天宮二號有哪些任務？

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天宮二號是中華人民共和國的一個太空實驗室，已於2016年9月15日22時04分09秒發射，成功展開太陽能板，成功進入預定軌道[1]。該空間實驗室由中國空間技術研究院研製[2]，根據設計可同時承載三名航天員在軌工作。天宮二號由長征二號F改進型運載火箭（T2）從酒泉衛星發射中心發射升空[3]。天宮二號空間實驗室有前後兩個交會對介面，可以與神舟載人飛船以及類似天宮一號目標飛行器的天舟貨運飛船同時對接。

原有消息稱，計劃使用已完成研製的天宮一號目標飛行器的備份器，對其進行微小的改進後，由長征二號F改進型運載火箭（T2）或長征七號運載火箭從酒泉衛星發射中心發射升空，即類似天宮一號目標飛行器的發射情況。但因天宮一號消耗燃料較少，飛行壽命延長，成功地完成了中國航天三步走的第二步第一階段，工程人員決定提高天宮二號的質量，約13噸，即原計劃2017至2018年發射的天宮三號的質量級別。如此一來，天宮二號可能是取代了原計劃天宮三號的任務，完成三步走第二步的第二階段。但天宮三號是否被取消，而天宮二號任務結束後是否會直接發射中國空間站的核心艙尚不明了，類似決定大概取決於天宮二號任務的結果。

天宮二號主要開展地球觀測和空間地球系統科學、空間應用新技術、空間技術和航天醫學等領域的應用和試驗，包括釋放伴飛小衛星，完成貨運飛船與天宮二號的對接。

天宮二號科學實驗
1、空間冷原子鐘實驗
首席科學家 ——王育竹院士主任設計師——劉亮研究員（中科院上海光機所）
開展冷原子物理基礎研究，並為未來發展和應用奠定基礎。該實驗用激光俘獲並冷卻銣原子至溫度低於μK量級，並調控冷原子團進入微波腔，在微波腔首尾進行兩次作用，形成Ramsey 干涉條紋（圖1）。由於空間微重力下原子團沒有自由下落過程，與微波相互作用時間大大延長，可獲得比地面高2—3 個數量級的頻率穩定度。目前實現的冷卻原子數大於106個；預計空間Ramsey 線寬約0.1—0.2 Hz，空間實驗的頻率穩定度有望達10-16量級，將成為國際上首次空間冷原子鐘實驗。
「天宮二號」科普來了（一）：超高精度空間冷原子鐘

2、空-地量子密鑰分配與激光通信試驗
首席科學家——潘建偉院士（中國科技大學）主任設計師——王建宇研究員 （中科院上海技物所）
開展量子科學基礎研究，驗證空-地超遠距離的量子密鑰分配。實驗採用Decoy 方法，即對光量子進行偏振態調製生成密鑰，進行空對地傳輸、地面接收並解調提取信息。該方法經理論證明用於密鑰分配是不可破譯的。除量子物理單元外，需要解決天地雙向高精度動態跟瞄等關鍵技術，建
立自由空間量子通信信道。空間ATP動態跟瞄精度優於10 μrad，有效密鑰速率約3 Kbps，同時開展空地激光通信實驗，碼速率為1.6 Gbps。
「天宮二號」科普來了（八）：天機不可泄露：量子密鑰分配

3、伽瑪暴偏振探測（POLAR）
首席科學家/主任設計師中方：張雙南研究員/張永傑研究員（中科院高能所），瑞士： Prof. Martin Paul/Prof. Nicholas Produit（瑞士日內瓦大學）
宇宙γ射線的偏振信息對研究輻射源性質和輻射機制有重要作用，但難以測量。中科院高能
物理所與瑞士日內瓦大學合作，採用新的偏振測量原理，即通過γ光子康普頓散射產生的反衝電子
徑跡方向來反演γ射線的入射角和偏振度。探測能量範圍50 keV—500 keV，最小偏振解析度優於10%，將對宇宙γ暴和太陽耀斑高能輻射進行高靈敏度偏振觀測。該實驗可望開闢γ射線天文
探測的新窗口。
「天宮二號」科普來了（七）：「天極」望遠鏡：揭開恆星「生命之花」的秘密

4、液橋熱毛細對流研究 首席科學家—— 胡文瑞院士主任設計師—— 康琦研究員（中科院力學所）
研究在微重力環境下，不同形狀比（高徑比範圍0.4—1.05）和體積比（0.5—1.05）的大Prandtl 數液橋熱毛細對流的不穩定性，包括轉捩、二次轉捩和溫度振蕩等。液橋實驗模型來自地面採用的單晶拉制技術。通過數值模擬、空間與地面實驗對比，期望搞清機理，並有助於改進地面生產。實驗採用的液橋直徑為20 mm，實驗裝置具有注液建橋、控制形狀比和體積比、溫度和形貌測量以及斷橋再建等功能。
「天宮二號」科普來了（二）：「液橋」是座什麼橋？居然要在太空搭！

5、綜合材料空間生長研究
羅興宏研究員、趙九洲研究員（中科院金屬所）；魏炳波院士（西北工大）；施劍林研究員（中科院上海硅所）；張興旺研究員（中科院半導體所）；李向陽研究員（中科院上海技物所）/劉岩研究員（中科院上海硅所）；潘明祥研究員（中科院物理所）
發展了新型雙溫區電阻加熱多工位爐，樣品尺寸?16 mm×260 mm，每批6 個，共3批，溫度範圍500℃—950℃，溫度梯度6℃/cm—45℃/cm，溫度穩定度±0.5℃，材料樣品移動速度每小時0.5 mm—100 mm。將進行半導體材料、光電子材料、金屬合金和亞穩材料、新型功能晶體、納米和複合材料等多種材料加工實驗，研究微重力下材料生長形成過程的機理（圖6）。在這項實驗中，航天員將在軌進行樣品更換，並將完成實驗的樣品送回地面分析。
「天宮二號」科普來了（三）：綜合材料實驗·材料篇

「天宮二號」科普來了（四）：綜合材料實驗·設備篇

6、高等植物生長研究
首席科學家——鄭慧瓊研究員、孫衛寧研究員（中科院上海植生所）主任設計師——張濤研究員（中科院上海技物所）
研究微重力條件下高等植物從種子到種子的生長發育規律，探索微重力條件下長日照與短日照植物的光周期誘導開花規律與調控機理。實驗採用長日照植物（擬南芥）和短日照植物（水稻）作為樣品，專門研製了植物培養箱，其溫度範圍為17℃—28℃，濕度範圍60%—100%，光照強度和周期可調。植物生長中最顯著的變化是從植株到開花的過程，其受到環境和內部傳導信號的影響，在微重力和節律變化複合環境下開展實驗對搞清機理是新的探索。
去太空種水稻！探秘天宮二號將進行的那些太空實驗

7、多角度和寬波段成像儀
危峻研究員（中科院上海技物所），應用單位：國家海洋局、氣象局等
其是新一代空間光譜成像遙感器。其中多角度偏振成像儀將有效探測捲雲，獲取雲頂高度、氣溶膠和大氣水含量等信息，其空間解析度3 km，刈幅770 km，多角度測量數為12，偏振測量精度2%；寬波段成像光譜儀可獲取海洋、大氣、陸地的精細光譜信息，光譜範圍0.4 μm—10 μm，光譜解析度5 μm—10 nm，地面像元解析度為100/200/400 m（可見近紅外/短波紅外/熱紅外），刈幅300 km。多角度偏振和寬波段成像光譜儀將用於地球環境研究，並開展陸地、海洋和大氣遙感的廣泛應用
寬波段成像光譜儀：天宮裡的尖端「相機」----中國科學院上海技術物理研究所

8、三維成像微波高度計
首席科學家——姜景山院士主任設計師——張雲華研究員（中科院空間中心）
應用單位：國家海洋局等
其是採用孔徑合成、干涉測量和高度跟蹤技術發展的新型雷達高度計，是獲取海浪、海風、潮流等海洋動力環境要素，開展海洋動力學研究的重要遙感器，並將為全球氣候變化研究和海洋活動保障提供重要數據。該儀器測量刈幅30 km；解析度100 m，海洋干涉測高精度5 cm，有效波高精度50cm 或10%（大浪），預計反演的海面風速精度優於±2 m/s，風向精度優於15°。這是國際上第一個實現寬刈幅高精度三維海洋觀測的微波高度計。也是國際上第三個星載雙天線微波干涉雷達（第一個為2000年美國NASA開展的奮進號太空梭SRTM的干涉SAR，第二個為2010年6月歐空局發射升空的CryoSAT/SIRAL），並有自己的技術特色。
「天宮二號」科普來了（五）：太空中測量海平面？交給微波高度計吧

9、多波段紫外臨邊成像光譜儀
首席科學家——呂達仁院士（中科院大氣所）主任設計師——王淑榮研究員（中科院長春光機所）
其工作模式是從近地空間對準地球邊緣，觀測地球大氣的紫外及更寬波段的光譜。該儀器包括一台環形成像光譜儀，360°環形全方位觀測，三通道中心波長265、295、360 nm ，具有20 nm—40nm 窄帶觀測能力，像元解析度4 km；另有一台前向成像光譜儀，波長範圍280 nm—1 000nm，光譜解析度1.4 nm，像元解析度3 km。該儀器可獲取全球大氣密度、臭氧和氣溶膠垂直結構及三維動態分布。研究大氣各層相互作用、與地球各圈層以及與太陽活動、空間環境的關係。
紫外臨邊成像光譜儀：探測大氣層的「天眼」

10、空間環境分系統
中國科學院國家空間科學中心空間環境探測研究室
　空間環境分系統(全稱：空間環境監測及物理探測分系統)，系統由帶電粒子輻射探測器、軌道大氣環境探測器和空間環境控制單元3台儀器組成。主要用於實時監測「天宮二號」軌道上的輻射環境和大氣環境，實現艙外16個方向的電子、質子等帶電粒子的強度和能譜監測，以及軌道大氣密度、成分及其時空變化與空間環境污染效應監測等。
「天宮二號」科普來了（九）：「太空天氣警報員」：空間環境分系統

參考資料
[1]高銘,趙光恆,顧逸東. 我國空間站的空間科學與應用任務[J]. 中國科學院院刊,2015,06:721-732.
[2]中國科學院官網