天宮二號(英文名:Tiangong-2)是中國載人航天工程發射的第二個目標飛行器,也是中國首個具備補加功能的載人航天科學實驗空間實驗室,由中國空間技術研究院抓總研制。天宮二號是在天宮一號備份目標飛行器基礎上改進研制而成,采用實驗艙和資源艙兩艙構型,全長10.4米,最大直徑3.35米,太陽翼展寬約18.4米,重8.6噸,設計在軌壽命不小于2年。天宮二號主要任務包括兩個方面:1、開展較大規模的空間科學實驗和空間應用試驗,以及航天醫學實驗;2、考核驗證航天員中期駐留、推進劑補加、在軌維修等空間站建造運營關鍵技術。
天宮二號于2016年9月15日22時04分在酒泉衛星發射中心發射升空;2019年7月16日終止數據服務;2019年7月19日受控離軌并再入大氣層,落入南太平洋預定安全海域。飛行任務期間,天宮二號先后與神舟十一號、天舟一號進行對接,并開展了一系列空間實驗,充分驗證了航天員中期駐留太空的能力、推進劑在軌補加技術,為建造空間站奠定基礎,是中國第一個真正意義上的太空實驗室。
作為中國首個空間實驗室,天宮二號突破并掌握了中期駐留載人宜居環境設計技術、推進劑補加、人機協同在軌維修技術等關鍵技術,實現了交會對接、航天員中期駐留、推進劑補加、組合體控制與管理、航天醫學實驗、空間科學與應用,以及空間站技術驗證多任務融合設計與動態規劃。支持開展了諸如冷原子鐘等多達14項空間科學應用試驗,突出體現了中國空間實驗室的綜合應用效益。
研發歷程
研發背景
1986年,鄧小平批準實施“863”計劃,計劃以載人飛船開始起步,最終建成中國的空間站。1992年9月21日,中國載人航天工程正式立項,并確定按照“三步走”的戰略實施。第一步,發射載人飛船,建成初步配套的試驗性載人飛船工程,開展空間應用實驗;第二步,突破航天員出艙活動技術、空間飛行器交會對接技術,發射空間實驗室,解決有一定規模的、短期有人照料的空間應用問題;第三步,建造空間站,解決有較大規模的、長期有人照料的空間應用問題。
2010年9月25日,中國共產黨中央政治局常務委員會委員會議批準《載人空間站工程實施方案》,載人空間站工程正式啟動實施。載人空間站工程分兩個階段實施:在2016年前后,研制并發射8噸級空間實驗室,突破和掌握航天員中期駐留、再生式生命保障以及中國貨運飛船補加等空間站關鍵技術,開展一定規模的空間應用;在2020年前后,研制并發射基本模塊為20噸級艙段組合的空間站,突破和掌握近地空間站組合體的建造和運營技術、近地空間長期載人飛行技術,開展較大規模的空間應用,為經濟社會發展提供先進的空間技術平臺。
2011年9月29日,天宮一號發射升空,先后與神舟八號飛船、神舟九號、十號飛船進行6次交會對接,完成了各項既定任務,為中國載人航天發展作出了重大貢獻。作為中國首個目標飛行器和空間實驗室,天宮一號的任務就是為空間站的研制積累經驗。
研發過程
2011年,天宮一號研制完成時,同時生產了一個一鍵備份器,隨著天宮一號任務的成功,備份器解除了原來的使命。在天宮二號研制時,研制團隊為了降低研制成本、加快研制進度,決定在天宮一號備份器的基礎上研制生成天宮二號。因為備份器在地面上存放已久,研制團隊對設備和材料進行了壽命試驗,更換了一些非金屬材料,對設備做了延長壽命的處理,確保天宮二號質量的可靠性。
2013年3月6日,中國載人航天工程總設計師周建平表示:“‘天宮二號’預計將在兩年左右的時間發射,由于‘天宮一號’狀態良好、可能延期‘服役’,兩座中國‘天宮’或將并存太空、比翼齊飛。”
2014年3月,中國載人航天工程總設計師周建平向外界公布了中國將實施天宮二號空間實驗室任務。
2014年9月10日,時任中國載人航天工程辦公室副主任楊利偉在太空探索者協會第27屆年會上向外界透露了天宮二號任務詳細規劃,其中包括天宮二號空間實驗室將于2016年發射升空,并與隨后發射的神舟十一號載人飛船和天舟一號貨運飛船實現空間交會對接,進一步突破和掌握推進劑在軌補加等空間站關鍵技術,開展一定規模的空間應用。
2014年9月,天宮二號空間實驗室、長征七號運載火箭、天舟系列貨運飛船,以及神舟十一號、長征二號系列運載火箭F運載火箭等主要產品進入研制關鍵階段,航天員地面訓練和地面設施設備準備工作,包括空間站組成模塊中的核心艙和兩個實驗艙研制工作也正在按計劃進行。海南航天發射場基本完工,具備發射條件。
2015年1月,中國載人航天工程網發布消息稱:“天宮二號空間實驗室空間應用系統載荷設備已完成安裝,并交付電測。”這是空間實驗室本階段總裝的標志性節點。
2015年7月,用于發射天宮二號的長二F火箭開始總裝。
2016年3月8日,中國載人航天工程總設計師周建平表示:“今年年中至明年上半年,我國將實施載人航天工程空間實驗室任務,驗證未來空間站關鍵技術。目前天宮二號已完成總裝,各系統正在緊張備戰。”
2016年4月15日,天宮二號空間實驗室完成大型試驗后的總裝并交付電測。本階段電測完成之后,天宮二號將具備出廠條件。
主要任務
接受神舟十一號載人飛船的訪問,完成航天員中期駐留,考核面向長期飛行的乘員生活、健康和工作保障等相關技術;接受天舟一號貨運飛船的訪問,考核驗證推進劑在軌補加技術;開展航天醫學、空間科學實驗和空間應用技術,以及在軌維修和空間站技術驗證等試驗。
技術特點
結構組成
天宮二號是在天宮一號備份目標飛行器的基礎上改進研制而成,全長10.4米,最大直徑3.35米,太陽翼展寬約18.4米,重8.6噸,采用實驗艙和資源艙兩艙構型,設計在軌壽命2年。艙內宇航員活動的范圍約為16到18立方米,可滿足兩名航天員居住生活。
前艙為實驗艙,是全密封環境。天宮二號與神舟十一號對接完成后,航天員的工作、生活都將在該艙進行。后艙則是資源艙,主要內置推進系統、電源系統,以及保障動力和能源供應。
實驗艙
為成功實現航天員中期駐留,天宮二號研制團隊對實驗艙進行全新宜居環境設計。這些設計旨在提高航天員的生活質量和降低工作負荷,同時改善睡眠環境和娛樂條件。宜居技術主要包括內部裝飾、艙內活動空間規劃、視覺環境與照明、廢棄物處理、物品管理和無線通話等幾個方面。
在內部裝飾方面,天宮二號用地板取代了地毯,讓地面變得更受力,還在白色地板上布有些許灰色的點,以防止航天員產生視覺疲勞。在艙內活動空間規劃方面,天宮二號將實驗艙空間分為睡眠區和工作區,并安裝了多功能平臺,航天員可在這個平臺上吃飯、看書、工作。睡眠區還采取了降噪技術,以提高航天員睡眠質量。在視覺環境與照明方面,艙內燈光采用米黃色的色調,亮度可以手動調節,并為每個航天員安裝了床前燈。為了方便航天員在艙內借力活動,增加了硬質扶手,并配置了腰部扎帶,扎帶兩頭設有固定環,只要兩邊固定住,航天員四肢均可解放。還設計了無線頭戴,以實現無線通話等。天宮二號的天地通信能力也得到了優化。航天員不僅可以接收圖片和視頻,還能觀看地面上的電視節目、電影等,這大大提高了他們的娛樂條件。
資源艙
資源艙不僅能為天宮二號提供所有的動能和電能,航天員維持生命的氧氣也儲存在這里。改裝資源艙的過程非常復雜,涉及到在艙體上鉆孔、切削等機械加工操作。工程技術人員首先需要把資源艙上的設備、熱控多層、電纜、管路、報廢的支架等全部拆除,然后在艙上鉆孔,安裝支架,再把沿用的管路和設備、電纜、新增的管路和設備、熱控多層等重新安裝到艙上。為了嚴格控制風險,在正式改裝資源艙之前,上海航天技術研究院工程技術人員首先改裝了初樣天宮一號結構熱控資源艙,進行了支架拆除、管路拆除、設備拆除、單艙振動試驗、整器力學試驗、EMC測試試驗等共計20項技術驗證工作,為正式改裝資源艙積累了豐富經驗。
基本參數
相關系統
運載火箭
天宮二號由長征二號系列運載火箭FT2運載火箭發射升空。長征二號FT2運載火箭與之前的長征二號FT1運載火箭技術狀態基本一致,為進一步提高安全性與可靠性,進行了部分技術狀態更改。
長征二號F運載火箭是中國專門用于載人航天的二級運載火箭,由中國運載火箭技術研究院抓總研制。長征二號F運載火箭包括發射目標飛行器的“T”系列和載人飛船的“Y”系列兩個太空狀態。“T”系列火箭由箭體結構系統、動力系統、控制系統、利用系統、遙測系統、外安系統、故檢系統、附加系統和地面支持系統共計9個系統組成。從外形上看,“T”系列的沒有逃逸塔裝置,整流罩尺寸比較大,達到4.2米,而“Y”系列的火箭整流罩只有3.8米。
發射場地
天宮二號在酒泉衛星發射中心發射升空。酒泉衛星發射中心位于中國西北的巴丹吉林沙漠邊緣,中心區域內多是戈壁和沙漠,人煙稀少,200干米以內基本為無人區,地勢開闊,安全性好,是天地往返運輸系統理想的回收著陸場所;距海岸線遠,可以充分利用已基本形成的陸上航天測控網。氣候干燥少雨,雷電日少,一年四季多晴天,容易滿足發射條件,可為航天發射提供良好的自然環境條件,每年約有300天可以進行發射試驗。
測控通信
在天宮二號任務中,由中國電子科技集團有限公司研制的測控通信網提供測控通信,這個測控網由多個地面測控站、中繼衛星和遠望號測量船航天測量船組成。為確保測控通信信號準確傳送,中國電科將試驗任務IP網從專線模式升級為IP模式,覆蓋了東風衛星發射中心以及全國40余個站,實現了網絡的寬帶化、一體化和通用化,極大地提高了測控信息傳輸能力。
天宮二號獨自在軌運行20多天,要對天宮二號運行軌道進行精確預報,用以往常規的技術手段無法滿足精度要求。北京市跟蹤與通信技術研究所組成專家團隊與參試單位聯合建立了起更為精確的預報模型和參數,最終達到滿足任務需求的精度,并通過在軌運行的天宮一號飛行器進行了可行性和可靠性驗證。
相比天宮一號,除了圖像傳輸,參加此次任務的統一測控系統又增加了話音通信功能;中國電子科技集團有限公司第54研究所研制的天地通信系統擁有20兆帶寬通信能力,在滿足工作需要的同時,還可讓航天員在天上看電視,上網,玩手機,甚至能夠與地面的親人實現面對面交流通話。
空間應用
作為中國首個真正意義上的太空實驗室,天宮二號除了要驗證航天員在軌中期駐留,還要開展14項空間科學和應用實驗,這也是中國載人航天史上空間科學任務最多的一次。利用其實驗室平臺的支持能力,空間應用系統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。主要涉及微重力基礎物理、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八個領域。具體包括空間冷原子鐘實驗、綜合材料制備實驗、維管植物培養實驗,伽瑪暴偏振探測等空間科學實驗與探測項目;寬波段成像光譜儀,空地量子密鑰分配試驗、伴隨衛星飛行試驗等應用和新技術試驗項目等。除了伽瑪暴偏振探測是與國外科學家合作聯合研究外,其余13項科學實驗將全部由中國科學家自主完成。航天員搭乘神舟十一號飛船與天宮二號對接后,也會直接參與操作其中的兩項實驗,分別是綜合材料制備實驗和高等植物培養實驗。
技術創新
空調系統
為節省寶貴的電資源,天宮二號的“空調系統”無需使用壓縮機,利用外層空間的冷背景和單相流體回路的熱量收集和傳遞功能,將密封艙內的儀器設備產熱、化學產熱和航天員產熱共計幾千瓦的熱量,通過輻射器排散到外太空。而“基于單相流體回路的熱總線技術”將整器需要降溫的設備熱量收集起來,把這部分廢熱傳遞到需要補熱的低溫結構上,省去了低溫結構補熱的電加熱功耗,實現了空間實驗室的熱量綜合管理和高效利用。這套“空調系統”功率僅有220W左右,實現了高效節能的空調系統。此外,針對空間實驗室階段目標的諸多變化,設計師們為熱控系統增強了適應能力,實現了壓氣機溫度接口的精確控溫和密封艙溫度的精確調節。而智能化的熱控核心控制設備實現了熱控設備在軌故障的自主診斷、隔離和處置,實現了“空調系統”的高可靠性。
密封結構
飛船密封件
與以往飛船密封件相比,天宮二號作為中國第一個真正意義上的空間實驗室,它的系列密封件留軌運行時間更長,產品規格更多,安全性、穩定性要求更高。除了要求密封性能安全可靠外,還要求材料安全無毒,能經受住-70到200℃高低溫交變、高真空、強紫外輻射、帶電粒子輻照和原子氧侵蝕等各種復雜環境的長期考驗。針對特殊環境下的性能要求,中國航天科技集團公司四院四十二所在原有飛船密封件工藝上確立了穩定膠料配方性能的工藝新方法,通過對膠料配方的綜合性能優化和煉膠工藝的選擇,使不同硬度的材料性能全面達標。天宮二號密封件形狀各異、規格不一,大的密封圈直徑有一米多,小的有十幾毫米,而且有些形狀在飛船密封件中從未涉及。這就要求研制人員專門為天宮二號量身打造精度更高的模具和獨特的成型工藝。他們根據天宮二號密封件的特殊要求,把每一個密封件的形狀、結構啃了個遍,為每一個異形件創新了獨特的機械加工工藝,實現了天宮二號數十多種模具設計的一次到位,密封件尺寸精度完全滿足要求,超差范圍不超過0.01毫米。中國航天科技集團四院四十二所為總體方提供的高性能密封樣件,分別進行了高真空、紫外輻照、粒子輻照、原子氧和空間綜合環境等試驗,結果表明:該所研制的天宮二號密封件,各項性能滿足滿足設計要求,材料壽命大于30年。
密封艙結構方案
天宮二號是一個外部真空、內部1個大氣壓的結構,漏氣量是評價其安全性的重要指標。針對最容易漏氣的觀察舷窗、開關艙門等部件,設計師們根據各種結構特點設計了安全可靠的密封結構,其中最關鍵的便是密封圈。為了面對太空中溫度變化更加激烈而導致的老化問題,設計人員從配方開始,再到其結構形式、結構設計,通過大量細致實驗,最終取得了成功。飛船的結構形式由于焊點成千上萬,長期在軌時,點焊部位容易出現腐蝕,對結構壽命造成極大威脅。對此,設計師們對國際空間站和和平號空間站的結構形式和原材料進行了充分調研,結合中國國內工藝水平和原材料供應能力,提出了“整體壁板式”密封艙結構方案。此外,由于結構重量占據了飛船的大部分重量,曾一度讓研制工作陷入困境。對此,設計師們邀請多位跨型號的結構設計專家,對方案進行了多次優化,最終使結構重量降低了20%多。
推進劑在軌補加
航天器在軌運行期間,需要消耗推進劑來維持軌道和姿態。但航天器發射時所攜帶的推進劑的量是一定的,推進劑消耗完畢,也就意味著航天器壽命的終結,而推進劑補加技術則突破了這種局限。通過推進劑補加,可以大大延長航天器壽命。
天宮二號在軌期間和天舟一號貨運飛船交會對接后要開展推進劑在軌補加技術驗證。科研團隊突破國外技術封鎖,完成了一系列核心技術及關鍵設備攻關,并通過多輪地面試驗驗證,其中壓氣機及浮動斷接器等均是中國國內首創。完成對天宮二號首次推進劑補加后,后續還要實施兩次補加。為保持管路清潔,進行后續多次補加,需對補加管路里的推進劑進行吹除,吹除過程中盡可能不污染飛行器表面。在太空真空環境下吹除液體推進劑,中國國內尚無先例,推進劑在吹除過程中經歷的與地面完全不同的復雜環境及物理變化過程需要摸索。研制團隊經過多輪推進劑吹除試驗,確定了吹除方案,包括吹除壓力、吹除速率、吹除口的型面狀態等各項技術指標,經驗證可用于在軌補加后的推進劑吹除,確保后續“太空加油”的順利進行。
推進劑在軌補加技術的突破,標志著中國成為世界上第二個掌握在軌推進劑補加技術的國家,實現了中國空間推進領域的技術跨越,為后續空間站建設奠定了堅實基礎。
安全控制模式
天宮二號設計了多個自主安全控制模式。長管飛行期間,天宮二號推進安全模式、對日定向安全模式、輻射器泄漏自主控制安全模式、能源安全模式均處于使能狀態。若在測控區外發生故障,可自主切至安全模式進入相對安全的運行狀態,在進入測控區后進行故障處置,保證天宮二號平臺安全和受控離軌。為確保延壽天宮二號飛行期間在軌運行安全,快速應對在軌突發事件,還專門制定有在軌故障預案,確保緊急時刻處置及時、準確到位。
任務經過
準備工作
2016年7月7日,天宮二號空間實驗室按流程完成了出廠前所有研制工作,從北京啟程,經鐵路運輸,于9日安全運抵酒泉衛星發射中心載人航天發射場,開展發射場區總裝和測試工作。
2016年8月3日,發射天宮二號空間實驗室的長征二號系列運載火箭FT2火箭按流程完成了出廠前所有研制工作,從北京啟程,經鐵路運輸,于6日安全運抵中國酒泉衛星發射中心發射場,開展發射場區總裝和測試工作。
2016年9月9日8時35分,承載著長征二號系列運載火箭FT2運載火箭與天宮二號空間實驗室組合體的活動發射平臺駛出總裝測試廠房,平穩行駛約1.5小時后,垂直轉運至1.5公里外的發射區。這標志著天宮二號空間實驗室任務正式進入發射階段。
發射升空
2016年9月15日22時04分,搭載天宮二號的長征二號FT2運載火箭,在中國酒泉衛星發射中心點火發射,約575秒后,天宮二號與火箭成功分離,進入預定軌道,發射取得圓滿成功。起飛后約10分鐘器箭分離,進入近地點200公里、遠地點350公里的初始軌道,之后變軌進入高度約393公里的軌道,進行在軌測試。
在軌活動
2016年10月19日,神舟十一號飛船經過多次變軌后以自主導引控制方式與天宮二號成功實現交會對接,形成組合體。6時32分,航天員景海鵬、陳冬先后進駐天宮二號。11月17日12時41分,神舟十一號飛船與天宮二號成功實施分離,兩個航天器分離后,神舟十一號飛船首先撤離至120米停泊點保持位置,狀態確認正常后,在地面指令控制下逐漸遠離天宮二號。在這次任務中,神舟十一號與天宮二號組合體共飛行30天,加上獨立飛行3天,總飛行時間33天,創造了中國人在太空駐留的時間新紀錄。與天宮一號與神舟飛船之前進行的空間交會對接和組合體飛行相比,這次任務進行了進一步提升,除了時間更長之外,還升級了光學成像敏感器和照明設備,提高了交會對接的可靠性和效率。此外,還全面檢驗和測試了生命保障系統,積累了更多經驗。
2017年4月22日12時23分,天舟一號貨運飛船與天宮二號順利完成自動交會對接,這是天宮二號首次與貨運飛船進行交會對接。天舟一號是中國自主研制的首艘貨運飛船,于4月20日晚在中國文昌航天發射場發射升空。
2017年4月23日7時26分,天宮二號與天舟一號進行的首次推進劑補加。4月27日19時07分,首次推進劑在軌補加完成,實現了“太空加油”技術突破。這是中國實施的首次太空推進劑補加試驗,標志著空間實驗室飛行任務全部完成,中國載人航天工程“三步走”發展戰略第二步全面收官。
2017年6月15日,天舟一號貨運飛船與天宮二號完成第二次推進劑在軌補加試驗。這次補加試驗旨在鞏固首次補加試驗取得的技術成果,主要完成了浮動斷接器插合、管路檢漏、燃料貯箱補加、氧化劑貯箱補加、浮動斷接器分離和狀態恢復等工作,整個過程歷時約2天。
2017年6月19日,天舟一號完成與天宮二號的繞飛和第二次交會對接試驗。這次試驗的順利完成,鞏固了航天器多方位空間交會技術,對于后續空間站工程建設具有重要意義。
2017年6月21日9點47分,天舟一號貨運飛船按計劃與天宮二號實施撤離,開始進入獨立運行階段。
2017年9月12日,天舟一號完成與天宮二號的自主快速交會對接試驗。
2018年9月15日,天宮二號圓滿完成了在軌運行2年的目標,取得了階段性勝利。
再入銷毀
2019年7月16日,天宮二號終止數據服務。
2019年7月19日21時06分,天宮二號受控離軌并再入大氣層,少量殘骸落入南太平洋預定安全海域。標志著中國載人航天工程空間實驗室階段全部任務圓滿完成。
主要成果
科研成果
作為中國真正的空間實驗室,天宮二號空間實驗室搭載了全新的空間應用載荷設備,載荷數量及規模都超過了以往中國各次載人航天任務。天宮二號裝載了空間冷原子鐘等14個空間應用載荷,涉及對地觀測和空間地球科學、空間天文、微重力基礎物理、微重力流體物理及空間材料科學、空間生命科學和空間環境與空間物理等多個領域。
空間冷原子鐘
空間冷原子鐘是國際上首臺在軌運行的冷原子鐘,根據在軌測試結果推算冷原子鐘日穩定度達到7.2E-16。
空間冷原子鐘由中國科學院上海光學精密機械研究所(中科院上海光機所)研制,主要目的是在微重力環境下,建立將原子氣體冷卻到PK量級的空間冷原子物理實驗平臺,進行前沿基礎物理研究,爭取重大科學突破,帶動應用的重大變革和巨大進步。
空間冷原子鐘采用激光冷卻原子并與微波作用,實現頻率穩定度10-16的國際領先水平。空間冷原子鐘作為在空間的最高精度的原子鐘,可以成為空間的時間基準,這種基準可以廣泛的應用于在空間運行的各類原子鐘,包括導航系統的星載原子鐘。同時,能對地面鐘實現超高精度的比對,從而實現提高全球的時間同步精度。
液橋熱毛細對流實驗
液橋熱毛細對流實驗裝置由中國科學院力學研究所研制,主要目的是開展大Prandtl數液橋熱毛細對流穩定性相關問題的研究,發現和認識在空間微重力環境下熱毛細對流的失穩機理問題,拓展流體力學的認知領域,取得具有國際先進水平的研究成果;突破并掌握微重力環境下的液橋建橋、液面保持和失穩重建等空間實驗關鍵技術,進一步提升中國微重力流體科學的空間實驗能力和技術水平。
綜合材料實驗
綜合材料實驗裝置由材料實驗爐、材料電控箱和材料樣品工具袋三個單機構成。整個裝置共約27.6kg重,最大功耗不到200W,能實現真空環境下最高950℃的爐膛溫度。主要目的是通過研究半導體光電子材料、金屬合金及亞穩材料、新型功能單晶、納米材料及復合材料等材料,揭示在地面重力環境下難以獲知的材料物理和化學過程的規律,獲得優質材料的空間制備技術和生產工藝,指導地面材料加工工藝的改進與發展。
三維成像微波高度計
三維成像微波高度計是國際上第一次實現寬幅海面高度測量并能進行三維成像的微波高度計,由中國科學院國家空間科學中心研制。能夠獲得海洋干涉相位圖,并由此得到三維海洋形態觀測結果,為海平面高度測量、海浪等海洋環境探測提供更有效的手段;在陸地應用時能夠獲得三維地形信息。可開展海洋動力環境參數監測、海洋預報等海洋領域應用研究,陸地地形測量,陸地冰川監測、內陸寬水體監測等陸地領域應用研究。
空間環境與物理探測
空間環境監測及物理探測分系統簡稱空間環境分系統,由中國科學院國家空間科學中心研制,包含帶電粒子探測器和軌道大氣探測器;具有監測艙外各個方向的電子、質子等粒子的強度和能譜的能力,具有監測軌道大氣密度、成分及其時空分布變化,監測原子氧剝蝕及氣體污染效應的能力。空間環境與物理探測為空間環境預報、空間環境變化機理研究以及空間實驗室、飛船和航天員的安全保障提供準實時監測數據。
維管植物培養實驗
中國科學院上海技術物理研究所提供的高等植物培養箱具備在軌培養單元和樣品返回單元,能夠為植物生長提供必需的水分供給以及光照、溫度控制,具備實時可見光圖像和熒光圖像獲取功能,構成了現代的迷你太空溫室,為研究植物在太空的生長發育提供支持。通過對兩種實驗樣品在長日照植物和短日照植物的空間生長,獲取微重力條件下植物由營養生長向生殖生長轉變過程的規律,揭示光周期誘導開花的分子機理、種子貯藏物質積累機制,為闡明重力在維管植物生命活動中的調控作用提供依據。研究空間密閉生態系統中高等植物的生長發育,從本質上研究植物對空間微重力環境的響應,特別是植物在空間微重力環境中的響應與適應的本質,從而發展從分子水平改造植物的新方法,可為建立受控生態生命保障系統提供依據。
寬波段成像光譜儀
寬波段成像光譜儀由中國科學院上海技術物理研究所研制。寬波段成像光譜儀是新一代寬波段、寬視場和“圖譜合一”的光學遙感器,是中國國內外首次在單臺儀器上,實現了可見光高光譜、短波紅外和熱紅外多光譜大視場全推掃成像的組合集成功能。寬波段成像儀在可見近紅外具有通道可編程、在短波和熱紅外譜段具有多光譜探測的推掃式成像儀。在軌飛行期間,主要針對中等(偏高)地面分辨率、大尺度地物目標監測,適宜開展內陸湖泊、陸地和大氣探測,以及對海洋和海岸帶水色、水溫的觀測。
量子密鑰分配試驗
空-地量子密鑰分配試驗進行空間實驗室與地面終端之間空-地量子密鑰分配試驗,驗證基于偏振態的量子密鑰分發技術,檢驗空-地量子密鑰分配的原理;突破并掌握空-地量子信道保持、量子密鑰分發和提取等關鍵技術,突破信息傳輸安全保障瓶頸。空地量子密鑰分配試驗突破并驗證量子密鑰生成、分配、提取、光信道保持等重大關鍵技術,發展先進量子調控科學技術,保持中國在該領域的領先地位,為未來建立對國家安全和經濟發展極端重要的信息安全系統。中國科學技術大學潘建偉團隊聯合國科大杭州高等研究院院長王建宇團隊,通過“天宮二號”和四個衛星地面站上的緊湊型量子密鑰分發(QKD)終端,實現了空對地量子保密通信網絡的實驗演示。相關研究成果以論文形式,刊登在2022年8月國際知名學術期刊《光學》上。
伽瑪暴偏振探測儀
伽瑪暴偏振探測儀采用創新的康普頓效應的散射角信息探測宇宙伽瑪射線偏振狀態。具有對天體的劇烈暴發及瞬變現象(主要是伽瑪暴和太陽耀斑)偏振測量的功能,以及寬視場、寬能量范圍探測和伽瑪暴定位能力。在高能天文領域開辟伽瑪射線偏振探測新窗口,對國際天文學熱點之一的宇宙伽瑪射線暴和高能天文學產生重大影響,獲得新發現。為研究伽瑪暴本質、宇宙結構、起源和演化等天體物理研究前沿熱點領域取得突破開辟新途徑。
伴隨衛星
2016年10月23日7時31分,天宮二號成功釋放伴隨衛星。天宮二號伴隨衛星是一顆微納衛星,是天宮二號試驗任務的一部分。伴隨衛星由上海微小衛星工程中心研制,采用了小型化,輕量化,高功能密度的設計,重約47kg,尺寸相當于一臺打印機大小。天宮二號伴隨衛星搭載多個試驗載荷,并具備較強的變軌能力,具備了開展空間任務的靈活性與機動性。天宮二號伴隨衛星在軌任務期間開展了對空間組合體的飛越觀測等試驗,為主航天器的技術試驗提供支持,并拓展空間技術應用。
榮譽記錄
2016年12月,“天宮二號空間實驗室”入選美國《時代》周刊2016年度世界25項最佳發明,這是該榜單首次出現來自中國的航天器產品。
2016年12月28日,“天宮二號任務創新團隊”入選2016年度國防科技工業十大創新人物(團隊)。
2017年1月3日,“中國成功開展天宮二號和神舟十一號載人飛行”入選2016年中國航天十大新聞和世界航天十大新聞。
評價
天宮二號發射全面開啟中國空間實驗室任務,為中國空間站建設打下重要基礎。——央視網
天宮二號被稱為中國第一個真正意義上的空間實驗室,也是目前中國載人飛行時間最長的一個航天器。在完成發射之后,它將在太空完成三大任務——航天員中期駐留;推進劑在軌補加;在軌維修技術試驗。天宮二號的系統設計是模塊化的,也就是說它出現問題時可以快速更換和在軌維修,這在國內空間領域屬于首創。——新京報
發射天宮二號是全面完成空間實驗室階段任務的關鍵之戰,將為中國后續空間站建造和運營奠定堅實基礎、積累寶貴經驗,對于推進中國載人航天事業持續發展,具有十分重要的意義。——武平(中國載人航天工程辦公室原副主任)
和國際空間站(ISS)相比,“天宮二號”的確沒那么顯眼。但是,國際空間站是15個國家合作建立的,其中還包括美俄這樣的航天強國,而“天宮二號”是由中國獨立研發的,并且這距離中國第一次把人送上太空僅僅十余年。——美國《時代》周刊
天宮二號發射成功,神舟十一號載人飛船和天舟一號貨運飛船才能相繼進入太空。可以說,天宮二號具有承上啟下的作用。天宮二號的發射成功,標志著中國即將邁入空間站時代。——朱樅鵬(天宮二號總設計師)
參考資料 >
Tiangong-2 takes China one step closer to space station.新華網.2023-04-27
觀瀾|“太空出差”90天,意味著什么?.今日頭條.2023-04-27
朱樅鵬:天宮二號任務圓滿成功,為邁入空間站時代打下堅實基礎.中華人民共和國科學技術部.2023-04-27
天宮二號空間實驗室發射圓滿成功.中國載人航天工程.2023-03-02
天宮二號發射成功 主要接受載人飛船和貨運飛船訪問.央視網.2023-04-27
在軌飛行超1000天,完成全部拓展試驗!“天宮二號”明天謝幕.今日頭條.2023-05-05
在軌飛行超千天 天宮二號“榮休”背后三大看點.今日頭條.2023-05-05
載人航天揚國威——訪中國載人航天工程總設計師周建平.中國共產黨新聞網.2023-03-18
致敬航天夢|戰略考量:跨世紀的非凡擘畫.今日頭條.2023-04-22
中國載人航天工程簡介.中國載人航天工程.2023-04-27
“天宮一號”完成任務告別太空.今日頭條.2023-04-27
“天宮”是座什么“宮”?——新華社記者九問天宮二號.新華網.2023-04-27
周建平:“天宮二號”或與“天宮一號”并存太空.中國政府網.2023-04-27
永遠的“天宮”不朽的傳奇.今日頭條.2023-04-27
“天宮二號”研制歷程.國際在線新聞.2023-04-27
“天宮二號”實驗室載荷設備完成安裝 交付電測.中國新聞網.2023-04-27
中國載人航天工程總設計師獨家“解密”中國空間站和天宮二號.新華網.2023-04-27
天宮二號空間實驗室完成總裝并交付電測.中國載人航天工程.2023-03-02
天宮二號發射成功.今日頭條.2023-04-27
中國空間站的“天宮基因”.今日頭條.2023-05-05
“青出于藍而勝于藍”--揭秘“天宮二號”資源艙的改進研制.新華網.2023-04-27
天宮二號|探秘長征二號F-T2火箭:看“神箭”如何助力?.澎湃新聞.2023-05-05
伴你追逐星辰的“四大金剛”:中國四大航天發射場揭秘.今日頭條.2023-05-03
科普圖解|全景解析中國四大航天發射場.今日頭條.2023-05-03
通信測控“風箏線”對“暗號”.今日頭條.2023-05-05
鋪設“天途”護天宮——北京跟蹤與通信技術研究所奮戰天宮二號任務紀實.新華網.2023-05-05
精準測控當“紅娘” 助力“神十一”“天二”太空“擁吻”.今日頭條.2023-05-05
【揭秘】天宮二號將首次實現航天員30天駐留 3大看點.新華網.2023-04-27
探秘天宮二號有哪些高科技.科學網.2023-04-27
解密“天宮二號”:密封件壽命超過30年.央視網.2023-04-27
推進劑在軌補加技術取得突破 “天宮二號”可實現“太空加油”.新華網.2023-04-27
“超級加油槍”助力中國首次“太空加油”成功.今日頭條.2023-04-27
天宮二號空間實驗室安全運抵發射場.中國載人航天工程.2023-03-02
發射天宮二號和神舟十一號的兩枚長征二號火箭安全運抵發射場.中國載人航天工程.2023-03-02
V觀 | 天宮二號即將發射 看它如何“坐上”火箭直立行.今日頭條.2023-04-27
天宮二號大事記.中國政府網.2023-04-27
神舟十一號飛船撤離天宮二號 航天員即將踏上返回之旅.央視網.2023-04-27
天舟一號撤離天宮二號 開始獨立運行.今日頭條.2023-04-27
天宮二號肩負重任 應用項目豐富.中國載人航天工程.2023-04-27
從“天宮”到“天宮”,中國“太空家園”不再是夢.襄陽市襄州區新聞門戶網.2025-08-02
重磅來襲:“天宮二號”科普海報集.新華網.2023-04-27
“天機”未曾泄露!天宮二號完成一項重要實驗.今日頭條.2023-12-14
“天宮二號”入選美《時代》周刊年度最佳發明.新華網.2023-05-05
2016年度國防科技工業十大新聞和十大創新人物(團隊)揭曉.今日頭條.2023-05-05
2016年中國/世界航天十大新聞揭曉.中國網.2023-05-05
飛天好伴侶:解密長征二號F火箭.央視網.2023-04-27
天宮二號將于15日22時04分發射.中國政府網.2023-05-05