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在浩瀚的太空中,天宫二号正翩然翱翔.作为我国首个真正意义上的空间实验室,天宫二号上要进行各类空间科学实验与探测项目,这些实验有的旨在探索宇宙最深处的奥秘,有的为了帮助人类更好地认识地球,有的则为将来人类的长期载人航行提供基础……它们无一不是在向世界科学的最前沿发起挑战,为中国科技领跑世界而凝神聚力.
那么天宫二号里有哪些科学“神器”？且随大脸兔去一探究竟吧！
天宫二号中有一只“神炉”,它叫“综合材料实验装置”.它由“材料实验炉”“材料电控箱”和“材料样品工具袋”三个单机构成,总重约27.6公斤,最大功耗不到200 瓦,却能实现真空环境下最高950摄氏度的炉膛温度,足以将玻璃或银条熔化.
它能“炼制”复合材料、金属材料、有机高分子材料和晶体材料等.它炼制的宝贝有啥神奇之处？就拿晶体材料来说吧,太空中生长的晶体,探测能力让地面生长的晶体望尘莫及.比如,普通CT检查一般只能确定直径2毫米以上的肿瘤,对于一些微小早期发病部位“视而不见”,而安装了太空产闪烁晶体的CT探测精度则会大大提升,可能在肿瘤1微米时就能被精确定位.
天宫二号有一个如影随形的“小伙伴”——伴随卫星.它围绕天宫二号或远或近不同角度地伴随飞行.这个“小伙伴”将承担哪些任务？
它是摄影家,因为它搭载了高分辨率全画幅可见光相机,能够在空间绕飞试验过程中对天宫二号与神舟十一号飞船组合体进行高分辨率成像,成为“天宫神舟大婚的摄影师”.
它是护航员,随时对天宫二号表面状态进行检查.伴星的相机好比一个非接触式的医疗热像仪,如果有太空碎片“袭击”航空器,导致天宫二号的“体温”出现异常,它可以及时发现并报警.
它还是特技师.伴随卫星在轨期间会开展伴飞试验,从天宫二号在轨释放,在空间轻松上演自由贴近、远离的华丽“动作大戏”.同时配合空间站开展多平台间的协同试验,拓展空间应用.
天宫二号上还有个高定款数码相机,能同时拍出可见光、红外、光谱、偏振4种照片,它叫“宽波段成像光谱仪”.
这款太空相机有两大任务：一是看海洋.它可以准确观测海洋的水色和水温,还能提取到海水中的叶绿素、色素浓度等信息,不仅可以准确监测到发生在任何海域的赤潮现象,还可以判断出这片海域的浮游生物量和初级生产力,指导渔民出海作业.它可以探测水温、海冰和洋流信息,且具备很高的水温变化探测灵敏度.
二是看大气.由于光的偏振特性对大气粒子具有独特敏感性,偏振成像可获得很多关键性信息,对气象预报、气候预测有重要价值.简单说,它能看雾霾,并辅助专家们分析雾霾.
天宫二号里,我国将首次开展液桥热毛细对流的空间实验.
液桥是什么？通俗地讲,液桥就是连接着两个固体表面之间的一段液体,液体像桥梁一样连接起两个固体,所以称为“液桥”.
在地球上,因为重力关系,很难建立起大尺寸的液桥,但在太空微重力环境下,可以建立起很大尺寸的液桥.这次在天宫二号上的实验将由科学家们远程操控,用天宫二号上搭载的液桥热毛细对流实验装置完成.实验箱内置了172组预定模式实验曲线,只要科学家在地面指间一动,就可以轻易地完成液桥“172变”.
它有什么用？如果想要生产出高质量的半导体材料,就要科学控制在晶体生长过程中浮力对流、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.
人眼不能分辨光的偏振状态,蜜蜂对偏振却很敏感.天宫二号中有一只“小蜜蜂”,用它的“复眼”捕捉并测量遥远宇宙中突然发生的伽马射线暴的偏振性质,它就是“天极”伽马暴偏振探测仪,简称“天极”望远镜.
伽马射线是有很强穿透性的电磁波.恒星临终时发生剧烈爆炸,产生极强烈的伽马射线辐射,持续时间长不过几千秒,短不足百分之一秒,其亮度却超过全宇宙其他天体的总和,辐射能量与太阳一生相当,这就是伽马射线暴.
伽马暴的起源及相应的物理过程,一直是天文学家们研究的前沿课题之一.近十几年来,对伽马暴的研究虽然已经取得长足进步,但一些基本问题还未解决.科学家推测,对伽马暴伽马射线偏振的研究可为解决这些问题提供新线索,却缺乏有效测量仪器.“天极”望远镜填补了这个空白,它是全球最灵敏的伽马射线暴偏振探测仪器,将高精度且系统性地测量伽马射线暴的偏振性质,预期运行2年,探测约100个伽马射线暴.
这次天宫二号上也会种植物哦,不过种的不是土豆,而是拟南芥和水稻.它们生活在高等植物培养箱里,科学家们将通过实时成像技术,记录微重力条件下拟南芥和水稻从种子萌发、幼苗生长到开花发育的全过程,并下传图像进行“全程直播”.
在太空中种植植物,对人类来说太重要了.植物不仅可以利用光能产生食物,还可以产生氧气,吸收人类代谢的许多废气、废物,人类要进行星际旅行,在可再生的宇航员生命支持系统中,高等绿色植物是物质循环与能量交换的关键.
天宫二号上有一个“情报机构”——空间环境监测及物理探测分系统,简称“空间环境分系统”,它用来收集空间环境相关情报.
在太空中,能量很高的带电粒子辐射可能导致航天器材料性能下降或损坏,也可能破坏宇航员的器官组织,严重时甚至有生命危险.空间环境分系统的带电粒子辐射探测器身上的16个小探头可以从16个方向全天候捕获天宫轨道上的高能带电粒子,实现舱外16个方向的电子、质子等带电粒子的强度和能谱监测.有了它,就可以监测轨道大气密度、成分及其时空变化等,告诉你是谁拖延了天宫的脚步.
当计时器的误差超过千分之一秒/天,电子通信网络、高速交通管理、金融系统安全、电网并网发电等日常活动就将陷入混乱；当误差超过十亿分之一秒/天,卫星导航定位、导弹精密打击等高精准度行为就会不同程度地偏离目标；而深空探测、引力波探测等科研活动,对时间精度要求就更高了.
为了避免这些问题,科学家们找到了原子钟.科学家们利用原子非常稳定的跃迁频率这一特点,制作出高精度计时装置原子钟.当前地面上投入使用的最准确的原子钟,误差已降到万亿分之一秒/天.
但在地面上,由于重力作用,自由运动的原子团始终处于变速状态,原子钟精度受到限制.而在空间微重力环境下,原子团可以做超慢速匀速直线运动,从而获得更高精度信号.
这次,天宫二号所搭载的这座使用铷原子的超高精度空间原子钟,是人类历史上第一台在轨进行科学试验的空间冷原子钟.这将成为国际上首台在轨运行并开展科学实验的“空间冷原子钟”.
天宫二号上有个“三维成像微波高度计”,是国际上首个实现宽刈幅海面高度测量并能进行三维成像的微波高度计.
传统海洋微波高度计在海洋观测中只能获得星下点3公里左右观测的范围,即获得沿轨迹方向星下点的一维海平面高度测量,天宫二号微波高度计则可实现35公里至40公里幅宽内的高精度三维海洋表面观测,极大提高了观测效率.
这种能力有何作用？海洋灾害的发生,往往伴随着海洋环境的异常变化,如局部海洋区域的海面高度和海面温度的异常升高.而海面高度的异常升高,例如“厄尔尼诺现象”,幅度仅为厘米级,只有微波高度计能够敏锐捕捉到这种细微变化.人类只有深刻地、清晰地了解海洋环境的安全性,才能真正地开发和使用海洋资源.
自从人类开始说话以来,就有了说“悄悄话”的需要.密钥就是通过对传输的信息进行加密,防止他人获取信息内容,确保你的“悄悄话”可以悄悄说.不过,随着技术发展,传统密钥不断被,现在已经很难有一把安全的密钥了,除了量子密钥.
量子密钥的安全性基于量子物理的基本原理.作为光的最小粒子,每个光量子在传输信息的时候具有不可分割和不可被精确复制两大特性,使得存在窃听就一定会被发送者察觉并规避,从而保证了信息的安全.
天宫二号上有一个“量子密钥分配专项”载荷,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.天宫二号的轨道飞行高度近400公里,飞行速度约为每秒钟8公里.地面站的接收口径约1米.用来生成量子密钥的光子需要精准地打在地面站的望远镜上,就如同在一列全速行驶的高铁上,把一枚枚硬币准确地投到10公里以外的一个固定的矿泉水瓶里,难度可想而知.
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参考文献：
1、 从天宫一号实验想到转动参照系上的实验 参考文献1梁尺峰,建立在实际实验基础上的普适经典力学,第六届中国管理科学大会论文（2013,北京人民大会堂）,第五届全国民间科技论坛交流论文（2013,太原） 2梁尺峰,F´等于ma&ac.
2、 天宫二号和神舟十一号的首张太空合影来了等 喇叭花小主播从天宫一号的倩影到神舟十号我国宇航员给大家上的太空实验课,每一步都有航天技术的进步带给我们的惊喜,真实地记录了中国航天技术的进程 2016年10月23日,天宫二号空间实验室上搭载的一颗.
3、 天宫二号中国航天梦，欲和天公试比高 2016年9月15日晚,正值中秋节,中国航天载人飞船“天宫二号”在甘肃酒泉卫星发射中心成功发射升空,这标志着我国的航天载人事业开始进入空间应用发展的新阶段 “天宫二.
4、 别了，天宫一号你好，天宫二号 中国载人航天工程办公室21 日发布消息,已在轨工作1630天的天宫一号目标飞行器在完成与三艘神舟飞船交会对接和各项试验任务后,由于超期服役两年半时间,其功能已于近日失效,正式终止了数据服务 根据预测,.
5、 重读天宫二号之背景和历程 9月15日晚,搭载“天宫二号”空间实验室的长征二号FT2运载火箭成功发射,“天宫二号”与其成功分离后,进入预定轨道“ 天宫二号”.
6、 别了，天宫一号！ 4月2日,我国首个目标飞行器——天宫一号流星般从天外回归,结束了长达7年的太空之旅 中国载人航天工程办公室证实,8时15分左右,天宫一号坠落于南太平洋中部区域 再见,天宫一号,.