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“天宫二号”上的神秘装备
http://www.100md.com 2016年12月1日 《知识窗》2016年第12期
     仰望深邃的夜空,人类从没有停止对宇宙的探索。2016年9月15日,“天宫二号”卫星发射成功,引起了世界的轰动。这是我国首例真正意义上的空间实验室,除了完成科研项目之外,它还将完成三项任务:航天员中期驻留的问题、推进剂在轨补加的问题、在轨维修技术的实验。这些技术都是国内首创的高精项目,如果实验成功,它将推进我国太空空间建站的进程。

    1.空间冷原子钟

    空间冷原子钟,又称为“定时神针”。它是一项激光冷却技术与空间微重力循环组合在一起的技术,由中国科学院上海光机所研制。它的精确度极高,3亿年才会出现1秒的误差。

    “天宫二号”卫星上搭载的空间冷原子钟是国际首台运行并开展科学实验的太空空间冷原子钟,也是目前太空空间运行的高精度冷原子钟。如此精准的原子钟,到底有什么作用呢?在太空中,空间冷原子钟可以建立超高的精度时间频率基准。有了这个基准,我们可以把其他原子钟同步起来,让全球卫星导航系统更加精确、稳定地运行,有望为深空探测广义相对论进行实验。

    2.空间温室

    美国科幻片《火星救援》中有这样一个情节:主人公在火星上种植土豆进行自救。虽然这只是科幻片,但是人类走出地球,如何在太空上生存,一直是科学家探索的课题。

    “天宫二号”上搭载了一个空间温室。这个温室里的植物是在生长箱里培育的,生长箱透气、不透水,凝结的水珠在失重的情况下不会掉下来,但经过特殊的装置处理,这些水珠会重新回到土壤中。

    “天宫二号”上的空间温室利用人工光照,将对南芥和水稻进行完整的生长发育实验。在六个月的生命周期中,南芥和水稻从萌芽、抽穗、开花到结果,最后由宇航员负责回收这些种子,并发回地面研究。

    如果这个实验成功,星际飞行中的物种循环将成为可能,地球上的生命将可能在宇宙中一代一代地繁衍下去。

    3.特殊材料制备机

    特殊材料制备机被科学家幽默地称为“炼丹炉”,这次被搭载到 “天宫二号”卫星上,在太空中进行综合材料实验。

    特殊材料制备机的装置由加热炉、电控箱和样品袋三部分组成。加热炉内温度不到280℃,但隔热好,最高能烧到950℃,足够熔化玻璃,炉膛内有一个类似左轮手枪旋转的部件,可安装六组材料进行试验。这次,“天宫二号”卫星将试验十八种材料,如果试验成功,将快速改变人类建筑材料的发展。

    4.太空摄影机

    照相机的发展可以说是突飞猛进,短短几年,数码相机就从当年的100万像素提高到现在的几千万像素。“天宫二号”卫星使用的是2500万像素全画幅相机,在分辨率和清晰度方面实现了一个新的飞跃。

    这个太空摄影机是“天宫二号”的小卫星,它可以把“天宫二号”和“神舟十一号”载人飞船交会、对接的场景高清地拍摄下来,对空间飞行器的交汇对接提供直接的影像技术支持,也为我国今后的航天发展留下珍贵的资料。

    或许有一天,人类在外星球上拍摄电影、举办记者招待会、举办婚礼,都将用到太空摄影机。

    5.伽马暴偏振探测仪

    1963年,美国发射了探测伽马光子的军事卫星,意外地发现了既不来自地球,又不来自太阳,而是来自于宇宙的伽马射线暴现象,从而揭开了人类研究伽马领域的科技大门。

    太阳每秒钟发射到地球上的能量,相当于500万吨煤燃烧出的热量,而伽马射线暴这种宇宙大爆炸级别的能量相当于万亿年太阳光组合。这次“天宫二号”卫星上就搭载了一个伽马暴偏振探测仪。

    伽马暴偏振探测仪被科学家戏称为“小蜜蜂”,它位于“天宫二号”卫星的顶部,用它复杂的“眼睛”寻找宇宙最闪耀的伽马暴,从而破解生命在空间起源和演化的秘密。

    6.液桥热毛细对流实验

    热毛细对流现象是指液体的交界面存在表面张力,随着温度的变化,表面张力的大小也会发生相应的变化。当流体交界面上的温度分布不均匀时,就会造成在不同的位置表面张力的大小不同,从而形成驱动流体流动的现象。开展热毛细对流研究,有助于人类更好地进行空间探索。

    简要的液桥模型原理就是,液体位于上下两个碟片之间,分别对上下两个碟片进行不同温度加热,形成温度差,从而在液体表面形成热毛细对流,最后完成建桥这一过程。“天宫二号”上安装了液桥热毛细的实验装置,在地面也设置了相同的实验装置。科学家们将通过控制软件同时完成数据下传和指令上传的双向传输,不仅可以通过提前输入程序进行实验,也可以根据实验的实际需求注入指令进行科学操作,从而实现天地之间的互动。这是“天宫二号”实验项目中的一大重要特色。

    “天宫二号”的发射成功,为我国今后建立永久空间站奠定了技术保障,也为我国航天工业尖端技术的展现提供了平台。 (王玮)