了小型化、轻量化、功能密度的设计,使卫星结构小、重量轻,却实现了高功能密度的设计结果。伴随卫星搭载了多个试验载荷,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。伴随卫星将在在轨任务期间开展对空间组合体的伴飞越观测等试验,为主航天器的技术试验提供支持,拓展空间技术应用。

宽波段成像光谱仪

从神舟到天宫,载人航天的历次巡天任务都少不了为我们生活的地球拍照,在浩瀚的宇宙中从各个方位“感知”地球。今天要介绍的就是在本次飞行任务中为“天宫二号”飞行器定制的一台高性能航天“数码相机”。叫“数码相机”是为 了帮助我们理解这台科学仪器的工作原理,它的学名叫做“宽波段成像仪”。

伽玛暴偏振探测仪

“天宫二号”太空实验室搭载了十余项太空实验,其中有个实验就像邀游在太空中的小蜜蜂一样勤劳地工作,用它的“复眼”捕捉遥远宁宙中突然发生的伽马射线暴(简称伽马暴)现象,它就是“天极”望远镜。“天极”不是普通的光学望远镜,而是探测伽马射线的望远镜(说到伽马射线你就蒙了?别急,医院检查身体所用的X光以及地铁、机场安检用的X光就是它的同类)。不过,“天极”不是普通的伽马射线望远镜,它是可以探测伽马暴所发出的伽马射线偏振的神器。 什么是伽马射线、伽马暴和偏振?像小蜜蜂一样勤劳又可爱的“天极”望远镜到底怎么回事?别急,待我慢慢说来。

高等植物-拟南芥、水稻

随着航天技术的发展,人类已经实现了飞出地球,在太空中工作和生活。但仍面临着不少问题,其中之一便是食物的自给问题。地球上的绿色植物是否可以在太空环境中正常生长,从而为人类提供食物和氧气的来源? “天宫二号”空间实验室为我们探索空间植物生物学提供了良好的在轨研究平台,使我们能够直接观察不同植物的种子在太空中的萌发、生长、开花和结籽,得以更好地了解和掌握未来太空农业发展的可能。两种具有不同生长特性的植物拟南芥和水稻幸运地作为“植物宇航员”,搭载“天宫二号”飞船进行了一次不平凡的太空之旅。

量子密钥分配

为了更远距离的量子保密通信,我们除了继续建设地面光纤网络以外,还需要借助天上的多个飞行器实现更远距离覆盖光纤无法到达区域的量子密钥分配。“天宫二号”上的载荷“量子密钥分配专项”就是以实现空地间实用化的量子密钥分配为目标,通过天上发射一个个单光子并在地面接收,生成“天机不可泄露”的量子密钥。

空间环境分系统

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。

三维成像微波高度计

“天宫二号”二维成像微波高度计是国际上第一个实现宽对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,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对幅范围内的海平面高度测量。

空间应用天地支持系统

如何“玩转”以上高难度载荷任务并保障它们有序、安全地运行下去?这就不得不提我们的太空实验大管家——“空间应用天地支持系统”,它是由有效载荷运控中心统筹规划、集中管理、统一控制,天基有效载荷网络接收地面指令后,调度有效载荷有序运行,两者构成天地一体信息大回路平台。针对“天宫二号”液桥热毛细对流实验中天地实时交互和精细控制的实验需求和特点,空间应用中心研制了目前我国首个基于虚拟现实技术和基于高速总线网络的天地一体沉浸式遥科学实验支持系统,极大地提高科学家开展空间科学实验的效率。

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