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“天宫二号”上“不明觉厉”的太空实验
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核心提示：“天宫二号”空间实验室将于9月15日至20日择机发射，之后开展在轨测试并建立自主运行模式，做好迎接“神舟十一号”载人飞船访问的准备。
从明天开始，“天宫二号”将进入发射窗口期，择机发射。作为我国第一个真正意义上的太空实验室，“天宫二号”已开始走进人们的视线。
9月9日，“天宫二号”空间实验室与“长征二号”F T2火箭垂直转运至发射塔架。
9月11日，“天宫二号”任务进行了持续3个半小时的全系统发射演练。
9月12日，发射“天宫二号”的“长征二号”F T2运载火箭进入加注前准备。
按计划，“天宫二号”空间实验室将于9月15日至20日择机发射，之后开展在轨测试并建立自主运行模式，做好迎接“神舟十一号”载人飞船访问的准备。
这是继“长征七号”运载火箭首飞之后，我国载人航天工程空间实验室阶段任务的第二次飞行。
“天宫二号”长啥样？
△“天宫二号”资源舱
△“天宫二号”实验舱
△“天宫二号”整体外观
“天宫二号”空间实验室从外形上看和”天宫一号”差不多，还是以资源舱和实验舱组成的两舱结构。
资源舱主要功能是为“天宫二号”在太空飞行提供能源和动力。实验舱作为一个密封舱，它的主要功能是为航天员在太空生活提供洁净、温度和湿度适宜的载人环境和活动空间。
根据计划，今年10月，中国将发射“神舟十一号”载人飞船，与“天宫二号”空间实验室进行对接，进行30天的航天员中期驻留试验；明年，“长征七号”火箭将发射天舟一号货运飞船，与“天宫二号”进行对接，进行推进剂在轨补加等空间站建造运营关键技术的验证。
“天宫二号”与“神舟十一号”的发射和交会对接，是我国空间站建设的关键之战。那问题来了，“天宫二号”为何如此重要？它与“天宫一号”又有何不同呢？
“天宫二号”：我国首个空间实验室
“天宫二号”称为“空间实验室”，是我国首个太空实验室平台。而此前的“天宫一号”则是“目标飞行器”。从目标飞行器变成了空间实验室，这里头有很大差别。
“天宫一号”当时任务的主要目标是突破交会对接技术、组合体管控以及航天员中期驻留，这些都属于先期技术验证。
而“天宫二号”则是真正意义上的空间试验室，将开展14项空间科学与应用项目，是载人航天历次任务中应用项目最多的一次。
更重要的是，“天宫二号”在完成发射之后，它将在太空完成三大任务——
航天员中期驻留；
推进剂在轨补加；
在轨维修技术试验。
这些核心技术的攻关和储备，将推动我国空间站建设进程更进一步。
△点击查看大图 （视觉中国 ）
据中国航天科技集团公司五院空间实验室系统副总设计师 廖建林介绍，“天宫二号”不是简单的“天宫一号”的一个重复，围绕任务开展了很多新的设计工作，包括围绕航天员的中期驻留，我们在这个舱内，密封舱内开展的就是航天员的舒适性的一些设计。包括内饰，里面配的一些硬制的、软制的扶手，都比“天宫一号”要好。
值得一提的是，“天宫二号”的系统设计是模块化的，也就是说它出现问题时可以快速更换和在轨维修，这在国内空间领域属于首创。
贴心设计 方便航天员太空生活
“天宫二号”空间实验室发射之后，将会有两名航天员入住“天宫”。他们将在那里工作和生活30天，验证航天员中期在轨驻留，这也是目前为止我国载人飞行时间最长的一次任务。
在一个失重的环境中生活30天，并不是一件容易的事。为此，“天宫二号”在内部增加了很多贴心的设计，更加方便航天员的工作和生活。
1、首次使用可展开的多功能小平台。航天员可以在上面写字、吃饭、做科学实验，生活工作两不误。
2、通信方面为航天员配备了蓝牙耳机和蓝牙音响。
3、用地板取代了地毯。
4、舱内灯光采用米黄色色调，亮度可手动调节，并为每个航天员安装了床前灯。
△“天宫二号”增加了多功能小平台的设计
事实上，30天的太空驻留不仅是对航天员本身的考验，也是对我国载人航天技术全新的挑战。如何长时间提供适合人生活的环境，如何长时间提供包括水在内的物资供给，都将在“天宫二号”任务中得到验证。
“天宫二号”上“不明觉厉”的太空实验
“天宫二号”作为我国首个真正意义上的空间实验室，搭载的实验项目达到了史无前例的 14 项，它也即将成为我国“最忙碌”的空间实验室。
能够拿到登上“天宫二号”的“入场券”，这些实验无疑都属于当今世界最前沿的探索领域。其中，有两项实验需要航天员直接参与操作，有一项是国际合作联合研究的项目。
在这些实验项目中，很多都是处于世界前沿的空间科学探索领域和国际先进的应用新技术领域。其中，首次进入太空的空间冷原子钟，可以将航天器自主守时精度提高两个数量级，这对卫星定位导航等生产生活及引力波探测等空间科学研究将产生重大影响。
△空间冷原子钟模拟动画：3千万年误差1秒
空间实验室与空间站有什么区别？
“天宫二号”发射以后是不是意味着我国即将拥有空间站了呢？
当然没有那么简单。空间站是指可供多名航天员巡访、长期工作和居住生活的载人航天器。比较著名的空间站包括前苏联发射建造的礼炮系列空间站与和平号空间站，以及由美俄欧日等共同建造的国际空间站。
而空间实验室更像是空间站的前身，是为发展空间站，从载人飞船过渡到载人航天基础设施的试验性航天器。空间站建设是我国载人航天工程战略的第三步，计划于2020年左右建成，2022年全面运行，可在轨运营10年以上，长期驻留3人，以进行较大规模的空间应用。
△想象的中国空间站
2011年，“天宫一号”的成功发射让我们热血沸腾，如今，“天宫一号”功成身退，“天宫二号”即将接力上岗，并将开创中国空间应用技术的新纪元。
责任编辑：张绵
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天宫二号将有14项“不明觉厉”空间实验
[责任编辑：石欣磊&PV039]
电视不播的
真相在这找天宫二号上有哪些“不明觉厉”的太空实验
科普中国头条推送项目头条推送
出品：科普中国制作：中国科学院力学研究所 康琦 段俐 幻彩宝宝科普创新公社 武瑞雪监制：中国科学院计算机网络信息中心国务院日前批复同意，自2016年起,将每年4月24日设立为“中国航天日”。中国设立第一个航天日，意义深远。今年我国在航天领域将有一系列“大动作”，特别是2016年下半年，我国即将发射天空二号空间实验室，开展地球观测和空间地球系统科学、空间应用新技术、空间技术和航天医学等领域的空间科学和应用实验，打造我国第一个真正意义上的空间实验室。那么问题来了，天宫二号究竟什么来头？我们为什么要把实验室搬到太空里？在这个神秘的实验室中将进行哪些神奇的科学实验？空间实验室VS空间站与普通的卫星不同，天宫二号是承担着科学实验任务的空间实验室。那么，什么叫空间实验室呢？空间实验室，顾名思义，就是建造在太空中的实验室。这种特殊的实验室由无人空间实验室和载人宇宙飞船两部分组成。需要先发射无人空间实验室，然后再用运载火箭将载人飞船送入太空，与停留在轨道上的实验室交会对接。接下来，航天员会从飞船中进入空间实验室，开展工作，完成工作后再乘飞船返回地球。遵循这一思路，我国建造空间实验室的第一步就是发射天宫二号，之后会发射长征七号/五号运载火箭将神舟十一号载人航天飞船送入太空，与天宫二号对接,从而完成空间实验室的建造。图1 天宫二号空间实验室模型那么，空间实验室与空间站又有什么区别呢？天宫二号发射以后是不是意味着我国即将拥有空间站了呢？事情当然没有那么简单：空间站是指可供多名航天员巡访、长期工作和居住生活的载人航天器。比较著名的空间站包括前苏联发射建造的礼炮系列空间站（据说,因为当年美国先于前苏联在月球上插了国旗，霸气的前苏联大哥就一气之下建造了人类历史上第一座空间站）与和平号空间站，由美国、俄罗斯、日本、加拿大、巴西和欧洲空间局（ESA）共同建造的国际空间站（果然是“人多力量大”，这也是目前人类拥有过的规模最大的空间站）。空间站最大的特点就是规模和体积庞大、在轨运行的时间久，比如鼎鼎大名的国际空间站至今已经为人类工作了16个年头。图2 国际空间站而空间实验室更像是空间站的前身，是为发展空间站，从载人飞船过渡到载人航天基础设施的试验性航天器。也就是说，空间实验室是为建造复杂程度更高的空间站所做的准备工作。理论研究和实践经验都表明，发射空间实验室是建造空间站的重要前提和技术保障。空间实验室的发射，可对空间站的关键技术进行试验，获取经验，降低风险，为建造空间站打基础。所以，天宫二号的即将发射，并不能意味着我国即将拥有属于自己的空间站了，只能说将会为建造空间站奠定良好的基础，空间实验室并不等同于空间站。天宫二号上“不明觉厉”的太空实验天宫二号作为我国首个真正意义上的空间实验室，搭载的实验项目达到了史无前例的14项，它也即将成为我国“最忙碌”的空间实验室。能够拿到登上天宫二号的“入场券”，这些实验无疑都属于当今世界最前沿的探索领域。比如，中科院力学所此次承担的“热毛细对流”研究项目。该项目将同时搭建太空和地面两个实验平台进行实验研究，天宫二号热毛细对流空间实验项目主任设计师、中国科学院力学研究所康琦研究员对该项目进行了解释。图3 天宫二号热毛细对流空间实验项目主任设计师、中国科学院力学研究所康琦研究员首先，什么是热毛细对流现象呢？康琦研究员解释说，热毛细对流，是一种与流体表面或者界面相关的热对流现象。众所周知，在流体的交界面上存在着分子与分子之间的相互作用力，也就是表面张力，而随着温度的变化，表面张力的大小也会发生相应的变化。所以，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，就是热毛细对流。地面晶体生长受浮力对流的影响而产生缺陷，空间晶体生长受热毛细对流影响，缺陷也时有发生。研究热毛细对流问题在实际工业生产中对于提高结晶晶体的质量具有重要意义，比如我们想生产出高质量的半导体材料，就要科学控制单晶硅在晶体生长过程中浮力对流和热毛细对流的影响。图4 热毛细对流现象原理示意图既然热毛细对流现象广泛存在与实际生产和生活当中，那又为什么一定要不远万里到太空中研究热毛细对流现象？答案是由于太空特有的微重力环境。我们都知道，在太空中物体是几乎不受重力作用的，微重力环境也就是指重力接近于零的环境条件。在这种条件下，浮力对流将会大大减小，那些影响我们研究热毛细对流现象的阻碍因素都会被无限缩小，也就是说可以将热毛细对流的真实过程进行真实地展现，从而有利于科学家进行更加深入的剖析和探索。所以说，不远万里把实验项目送入太空完成，绝不是在浪费纳税人的钱，而是为了看清热毛细对流现象的“真面目”，科学家们也真的是蛮拼的。图5 天宫二号液桥热毛细对流空间实验项目部分实验装置同样的实验为什么天上地下各做一遍？前面提到，除了随天宫二号“上天”的实验装置，在地面还预先设置了相同的实验装置，同样的实验做两遍又是什么原因呢？天宫二号热毛细对流空间实验项目副主任设计师、中国科学院力学研究所段俐研究员对此作出了解答。段俐研究员解释道，由于空间实验机会少、成本较高，而且热毛细对流现象与其影响因素之间的关系并不是用简单公式就可以准确描述的，所以需要进行地面实验，为空间实验的顺利进行提供科学合理的参考范围。此次实验中，空间实验室与地面实验室所采用的实验装置是相同的，即一种叫做“液桥”的实验仪器。图6 液桥实验装置示意图上图是液桥模型的简要示意，液体位于上下两个桥柱之间，控制上下两个桥柱之间的温度差，在液体内部形成热毛细对流。但是，由于重力的存在，地面实验无法建立大尺寸的液桥模型，通常采用小尺寸（4-5mm直径）液桥，但依然受到浮力对流的影响，这也是科学家要将其送入太空研究的原因所在。地面实验为太空实验提供数据参考，太空实验完成地面实验无法实现的范围，二者相辅相成，缺一不可。图7 天宫二号热毛细对流空间实验项目副主任设计师、中国科学院力学研究所段俐研究员2011年，天宫一号()的成功发射让亿万华夏儿女热血沸腾，如今天宫一号“功成身退”，天宫二号即将“接力上岗”，并将开创中国空间应用技术的新纪元。2016年作为我国“十三五”的开局之年，除了天宫二号，长征七号/五号火箭、天舟一号货运飞船也将于今年陆续发射，在此基础上，中国将在2020年前后建成永久性空间站，并在2022年全面运行。随着科技实力的不断增强，中国正在实现由航天“大”国到航天“强”国的华丽转身。让我们一起期待。转载请注明来自“科普中国”。
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