竟然擁有全球兩大最尖端科技,中國天宮二號到底多厲害?

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天宮一號(空間實驗室實驗版)


天宮一號是中國第一個目標飛行器,於2011年9月29日21時16分03秒在酒泉衛星發射中心發射,飛行器全長10.4米,最大直徑3.35米,質量8.5噸,由實驗艙和資源艙構成。天宮一號繞地球一圈的運行時間約為90分鐘。


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天宮一號的發射標誌著中國邁入中國航天"三步走"戰略的第二步第二階段。

所謂“中國航天三步走”:是在1992年9月,中央決策實施載人航天工程並確定了我國載人航天“三步走”的發展戰略:


第一步,發射載人飛船,建成初步配套的試驗性載人飛船工程並開展空間應用實驗;

第二步,突破航天員出艙活動技術、空間飛行器的交會對接技術,發射空間實驗室,解決有一定規模的短期有人照料的空間應用問題;

第三步,建造空間站,解決有較大規模的長期有人照料的空間應用問題。


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如果三步走計劃順利完成,中國最終要建設一個基本型空間站。後面我國會在海南文昌新建一個繼酒泉、太原、西昌之後的第四個航天發射場,主要承擔地球同步軌道衛星、大質量極軌衛星、大噸位空間站和深空探測衛星等航天器的發射任務。


天宮一號完成了兩次對接:第一次:2011年11月3日凌晨實現與神舟八號飛船的對接任務。第二次:2012年6月18日下午(14時14分)與神舟九號對接成功。第三次:在2013年6月13日13時18分神舟十號與天宮一號完成自動交會對接。

天宮一號目標飛行器在2016年3月16日正式終止數據服務,全面完成了其歷史使命,並於2018年4月2日8時15分再入大氣層,落區位於南太平洋中部區域。天宮一號在指令控制下墜落地球,或在大氣層燒盡,落區位於南太平洋中部區域,不會成為太空垃圾,也不會危及地面。

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天宮二號(空間實驗室正式版)


天宮二號空間實驗室,是繼天宮一號後中國自主研發的第二個空間實驗室,用於進一步驗證空間交會對接技術及進行一系列空間試驗。

如果說"天宮一號"是空間實驗室的實驗版,那麼天宮二號就是空間實驗室的正式版,


天宮二號的目的:主要是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。打造中國第一個真正意義上的空間實驗室,在發射時釋放伴飛小衛星。未來的天舟一號貨運飛船與"天宮二號"對接。


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天宮二號空間實驗室的取得的成就:1)在2016年9月15日發射入軌,先後與神舟十一號載人飛船和天舟一號貨運飛船完成了4次交會對接;2)天宮二號成功支持2名航天員在軌工作生活了30天;3)突破性掌握了航天員中期駐留、推進劑在軌補加等一系列關鍵技術,並在超期服役的300多天裡,完成多項拓展試驗;


2019年7月19日21時06分天宮二號空間實驗室受控離軌再入大氣層,少量殘骸落入南太平洋預定安全海域。


天宮二號內部結構:首先是主體部分,實際艙體最大直徑3.35米,形狀看上去構造比較簡單,是一個圓柱體。天宮二號的內部裝置,艙內攜帶著國際首個專用的高靈敏度伽馬射線暴偏振測量儀器,以及在失重環境下,便於宇航員行動的把手、宇航員操作檯、顯示屏等相關的高科技設施。


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其次,天宮二號對載人宜居環境進行了優化設計,改善了就餐和睡眠環境,增加了鍛鍊設備和娛樂設施,實際上,空間實驗室即是工作的場所也是能夠休息溫馨的家,可以使航天員30天的天宮生活更加舒適、更加便利、生活更豐富多彩;

天宮二號同時搭建了由機、電、液等部件組成的液體迴路驗證系統,以及機械臂操作試驗終端等,開展在軌維修試驗,將為後續空間站在軌維修設計積累經驗。


再次,天宮二號配置有衛星特製的太陽帆板,原版太陽帆板展開後翼展寬度約18.4米,是一種特殊材質的聚合板,能為行駛的天宮二號提供太陽能蓄電,減少自身資源的消耗。


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此外,天宮二號太空實驗室配置了特別定製的高性能航天“數碼相機”,它安裝在天宮二號對地觀測面的“肚子”上,能夠實現跟隨天宮二號的飛行角度變化從多個方位對地成像。

“數碼相機”具有信噪比高的特點,對於地面分辨率能夠達到100米,所看到的地表景物細節非常精細。這些新型的探測圖像將可廣泛應用於氣象預報、大氣探測、氣候變化、農業生產、海洋災害預防、航海安全保障等多種領域。


天宮二號的真正目的:實現完成一個小型空間實驗室,旨在解決一定規模、短期有人照料的空間應用問題,具備開展各種工作和試驗的條件。


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天宮二號空間實驗室裝載了空間冷原子鐘等14個空間應用載荷,這些應用項目大都代表著相關科學技術領域的國際先進水平,有望取得一批重大應用成果,這將有力促進我國空間科學和應用技術發展,引領相關領域科技進步,加快推進創新驅動發展戰略的實施。


天宮二號厲害之處:


厲害之處一:天宮二號裝載了世界第一臺空間冷原子鐘(利用激光冷卻的原子製造的冷原子鐘,能夠使時間測量精度進一步提高),有望實現10-16秒量級的超高精度,並將目前人類在太空的時間計量精度提高1到2個數量級,意味著冷原子鐘運行大約3000萬年才產生1秒的誤差,這是在該領域值得中國人自豪的全球領先水平。


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厲害之處二:天宮二號裝載了伽瑪暴偏振探測儀。伽瑪暴偏振探測儀(POLAR),由我國和歐空局的有關科研機構聯合研製,是世界上首臺高靈敏度測量伽瑪暴偏振的專用設備,將為研究伽瑪暴提供重要手段

通過對伽瑪暴和太陽耀斑進行高靈敏度偏振觀測,有助於進一步瞭解伽瑪暴的本質,進一步開展宇宙結構、起源和演化方面的研究,這臺載荷將填補當前伽瑪暴觀測中高靈敏度偏振測量手段的空白(伽瑪暴:是來自天空中某一方向的伽瑪射線強度在短時間內突然增強,隨後又迅速減弱的現象,持續時間在0.1-1000秒,輻射主要集中在0.1-100 MeV的能段。伽瑪暴發現於1967年。)。


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厲害之處三:1)裝載了寬波段成像光譜儀;2)裝載了三維成像微波高度計;3)裝載了紫外臨邊成像光譜儀等新一代對地觀測遙感儀器和地球科學研究儀器:這些載荷的應用,將會提高我國在全球氣候變化研究、大氣汙染和大氣成分監測等領域的技術水平。


厲害之處四:配置了培養箱。在天宮二號上配置及設計了一個溫度適宜、光照可控的迷你培養箱。可以實現從種下的種子,一直到收穫種子的整個過程。之前的太空植物培養實驗週期都不會超過20天,而且只能展開幼苗階段的實驗,而這次是我國首次在空間完成“從種子到種子”全過程的空間植物培養實驗。


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此外,天宮二號還將開展多項新型材料的製備試驗,及流體物理等基礎科學領域的空間實驗,還將釋放一顆伴隨衛星,與天宮二號伴飛開展聯合試驗。


天宮二號的成就及意義


一、天宮二號對接神舟十一號飛船:全面檢驗及證明了中國航天器交會對接技術,重要的是標誌著中國人已全面破解及掌握了曾經被蘇美壟斷50年的最尖端技術。中國甚至還是全球第二個能實現空間授課的國家,這項技術需要天鏈通信,目前只有美國和中國能夠做到。

二、空間站能多人長期駐留:景海鵬和陳冬在空間站生活了33天,

創造中國載人航天最長紀錄,標誌著中國有能力製造航天員長期駐留的空間站。


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三、空間站對接了天舟一號:天舟一號是中國首個貨運飛船,天舟一號完成對接是我國空間實驗室任務的非常重要的收官之戰,中國首個貨運飛船對接成功,意味著中國人掌握了未來空間站長期穩定貨運技術。

四、在軌燃料補加:也就是所謂太空加油。這項技術由天舟一號完成,這意味著中國在未來天宮空間站長期在軌飛行的燃料補給技術已經成熟。

五、完成14項高水平空間實驗:最令人關注的空間冷原子鐘實驗是世界首次,特別是量子通訊實驗是中國近些年完成的重大技術突破,此外,還有生物實驗等。


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六、空間站完成機械臂實驗:天宮二號進行了我國首次測試。

機械臂是中國未來搭建空間站、艙外維修和搬運、航天器交會對接的一個必備神器。實驗中的機械臂要求做到質量輕、強度高、高自由度、功能複雜等一系列苛刻要求。


七、採用先進的模塊化系統設計。假如空間站出現技術故障問題時,可以快速更換和在軌維修,這也是中國航天技術的一大重要突破。

八、空間站的伴飛衛星和天鏈技術已經成熟。中國設計的覆蓋全球的天鏈通信能在任何時間實現天地無障礙通信,目前只有中國和美國具備這項尖端技術。因此,中國航天員可以在空間站看《新聞聯播》。


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九、完成國際合作:中國的空間站攜帶國際首個專用的高靈敏度伽馬射線暴偏振測量儀器,中國與瑞士的合作項目,可見,在航天領域中國敞開了國際合作的大門。


十、中國空間站建設加速:比如超期服役的天宮一號和天宮二號助力我國已提前掌握了製造建設未來天宮空間站的相關技術,原計劃的天宮三號被取消。


天宮二號在軌運行2年多來,對地觀測取得了豐碩成果。截至目前,中國載人航天工程空間應用系統共分發地球觀測載荷等數據產品37TB,支撐了70餘個相關項目研究。宮二號上實現了多項新技術體制和關鍵技術的突破與驗證,相關技術成果已轉化轉移至海洋水色衛星、海洋動力衛星、風雲降水測量衛星、風雲氣象衛星等業務應用。這些新技術體制的採用、設備功能性能的大幅提升,使得對地觀測的應用廣度和深度不斷延伸。

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天宮二號空間實驗室2019年7月19日21時06分在地面指揮人員的指令下受控離軌,主體在大氣層中燒燬,少量殘骸落入南太平洋預定海域。

相比天宮一號目標飛行器,屬於無控再入大氣層。而天宮二號採取受控方式離軌,這是繼天舟一號貨運飛船後,我國第二次實施航天器受控離軌。受控離軌的目的:為了消除未來天宮二號對太空和地面環境可能造成的威脅。


為何採取受控離軌?


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由於天宮二號超期服役時間不斷增加,在軌可靠性會有所下降,一旦出現在軌異常,處於近地軌道失控狀態的天宮二號,就會出現逐漸下落。而墜入大氣層後,一些高熔點材料有可能不能完全燒燬,並且少量殘骸會還落到地面,危及到地面人員的安全。

目前,在地球周圍,直徑大於10釐米的空間碎片已超過2萬個,10釐米以上的空間碎片撞擊到航天器,都將是滅頂之災。因此,太空中遍佈著很多太空垃圾,經常讓航天器不得不變道、避開障礙物,所以,主動銷燬航天器已成為國際共識。


航天器隕落目的地有什麼講法呢?


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航天器殘骸必須落入指定地點,即所謂的“航天器墳場”。比如天宮二號殘骸與天宮一號、天舟一號相同,都是落入南太平洋。

根據中國載人航天工程辦公室消息,天宮二號剩餘的少量殘骸,都將落入西經160度~90度、南緯30度~45度範圍內南太平洋預定安全海域。


落入這個區域是國際通行做法。通常運行在近地軌道的大型航天器退役後,各國通行方案都是讓航天器受控墜落到南太平洋深海區。這個區域四面與陸地距離都超過2000公里,重要的是這片區域幾乎沒有人類活動,由於受到洋流影響,海洋生物也很少,因此不會對生態造成太大破壞,所以被稱為“航天器墳場”。


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根據統計,近50多年來,大約有15000噸以上的航天器殘骸落回到地球,從未發生過傷害人口密集地區的居民的事件。根據NASA統計數據顯示,僅僅2014年就有超過600個失效衛星、廢棄火箭末級和其他碎片進入到地球大氣,總質量超過了100噸,但從沒收到人員傷害或財產損失的報告。

在歷史上,曾經有過航天器殘骸墜落大地就是1979年美國的“天空實驗室1號”隕落大地,但最後隕落的指定位置和預測偏離的比較遠。美國航天局原計劃是降落在南非開普敦以南1300公里的海洋中,但碎片最終隕落至南印度洋海面和澳大利亞西部沙漠地區。並且“天空實驗室1號”是以部分可控的方式隕落的,因此,完全受控進入的航天器,能夠做到更加精準地墜落到安全地區。


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在航天器發射方面,根據統計,自2000年以來,全世界共計1200多次航天發射的成功率大約為94.3%。畢竟航天發射是一項高風險活動。中國承擔天宮二號空間實驗室發射任務的長征二號F T2火箭,質量非常可靠,曾成功實施了11次發射任務,實現了連戰連捷。收入如此,中國仍然始終以“從零開始”的態度,嚴格按程序、按規範加強全過程質量控制,確保飛行產品研製質量。


載人航天是當今全球科技領域中系統最複雜、科技最密集、創新最活躍的頂尖科技,它涵蓋了力學、天文學、地球科學、航天醫學、空間科學等眾多科學領域,涉及到系統工程、自動控制、計算機、航天動力、通信、遙感、新能源、新材料、微電子、光電子等工程技術。

竟然擁有全球兩大最尖端科技,中國天宮二號到底多厲害?


中國載人航天工程自1992年實施以來,在組織實施12次航天飛行任務、突破和掌握一系列核心關鍵技術的過程中,取得了近千項國家級發明專利,推進了我國航天基礎設施建設,使我國航天科技產業實現了跨越發展。​

20多年來,中國載人航天有2000餘項技術成果被廣泛應用於國民經濟各個行業,據有關研究機構測算,投入產出比在1:10到1:12之間。載人航天還帶動了原材料、微電子、機械製造、化工、冶金、紡織、通信等方面的技術創新、工藝創新和產業提升,拓展了科技成果向現實生產力轉化渠道,為高科技產業發展注入了動力和活力。


天宮二號獲得的榮譽


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美國《時代》週刊評選出2016年度世界25項最佳發明,“天宮二號”空間實驗室位列其中。這是該榜單中首次出現來自中國的航天器產品。

《中國新聞週刊》評選的“影響中國”2016年度人物榮譽盛典在北京舉行。中國航天科技集團公司天宮二號和神舟十一號載人航天任務研製團隊獲得年度科技人物。

《環球科學Scientific American》雜誌評選出了2016年世界範圍內的十大科學新聞。天宮二號和神舟十一號載人飛行任務圓滿成功入選。


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