天宮二號

中國太空站建設啟幕，「天宮二號」太空實驗室已於中秋夜發射升空。「天宮二號」的主要任務包含接受載人太空船、貨運太空船訪問，考核驗證太空人中期駐留、推進劑補加等太空站工程關鍵技術，並開展航太醫學、太空科學實驗和空間應用技術試驗，以及在軌維修試驗和太空站技術驗證試驗。天宮二號搭載的太空應用科學設備，無論是數量或是複雜程度，都堪稱歷次載人航天任務之最，如首次搭載機械臂操作終端試驗器，將首次開展人機協同太空在軌維修試驗，為今後太空站任務做準備。

天宮二號裝載了太空冷原子鐘、空地量子密鑰分配試驗等14個太空應用，以及香港中學生太空搭載實驗方案設計大賽獲獎的3個實驗項目，包括奪冠方案「微重力狀態下製作多用途的聚合物有孔薄膜」；有關薄膜透氣不透水，在醫療上多有應用，如治療皮膚創傷等，還有亞軍方案「太空養蠶」實驗。

本人最感興趣是「太空養蠶」實驗，它是由香港學生設計的，四位同學認為養蠶裝置已經過多番改良，利用物理學的對流原理，將蠶蟲糞便輸送到一個收集空間，能夠保持衛生，以降低蠶蟲在太空中死亡的機會。在神舟十一號飛船發射當天(十月中旬)，四位17歲的設計者受邀去酒泉衛星發射中心現場觀看。

“天宮二號”上，太空人將參與高等植物的樣品回收。中國載人航太工程總設計師周建平受訪時說，太空人將在太空主要種植水稻、擬南芥等植物，以檢測空間微重力對生命活動的影響，為以植物為基礎的空間生命生態保障系統奠定技術基礎，以達到將來在空間站設立種植基地的遠期目標。

另外關於種植水稻和擬南芥；為何選擇水稻和擬南芥？中科院植物專家鄭慧瓊表示，擬南芥和水稻是兩種具有代表性的、典型的受到光週期調控的植物。“目前對於擬南芥生產發育和基因表達情況非常清楚，如果在空間生長過程中發生變化，很容易識別。水稻是中國人的主要食物來源，希望在未來可以推廣到太空生活中。”

在太空中種莊稼可不比在地球，地球上的生命都是在1G的重力環境下進化而來，微重力環境將是太空種植面臨的一大挑戰。此前在和平號空間站進行的植物培養試驗，植物雖然能夠生存，但不能健康的生存。

長時間在太空的微重力環境下，宇航員會發生航太綜合症。中科院空間應用系統總設計師認為此次實驗目的就是為了研究植物在空間環境如何健康生長。“我們希望能通過實驗，未來讓太空人在空間長期駐留的過程中，能夠有菜吃、有飯吃，不需要全部從地面補給。”

在太空中種植植物，遠比想像的要困難。在載荷有限的情況下，“天宮二號”既要滿足太空人生存的基本需要，還要滿足植物的生長要求。因此，和太空食品一樣，太空植物所需的土壤和水，也要“私人訂制”。

據高等植物培養箱設計專家張濤介紹，此次實驗是以蛭石為土壤，鋪在一個長方形的盒子裡，裡面放入種子。“這不是一個簡單的盒子，裡面功能很多，透氣不透水，防止微生物，水可以通過回收裝置迴圈利用等。”

此外，蛭石和種子只佔據了盒子四分之一的大小，其他部分則是為植物預留的生長空間。這個盒子將與儲液箱、控制箱等一起放入密閉培養箱，由“天宮二號”帶上太空。

“天宮二號”入軌後，地面將發出上注指令，控制箱接收到衛星發射的指令後，會把營養液注入土壤，種子獲得營養液後，實驗正式啟動。同時，培養箱裡的光照系統和溫度控制系統開始作用，為植物生長提供環境，箱內的觀察相機也會對生長過程進行持續觀測。

一切似乎都是按照程式自動進行的，那麼太空人將會對植物的生長產生哪些作用呢？

“太空人在返回地球前，需要來到‘天宮二號’的特定區域，把高等植物培養箱外面的鎖緊機構解開，拔出一個裝有在太空中生長擬南芥的容器，裝進特製的布袋子裡帶回地球供後續研究。”張濤說，取出容器之後，太空人還需要把解鎖機構復原，因為其他植物還要繼續在太空中生長。

解開、拔出、裝入、復原……這幾個看似簡單的動作，太空人卻需要經過多次訓練，因為在微重力環境下，行動並沒有那麼方便。“為了讓太空人能夠按照科學的方法帶回樣品盒，需要給太空人提供訓練設備，提供培訓教材，進行實際操練。”鄭慧瓊說。

當然，這難不倒素質過硬的太空人。他們表示，操作比較容易，還提出在太空植物培養方面，將來能夠做更高難度的參與。

未來，隨著中國空間站的建成，我國將執行越來越多的航太任務，後續的試驗也將涉及更多的植物種類。也許有一天，依靠自己種植的糧食和蔬菜，在不提供補給的情況下，太空人真的可以在太空中存活500天。

除了高等植物培養試驗，“天宮二號”還要做一系列試驗……

中國載人航太工程於1992年開始實施，是繼“兩彈一星”後，實現中華民族偉大復興的重大工程，承載著中國夢、航太夢。按照“三步走”發展戰略，我國載人航太工程已發射載人飛船，突破太空人出艙活動技術、空間飛行器的交會對接技術，並已發射空間實驗室，解決了有一定規模的、短期有人照料的空間應用問題。“天宮二號”空間實驗室將是中國載人航太工程第二步的完美收官，具有里程碑意義。

“天宮二號”是繼“天宮一號”之後，以實施空間科學和應用實驗、空間技術試驗為主要目標的空間實驗室，學科領域涵蓋微重力基礎物理、空間天文觀測、空間生命科學、空間材料科學等，太空人也將直接參與到科學實驗中。它在未來我國在載人空間站上開展大規模、長期有人照料的空間應用積累技術和經驗。“天宮二號”搭載五十余部科學應用載荷，將在軌開展十余項科學和應用實驗，探索國際科技前沿。

全球第一台空間冷原子鐘，能將航天器自主守時精度提高兩個數量級；與歐洲空間局合作的伽瑪暴偏振探測實驗，可在空間中觀測伽瑪暴爆發及瞬變現象，在伽瑪暴本質、宇宙結構、起源和演化等天體物理研究領域取得突破；空間生命科學研究，探究空間環境下高等植物的生長發育規律，獲得微重力條件下植物的光週期誘導開花規律、調控機理等科學成果；量子金鑰分發試驗，保持我國在先進量子調控科學領域的領先地位。除此之外，“天宮二號”上還將開展多角度寬波段成像、多波段紫外臨邊成像、三維微波成像高度測量、綜合精密定軌、液橋熱毛細對流、綜合材料實驗、空間環境探測、伴隨衛星等多項科學和應用實驗。

量子金鑰分配實驗：量子通信是指利用量子糾纏效應進行資訊傳遞的新型通信方式。使用量子通信方式，可以確保通信中身份認證、傳輸加密以及數位簽章等的無條件安全，可以從根本上解決資訊安全問題。

量子金鑰分配是量子通信的核心環節。“天宮二號”上的量子金鑰分配實驗將誕生不會被攔截、被破譯、被複製的密信，驗證量子金鑰傳輸，並為實現高速天地通信奠定基礎。

伴隨衛星：“天宮二號”攜帶小衛星，並將在空間中驗證小衛星在軌釋放、駐留伴隨飛行等技術。伴隨衛星作為空間實驗室的一部分，釋放後對“天宮二號”近距離即時跟隨，並可對“天宮二號”進行近距離拍攝。

多角度寬波段成像儀：多角度寬波段成像儀可獲取廣域覆蓋的海洋、大氣、陸地等圖譜合一寬光譜景象，探測卷雲、氣溶膠、雲頂高度等環境因素。將服務於地球環境監測、農業、林業、地質、災害等領域。

伽瑪暴偏振探測儀：由中歐合作聯合研製，採用康普頓散射效應測量伽瑪暴偏振度，探測效率比國際上同類儀器高幾十倍。在“天宮二號”控制項實驗中，開展在軌觀測天體伽瑪暴爆發、瞬變現象並進行偏振測量，在伽瑪暴本質、宇宙結構、起源和演化等天體物理研究領域預期可獲得具有重大科學影響的新發現。

多波段紫外臨邊成像光譜儀：通過紫外光譜探測，獲取全球整層大氣密度、臭氧分佈和氣溶膠等微量成分的垂直結構及三維分佈，觀測資料將用於大氣層相互作用、太陽活動與地球天氣氣候關係的研究，還將應用於大氣臭氧、氣溶膠等大氣遙感。

三維成像微波高度計：國際首台三維寬刈幅成像高度計。應用於全球氣候與環境變化監測、海洋動力學環境研究、熱點海域環境資訊獲取以及海洋環境預報等。

綜合精密定軌：綜合精密定軌系統將提供高精度的航天器軌道狀態與時間資訊，定軌精度有望達到釐米級。這些資訊可服務於“天宮二號”上多項空間科學與技術試驗，特別是三維成像微波高度計。

綜合材料實驗：空間微重力條件下，與重力相關的對流、沉降等效應明顯減弱，適合研究與此相關的材料形成和加工過程。“天宮二號”上將研究半導體光電子和功能晶體、金屬合金及亞穩材料、納米及複合材料的形成機理，在空間和地面改進材料品質，獲得高性能材料的加工和合成技術。

液橋熱毛細對流實驗：“天宮二號”上將開展大普朗特數液橋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，拓展流體力學的應用領域。

空間環境探測：“天宮二號”上搭載的帶電粒子輻射探測器和軌道大氣環境探測器可獲取艙外各個方向粒子的強度和能譜，檢測軌道大氣密度、成分及其時空分佈變化，並具備監測原子氧和其他空間環境污染效應的多項功能。

兩名太空人在天宮二號上生活工作約一個月後，攜帶實驗樣品搭乘神舟十一號飛船返回地面。