天宮實驗室：孕育重大突破

　　 9月15日夜，伴隨著轟隆巨響，長征二號運載火箭搭載著天宮二號空間實驗室成功升空。

　　這一刻，中國科學院空間應用工程于技術中心副主任、天宮二號空間應用系統總設計師趙光恒心中也感概萬千——此次天宮二號搭載的3大領域、8大主題的十余項空間科學和應用任務，每一項都是他的心頭肉。

　　“我們應用系統團隊在此次任務中體現出了攻堅克難的精神，攻克了大量關鍵技術，研發了許多從來沒有過的組件。天宮二號應用任務學科領域跨度大、相當一批項目探索性、創新性強、技術指標高；大部分載荷為全新研制，系統復雜、集成度高、工程實施難度大。在時間要求特別緊迫的情況下，大家都卯足了一股勁，把精度如此之大、難度如此之高的載荷研制任務全部完成了。”

　　熟悉趙光恒的人都知道，他在載人航天領域是個“老司機”，但這次天宮二號任務，是我國載人航天歷史上開展應用項目最多的一次，對趙光恒和他所帶領的應用系統團隊來說，許多事都還是“第一次”。

　　空間實驗唱主角

　　載人航天工程實施以來，空間應用系統面向國家戰略需求，跟蹤國內外先進科學技術前沿，部署了我國第一個比較全面的空間科學研究計劃，獲得了大量重要的科學成果，掌握了一批重要的空間技術，為我國科學與應用發展奠定了堅實的基礎。

　　隨著我國載人航天事業快速發展，主要任務從探索、突破、掌握載人航天技術向空間科學實驗和應用試驗轉變，我國載人航天工程進入了應用發展新階段。

　　“在軌開展一定規模的空間科學實驗、空間技術試驗以及空間應用，是天宮二號空間實驗室的主要任務之一。”趙光恒告訴《中國科學報》記者，“在深入研究國際空間科學和應用技術發展態勢的基礎上，空間應用系統充分利用天宮二號空間實驗室平臺支持能力和優勢環境條件，安排了一批體現科學前沿和戰略高技術發展方向的科學與應用任務。”

　　此次隨天宮二號上天的任務，涵蓋了微重力基礎物理、微重力流體物理、空間材料科學、空間生命科學、空間天文探測、空間環境監測、對地觀測及地球科學研究應用以及應用新技術試驗等8大領域，安排項目十余個。其中航天員直接參與操作的空間科學實驗研究有2項，國際合作聯合研究項目1項。直接承研單位28家，裝器有效載荷51件。

　　頂天：向科學前沿進發

　　天宮二號空間實驗室安排了三個空間科學物理領域重點項目，包括空間冷原子鐘實驗、空地量子密鑰分配試驗，以及伽瑪暴偏振探測。這三個項目均屬國際科學前沿，科學意義重大。

　　譬如，這次空間實驗室搭載的空間冷原子鐘，將成為國際上第一臺空間運行的冷原子鐘，本次冷原子鐘實驗采用激光冷卻銣原子并與微波相互作用，有望實現三千萬年誤差只有一秒的精度，可以使飛行器自主守時精度提高兩個量級。

　　中科院上海光學精密機械研究所研究員劉亮說：“空間冷原子鐘的應用潛力很大。基礎研究方面，測量廣義相對論、暗物質、引力波等，都可能用到冷原子鐘；應用上面，則可以跟‘北斗’衛星上的原子鐘進行同步，這樣我們在天上的原子鐘能夠統一起來，使我們國家的導航系統更穩定、導航精度更高。”

　　除了物理領域，這次天宮二號上還安排了多項空間科學實驗，如液橋熱毛細對流實驗、綜合材料制備實驗等。

　　其中，液橋熱毛細對流實驗將開展遙科學實驗。綜合材料制備實驗將實驗多種新型結構與類型的材料樣品。如新型納米復合光學材料、高性能熱電轉換材料、多元復相合金等，航天員將多次作更換并回收實驗樣品供地面進一步分析研究。

　　而高等植物培養實驗將首次開展微重力環境下光周期調控機理研究，而且應用了熒光蛋白基因表達先進技術手段。“天宮二號上，我們將有望實現‘從種子到種子’的全過程。把干種子帶上天，適當時機進行澆水、萌發，全過程都在天上生長。等收了種子，航天員將回收部分植物樣品供地面進一步分析研究。”中科院上海生命科學研究院植物生理生態研究所研究員鄭惠瓊說。

　　立地：為技術引領鋪路

　　“在空間實驗室安排新技術試驗十分有必要，與基礎研究不同的是，技術試驗能夠很快知道技術體系、方法是否可行。因此天宮二號能為驗證國家戰略和核心關鍵技術提供一個很好的試驗平臺。”趙光恒說。

　　天宮二號空間實驗室此次安排了多項應用項目，均達到國際先進水平，應用意義重大，技術引領作用顯著。如寬波段成像光譜儀、三維成像微波高度計、紫外臨邊成像光譜儀均為新一代對地觀測遙感器和地球科學研究儀器，技術體制創新，技術指標先進，突破并掌握了多項核心關鍵技術，將會在資源環境、生態環境、農林應用、海洋環境、大氣污染和大氣成分監測以及全球變化研究等領域廣泛應用并取得顯著效益。

　　而伴隨衛星飛行試驗則將進一步驗證小型高功能密度衛星、在軌釋放、駐留伴隨飛行等技術，在伴星分離釋放和交會對接過程中將對飛行器進行近距離成像觀測，同時開展微小型部組件空間試驗驗證。“我們對伴星的推進系統進行了改良，如果軌控技術能夠進一步提高，未來就有望實現新型航天器編隊飛行，也就是小衛星組網的目標。”中科院上海微小衛星工程中心研究員包海超表示。

　　“我們希望通過這些任務的實施，讓我們國家在空間科學前沿探索部分重點領域方向進入世界先進行列，作出具有國際影響的重要發現。”趙光恒說，“在空間應用技術領域，能夠引領我國未來空間應用技術發展，為解決國家迫切需求的重大應用問題提供和驗證先進的解決方法和手段，取得顯著應用效益，推動應用成果的示范和產業化。”

　　這，是空間應用系統團隊的心聲，也是中國載人航天工作者共同的心聲。