山西在航天系统还有这样了不起的牛人

2016年9月15日，值中秋之夜，“天宫二号发射升空，顺便带去了对“嫦娥”的问候。天宫二号还不是真正的空间站，而是一个空间实验室，一个航天员的过渡的家。在这里，航天员们要做一系列实验，为未来我国真正的空间站打前哨。天宫二号究竟有何迷人之处？为此我们采访了载人航天工程空间应用系统总设计师赵光恒，让他带我们一起来领略天宫二号的风采吧。

赵光恒：山西孝义人，中科院空间应用工程与技术中心副主任， 空间应用系统总设计师，研究员，是孝义市首批“科学发展顾问”

中国载人航天工程三步走

1992年，中国载人航天工程启动，并定下了“三步走”的发展战略。第一步的任务是研制并发射载人飞船，主要解决航天员进入太空和天地往返运输问题。神舟一号到神舟六号飞船都是在解决这个核心问题，并尝试性地开展了一些空间科学实验与应用试验。其中，神舟五号飞船于2003年完成首次载人飞行任务，神舟六号飞船于2005年完成多人多天飞行任务。

在成功解决天地往返运输问题后，从神舟七号开始，神舟八号、天宫一号、神舟九号、神舟十号以及刚刚发射的天宫二号、与天宫二号成功交会对接的神舟十一号，和明年即将发射的天舟一号货运飞船，都属于中国载人航天工程发展战略中的第二步。不同于第一步中发射的飞行器都是载人运输飞船，第二步中涉及的飞行器种类丰富，功能不尽相同，因此第二步的发展战略又进一步细分成两个阶段:第一个阶段要解决的问题是航天员的出舱活动技术，以及飞行器间的交会对接技术；第二阶段则重点解决航天员在太空中期驻留问题、推进剂补加问题和一定规模的应用问题。而真正建造像国际空间站那样的大规模空间应用的、可实现航天员长期驻留的空间站则是中国载人航天工程第三步的任务。按照这个发展战略，天宫二号与天宫一号应分属于第二步中两个不同的阶段。在2008年神舟七号成功实现航天员出舱活动后，作为目标飞行器的天宫一号，分别与神舟八号、神舟九号和神舟十号飞船进行了三次交会对接，成功验证了飞行器自动及手动交会对接技术。至此，可以说是完成了第二步第一阶段的目标任务。而天宫二号的成功发射则标志着下一阶段的正式开启:搭建一个能使人中期驻留的空间实验平台，验证空间站建造部分关键技术，并开展一定规模的空间科学研究与应用。因此，除了10月已经发射的神舟十一号载人飞船会将航天员送往天宫二号空间实验室之外，天舟一号货运飞船也将于明年初次登场，解决推进剂补加等问题。

第一个空间实验室

同天宫一号一样，天宫二号仍然采用实验舱和资源舱的两舱结构，全长10.4米，最大直径3.35米，太阳帆板展宽18.4米，重达8.6吨，设计在轨寿命2年。其中，资源舱为非封闭结构，主要为天宫二号在太空飞行提供动力并装载空间应用载荷；实验舱为密封舱，主要用于搭载各类科学应用载荷及为航天员提供适宜生活工作的活动空间。

仅从外形上看，天宫二号和天宫一号几乎一模一样。这也难怪，因为天宫二号本来就是天宫一号的备份飞行器。不过，由于承担的任务不同，天宫二号和天宫一号的内部载荷配备肯定是不同的。考虑到此次航天员要完成30天的驻留任务，实验舱内特意配备了一个经过人体工程学设计，满足航天员吃饭、实验操作等需求的综合工作台。为了保证航天员的睡眠质量，天宫二号舱内的噪声水平也较之前大大降低。此外，天宫二号上还安装了一条试验性的机械臂，帮助航天员搬运货物等。

虽然在天宫一号的基础上做了大幅的升级改造，天宫二号仍只能算作空间实验室，而非空间站。空间站是指可供多名航天员巡访、长期驻留工作生活的载人航天器:如前苏联建造发射的“礼炮”系列空间站、“和平号”空间站，以及美国、俄罗斯、日本、加拿大、巴西和欧空局共同建造的国际空间站，都可以同时容纳多名航天员长期驻留。而且，这些空间站大多还具有多舱体组合与在轨运行时间长等特点。如国际空间站自1998年开始在轨工作，至今已不间断运行了18个年头，期间接受了上百次载人飞船和货运飞船的输送补给任务。

如今，天宫二号的成功发射标志着中国已经步入了“三步走”战略中第二步的第二个阶段。可以说，天宫二号更像是空间站的前身，是从载人飞船过渡到基础型空间站的试验性航天器。“天宫二号要为建造空间站做一些技术储备，包括试验航天员中期驻留、货运飞船的补给也就是推进剂的补加技术等等，将来的空间站要用到这些技术。另外，天宫二号和货运飞船不少科学应用实（试）验安排也带有这种性质，就是为了给将来的空间站长期载人飞行奠定基础。”赵光恒总师这样评价天宫二号对未来空间站的意义。

忙碌的空间实验室

为了充分利用天宫二号平台支持能力、特殊的轨道条件、微重力和辐射环境、有人参与，以及能天地往返等优势条件，此次天宫二号搭载了14项空间科学研究与应用项目，涉及微重力基础物理、微重力流体物理、空间材料科学、空间生命科学、空间天文探测、空间环境监测、对地观测及地球科学研究和应用新技术等多个领域，是迄今为止中国载人航天工程里应用项目最多的一次。

不过，天宫二号的搭载能力毕竟有限，这十余项科学实验项目又是如何从众多科研项目中脱颖而出，有幸随天宫二号飞往太空的呢？

首先，我们要先了解一下天宫二号上搭载的应用载荷都分为哪几类。根据赵光恒总师的介绍，天宫二号上的应用载荷可以大致分成三类。第一类为空间科学研究和探测实验。这类实验主要是国际科学前沿或热点所关注的基础性研究，如天宫二号上搭载的全球第一台空间冷原子钟冷原子钟利用激光和原子的相互作用来降低铷原子的温度，以获得超低温原子，这一点与地面上的冷原子钟无异。但与在地面环境下受重力影响而始终处于变速状态的原子团不同，在空间微重力环境下超低温原子团可以做超慢速运动，抛射进微波场后与微波的作用时间大大加长可想而知，对这些几乎不动的原子进行测量可使原子钟的精度大大提高。同时，由于空间冷原子钟可以对太空中其他的星载原子钟进行无干扰的信号传递与校准，使得基于空间冷原子钟授时的全球导航系统更加精准。可以说，这座超高精度的空间冷原子钟一旦试验成功，太空中将会拥有新的时间基准，并在深空探测、广义相对论验证、引力波测量、基本物理常数测量等众多领域做出重要贡献。