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天宫二号
日期: 2022-06-08 信息来源: 点击数:

天宫二号(Tiangong 2),为中国载人航天工程发射第二个目标飞行器,是中国首个具备补加功能的载人航天科学实验空间实验室。

天宫二号是空间实验室阶段任务的主要飞行器之一,先后与神舟十一号、天舟一号进行对接,承担着验证空间站相关技术的重要使命,是中国第一个真正意义上的太空实验室。

发射目的

中国载人航天工程办公室副主任武平介绍,发射天宫二号的主要目的是接受神舟十一号载人飞船的访问,完成航天员中期驻留,考核面向长期飞行的乘员生活、健康和工作保障等相关技术;接受天舟一号货运飞船的访问,考核验证推进剂在轨补加技术;开展航天医学、空间科学实验和空间应用技术,以及在轨维修和空间站技术验证等试验。

对比天宫一号

武平介绍,天宫一号的主要目标是验证交会对接技术,而天宫二号则将开展较大规模的空间科学实验和空间应用试验以及航天医学实验,安排了一批体现科学前沿和战略高技术发展方向的科学与应用任务。这其中,空间冷原子钟实验、伽玛暴偏振探测、空地量子密钥分配试验是天宫二号14个应用和试验项目中的3个重点项目。

“天宫二号原本是天宫一号目标飞行器的备份产品。”中国航天科技集团五院空间实验室系统总设计师朱枞鹏表示,天宫一号成功发射后,这个备份产品并没有被浪费掉,而是把它的设备用来做天宫二号。“我们对设备和材料进行了寿命试验,更换了一些材料,对设备做了延长寿命处理,确保天宫二号质量的可靠性。”

主要任务

天宫二号主要任务包括两个方面:

1、开展较大规模的空间科学实验和空间应用试验,以及航天医学实验;

2、考核验证航天员中期驻留、推进剂补加、在轨维修等空间站建造运营关键技术。

科研任务

天宫二号是中国第一个真正意义上的太空实验室,搭载了空间冷原子钟等14项应用载荷,以及失重心血管研究等航天医学实验设备,配备在轨维修技术验证装置、机械臂操作终端在轨维修试验设备,开展空间科学及技术试(实)验。

“天宫一号”是空间实验室的特例,主要为了完成交会对接任务,而“天宫二号”则完全是小型空间实验室,科学家、航天员们将在里面展开各种工作和试验,“天宫二号”将解决一定规模、短期有人照料的空间应用问题,航天员在天宫二号上生活的时间将比在神舟九号、神舟十号生活的时间更长。

天宫二号上将开展地球观测和空间地球系统科学、空间应用新技术、空间技术和航天医学等领域的应用和试验,是中国第一个真正意义上的空间实验室,发射时释放伴飞小卫星,将有飞船与之对接,将完成验证空间站的技术,也将接受航天员的访问。

将来随着空间实验室体积的增大、可靠性的提高,将逐步发展成为空间站的核心舱或者实验舱,增加太空实验的项目和种类,为建成空间站奠定基础。

空间站可以允许若干个宇航员同时长期驻守太空,吨位可重达20吨。发射这样重的物体需要使用重型火箭,由于使用的火箭直径较大,无法通过铁路运输,所以用海路运往海南航天发射中心发射。同时,海南航天发射场靠近赤道,有利于增强火箭的运载能力。

需要说明的是,天宫二号将成中国最忙碌的空间实验室,各类计划的实验项目达到了史无前例的14项,涉及微重力基础物理、空间材料科学、空间生命科学等多个领域,其中两项有驻留30天的航天员直接参与操作,一项为国际合作。这些项目中,大多是当前世界最前沿的探索领域。

比如,天宫二号将搭载全球第一台冷原子钟进入太空,并进行相关实验。利用太空微重力条件,这台冷原子钟的稳定度将高达10的负16次方,可以将航天器自主守时精度提高两个数量级,能大幅提高如北斗卫星定位系统的导航精度。

比如,试验从太空分发量子密钥。密钥分发是实现“无条件”安全的量子通信的关键步骤。量子是微观物理世界里不可分割的基本个体。由于作为信息载体的单光子具有不可分割、量子状态不可克隆等特性,密钥分发可以抵御任何形式的窃听,进而保证用其加密的内容不可破译。从原理上来说,这种通信方式就是无条件安全的。

全长2000多公里的“京沪干线”大尺度光纤量子通信骨干网正在收尾,将在2016年下半年建成;全球首颗量子科学实验卫星有望在7月发射。届时,一个天地一体化的量子通信网络的雏形将会形成。在这个过程中,天宫二号可以扮演量子卫星中转的角色,实验远距离量子通信,让信息在地面城市与太空构筑的范围内实现“无条件”的安全传输。

天宫二号还将搭载中国科学院,瑞士保罗谢尔研究所,瑞士日内瓦大学联合研制的伽马暴探测设备,测量宇宙的伽马暴射线和散射状态,以黑洞等极端天体作为恒星和星系演化的探针,理解宇宙极端物理过程和规律,解答宇宙组成和演化。从而研究揭示宇宙结构、起源、演化等问题。

此外天宫二号还选择了水稻和拟南芥,计划进行“从种子到种子”的植物全生育发展过程实验。

性能特点

特点1:舱内设计更宜居方便天宫生活

天宫二号空间实验室发射之后,将会有两名航天员入住天宫,他们将在那里工作和生活30天,验证航天员中期在轨驻留,这也是目前为止中国载人飞行时间最长的一次任务。

在一个失重的环境中生活30天,并不是一件容易的事。为此,天宫二号在内部增加了很多贴心的设计,更加方便航天员的工作和生活。

天宫二号空间实验室总设计师朱枞鹏表示,为给航天员创造一个更好的生活和工作环境,系统地开展了宜居性设计,包括衣食住行,声光、舱内装饰、降低噪音等,并增加了一些辅助设施。

朱枞鹏介绍,这其中一个辅助设施,就是首次在天宫二号空间实验室中使用可展开的多功能小平台。有了它,航天员可以在上面写字、吃饭、做一些科学实验,生活工作两不误。在通信方面,天宫二号上为航天员配备了蓝牙耳机和蓝牙音响便于天地通讯。

此外,舱内还用地板取代了地毯;舱内灯光则采用米黄色色调,亮度可手动调节,并为每个航天员安装了床前灯。

特点2:天宫二号装备更豪华装载量提高

天宫二号空间实验室是在“天宫一号”基础上研制的航天器,外形完全相同,却承担不同的任务——“天宫一号”是目标飞行器,主要执行的是和载人飞船配合完成空间交会对接试验任务;而“天宫二号”则是中国第一个具备太空补加功能的载人航天实验室,要第一次实现航天员30天驻留、第一次试验推进剂太空补加技术,以及开展大规模的科学实验。

中国航天科技集团公司五院空间实验室系统副总设计师廖建林介绍,“天宫二号”不仅装备更豪华、装载量提高、内部环境更好,搭载的设备也更先进。

值得一提的是,“天宫二号”的系统设计是模块化的,也就是说它出现问题时可以快速更换和在轨维修,这在国内空间领域属于首创。

特点3:将进行14项空间科学实验

科研成果

量子密钥分配

天宫二号搭载的量子密钥分配试验空间终端,通过高精度自动跟瞄(ATP)系统与量子密钥分配地面终端配合,在地面站与目标飞行器之间建立起量子信道,并在此基础上开展了空—地量子密钥分配试验。

该试验率先在中国国内突破了量子密钥分配相关关键技术,并得到了在轨验证。成功实现了天地双向高精度跟瞄、量子密钥分配、激光通信。

伽马暴偏振探测仪

天宫二号携带了国际首台宽视场、高效率的专用宇宙伽玛射线暴(GRB)偏振探测仪器,共探测到55个伽马暴,观测到蟹状幸运脉冲星的脉冲信号,并在国内首次利用脉冲星信号实验定轨,定轨精度约为10千米,探测到了若干太阳X射线暴。

热毛细对流实验

天宫二号上,中国首次开展了空间微重力条件下的热毛细对流实验,研究了在空间微重力环境下热毛细对流的失稳机理问题,拓展了流体力学的认知领域,取得了具有国际先进水平的研究成果。

突破并掌握了微重力环境下的液桥建桥、液面保持和失稳重建等空间实验关键技术,进一步提升我国微重力流体科学的空间实验能力和技术水平。

保障。

技术验证

天宫二号在任务期间完成了多项技术验证,主要为:

1、在空间飞行器上释放伴飞卫星。开展伴星释放、驻留和伴随飞行试验,获得了清晰的组合体图像,同时也进行了微小卫星新技术试验和验证。

2、通过开展人机协同的空间精细操作机械臂试验,中国首次实现人机协同在轨维修任务,建立了集信息管理、手动控制、遥操作和自主控制一体化的人机协同在轨维修系统,形成典型人机协同体制,为未来空间站仿人型机器人研制打下了技术基础。

3、还与天舟一号货运飞船配合,实现了中国航天器推进剂在轨补加任务,全面突破和掌握了相关技术,对后续空间站阶段的推进剂补加进行了完整验证。

任务意义

发射天宫二号是全面完成空间实验室阶段任务的关键之战,将为中国后续空间站建造和运营奠定坚实基础、积累宝贵经验,对于推进我中国载人航天事业持续发展,具有十分重要的意义。(中国载人航天官网评)

重要成就

30天驻留具世界意义

一直关注中国航天发展的热列兹尼亚科夫介绍说,在10月至11月中旬的30天里,天宫二号和国际空间站同时在近地轨道内运行,而且这两个太空设施内都有航天员驻守,这种情况在世界航天史上是首次出现。无论是上世纪70年代,苏联和美国争先发射空间实验室,还是2000年俄和平号空间站关门送客、国际空间站开门迎宾时,都不曾出现两个空间实验室内同时有人工作生活。如今当中国的世界航天大国地位日益巩固时,这一情景出现了。

热列兹尼亚科夫认为,有一组数字值得关注:中国是在第六次载人航天时实施太空驻留30天,而美国和苏联都是在近地轨道内载人飞行了20多次后才开始尝试太空驻留。

“通过神舟十一号飞船与天宫二号对接飞行,中国研究人员进一步完善了航天器抵近、对接技术,检验了较长时间飞行时舱内生命保障系统的功能,并研究了其他太空长期驻留课题”,热列兹尼亚科夫说。

他表示,通过此次驻留飞行,中国科研人员可以检验其采用的技术和在轨工作制度能否在30天太空驻留期间使航天员始终保持应有的工作能力。随着太空停留时间进一步延长,经过不断修订的上述技术和制度将帮助中国航天员完成更复杂的飞行任务。

(图文源自百度百科)


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