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          天宫二号在轨飞行超1000天 今天,欢迎回家

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            在轨飞行超1000天 众多应用载荷在太空留下上海印记

            天宫二号 今天,欢迎回家

          来源 中国载人航天工程网

            恋恋不舍地,你最后望了一眼地球家园。你告诉我们,自己择机受控离轨并再入大气层,少量未燃烧尽的残骸将落入南太平洋预定安全海域。 今天,是你“回家”的日子,也是我们“永别”的日子。

            本报记者 郜阳

            天宫二号,你是我们的老朋友了。虽然你的设计在轨寿命只有两年,但从2016年9月15日,你在我们望着月亮、品着月饼的深情注视下飞向苍穹起,你已在轨飞行了超过1000天。科学家们说,你已完成全部拓展试验,光荣地履行了自己的使命。

            临别之际,我们再聊聊吧,聊聊我们两年多来,一起经历的那些难忘瞬间:航天员景海鹏、陈冬搭乘神舟十一号飞船与你来了场“太空约会”、我国首艘货运飞船天舟一号与你顺利完成自动交会对接,并成功为你进行了“太空加油”……

            你安慰我们说,别难过。你明白,作为我国建设空间站之前,最后一次全面的技术验证,你的离开不是结束,而是新的开始。可我们还是舍不得,尤其是上海的叔叔阿姨们,你的身上凝结了他们太多太多的心血。天宫二号多角度宽波段成像仪主任设计师危峻动情地说,虽然你要离开了,但在你身上得到验证的技术将在未来发挥更大作用。

            或许未来某一天,当中国拥有了属于自己的空间站,我们还会想起你。

            “空间温室”有惊喜

            有望解决太空食物难题

            我国航天员首次参与生物样品的回收、国内首次“从种子到种子”的空间长周期培养……天宫二号上天之时,或许谁也没有想到,两位“植物航天员”会带来那么多惊喜。

            水稻和拟南芥,是两种典型的受光周期诱导的高等植物。在微重力条件下,它们会如何度过一生?花期与地球相比有何不同?随着载人航天的发展,航天员长期在空间环境中生活变成了可能。高等植物是空间生态系统的关键因素,如何利用植物在空间站生产粮食与蔬菜,供人类长期空间生活需求,这是载人航天必须要解决的一道难题。带着中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所郑慧琼研究员的美好祝福,两位特殊乘客开始了太空之旅。

            两位“植物航天员”有属于自己的蜗居。这是由中科院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所与上海技术物理研究所科研人员巧手搭建的“太空温室”。这个比家用微波炉还小的“房子”,功能样样齐全——不仅能为植物生长提供必需的水分、光照、营养液、温度控制,具备实时可见光图像和荧光图像获取功能,还能让地球上的生物学家通过遥控指令来调节主要实验参数。“地球上的重力环境是恒定的,太空则不然,可以让科学家们了解重力对生命的影响,这对农业生产也有启示作用。”郑慧琼告诉记者。

            陌生的环境里,拟南芥和水稻不像在地球那么“听话”。空间没有重力引导,植物方向感差,长得东倒西歪。令科学家们没想到的是,由于空间水不能有效地回到土壤中,增强了水稻吐水现象,尽管这一现象使得水滴漂浮于培养盒中,影响了水稻的生长,但却能在未来服务于药物生产。

            “还有就是,植物在空间开花更晚,长得也慢,但寿命更长。”郑慧琼表示,研究发现,拟南芥在长日条件下微重力下植株比地面对照多活65天,短日转长日的植株比地面多活456天。“在空间里,水稻的叶片衰老也慢于地面。”

            本次实验共有5个培养单元,包括两个拟南芥单元和两个水稻单元,和一个由航天员直接参与回收拟南芥单元样品,这也是我国航天员首次参与生物样品的回收。“这是天宫二号唯一的生命科学实验,两位‘植物航天员’为未来建立以植物为基础的空间生命生态系统、控制植物开花、提高植物产量等提供了重要依据。”郑慧琼表示。

            高精度“定时神针”

            对深空探测影响深远

            “该项目系统复杂、难度大、创新性强,具有自主知识产权,是国际上首个在轨运行的冷原子钟,整体技术处于国际领先水平。”今年4月召开了天宫二号空间冷原子钟成果鉴定会,与会专家给出了这样肯定的意见。

            空间冷原子钟,是由中国科学院上海光学精密机械研究所研制的“定时神针”。这台高精度时钟把原子某两个能级间的跃迁频率作为参考频率输出信号,同时利用激光使原子温度降至接近绝对零度,减少原子热运动的影响,使原子能级跃迁频率受到更小的外界干扰,从而实现更高精度。在微重力环境下运行高精度原子钟则有着更重要的意义,不仅可以在太空广域范围内对基本物理原理开展科学实验,也可发展更高精度的卫星导航定位系统。

            近三年的在轨运行,冷原子钟状态良好、性能稳定,完成全部既定在轨测试任务,成功验证在空间环境下高性能冷原子钟的运行机制与特性,同时实现了天稳7.2×10-16的超高精度,为空间超高精度时间频率基准的重大需求以及未来空间基础物理前沿研究奠定了坚实的科学与技术基础。

            “天宫二号”空间冷原子钟凝结了三代科研人的心血。从上世纪60年代开始,中科院上海光机所王育竹院士及其科研团队就开始了原子钟方面的研究。在此基础上,2010年,“天宫二号”空间冷原子钟主任设计师、上海光机所刘亮研究员带领团队完成了空间冷原子钟原理样机的研制和地面科学试验论证。2016年,经过近10年艰苦努力,我国首台空间冷原子钟正样产品研制成功,并“搭乘”天宫二号飞往浩渺太空。

            刘亮研究员告诉记者,天宫二号空间冷原子钟项目的成功极大地推动了相关领域的发展,其技术成果直接应用于卫星导航系统,大幅度提高卫星导航系统的性能。在空间站高精度时频系统、空间站超冷原子物理研究以及探月工程地月空间导航通信等等重大项目中产生关键的作用,有望对未来深空探测、基础物理研究、精密测量等领域产生深远的影响。

            高性能“数码相机”

            全天候给地球“拍照”

            天宫二号的在轨运行,为更好地观测和认识地球,提供了绝佳的视角。在其对地观测面的“肚子”上,有一台由中国科学院上海技术物理研究所自主研制的高性能航天“数码相机”。

            这台新型地球观测仪器的学名叫“多角度宽波段成像仪”,能实现跟随天宫二号的飞行角度变化从多个方位对地成像。它由8台分4层结构精心设计的小相机组成,这些相机通过视场拼接组合,能同时获取目标可见近红外、短波红外和热红外波段的光谱图像和多角度偏振信息,在环境与灾害预测、资源调查、农林普查和气象预报等方面发挥重要作用。

            这台航天“数码相机”本领可不小——它采用了新型多光谱与偏振复合成像技术,探测性能更加出色,1秒钟可成像30幅。它具有信噪比高的特点,地面分辨率达到100米,所看到的地表景物细节更加精细,是当前国际上观测海洋水色分辨率最高的载荷之一。“我们自主研发的短波红外探测器,使得相机能够穿透云雾。而具有夜视功能的热红外探测器,则让相机可以昼夜不间断工作。”中科院上海技物所研究员、天宫二号多角度宽波段成像仪主任设计师危峻告诉记者。此外,它也在国内率先实现了多角度光学偏振遥感技术新体制,填补了我国天基多角度光学偏振成像的空白。

            为了这台航天“数码相机”,上海技物所的科研人付出了许多,在时间紧、任务重的情况下,团队数年磨一剑,出色完成任务。它拍摄的上千轨图像得到了用户的一致点赞。“在研制过程中,对于一些元器件我们也曾考虑过是通过引进还是自己来做,但最后我们一致决定关键技术要牢牢握在自己手里。”危峻说。

            在危峻看来,天宫二号还起到了孵化器的作用。得到验证的热红外技术和偏振成像技术将在后续的海洋卫星和风云卫星上发挥更大作用。

            “好伙伴”如影随形

            “自拍神器”为“天神”合影

            旅途中,你是否曾因为没有人给你拍照而错过美好瞬间?天宫一号就有这样的遗憾,作为中国航天史上的“功臣”,它与神舟系八号、九号、十号飞船的三次对接,都没能留下合影。这样的遗憾可不能出现在天宫家族其他成员的身上,上天的时候,天宫二号记得带上了“自拍神器”——一颗伴随卫星。2016年10月26日,“天宫二号”伴随卫星成功回传首批影像图,即天宫二号空间实验室和神舟十一号载人飞船组合体的“天神合照”。

            由中科院微小卫星创新研究院研制的天宫二号伴随卫星是一颗微纳卫星。这个“小个子”仅重47千克,大小相当于一台打印机。作为天宫二号试验任务的一部分,它采用小型化、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。此外,它搭载多个实验载荷,并具备较强变轨能力,具备开展空间任务的灵活性与机动性。

            “伴星有多项应用成果达到国际先进水平,包括伴星姿态导引及近距动目标跟瞄控制技术、轻小型相机高动态目标高分辨成像技术等。”微小卫星创新研究院伴随卫星副总工程师包海超介绍。

            别以为伴星只会“拍拍拍”,作为伴随主航天器飞行的航天器,伴随卫星具有相对主航天器距离近、实时跟随的“地理优势”,可以作为主航天器的安全辅助工具,对其进行工作状态监测、安全防卫,还能为空间飞行器交会对接等提供直接的技术支持。

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