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天宫二号上太空时都带了哪些宝贝
天宫二号上太空时都带了哪些“宝贝”?
来源:时频网作者:小康网址:http://www.tf086.com

   天宫二号上太空时都带了哪些“宝贝”?

在前不久,天宫二号终于上太空了!天宫二号为我们的航天员在天空中提供了一间真正的科学实验室。天宫二号里面都有哪些神秘的仪器设备?又会研究哪些课题呢?

天宫二号空间实验室,我们自主研发的第二个空间实验室。

这套实验装置由“材料实验炉”、“材料电控箱”和“材料样品工具袋”三个单机构成。整个装置共约27.6公斤重,最大功耗不到200瓦(一般电水壶10001800瓦,这套装置只用了电水壶功耗的1/91/5,相当于2100瓦的白炽灯),却能实现真空环境下最高950摄氏度的炉膛温度!

航天员将在这个炉子里“炼制”复合材料、金属材料、有机高分子材料和晶体材料等各种新型材料。比如将要制备的闪烁晶体可以帮助人类探索、认识和利用肉眼无法识别的射线、高能粒子,将其转化为可识别、可控制的信号(例如可见光)。如果运用在医疗成像领域,就像齐天大圣的火眼金睛,让肿瘤无所遁形。打个比方,以现在的诊疗检测手段,某位病人的某处肿瘤需要长到1毫米量级才能被发现,而安装了经过太空实验得到的闪烁晶体的CT,可能在肿瘤1微米时就能被精确定位,真正做到“上医治未病”。天宫八卦炉”综合材料实验装置,宇航员可以用这套系统“炼制”新型材料。

伴随卫星,天宫“守护者”

天宫二号伴随卫星是一颗微纳卫星,是天宫二号试验任务的一部分。伴随卫星采用了小型化、轻量化、功能密度的设计,使卫星结构小、重量轻,却实现了高功能密度的设计结果。

在未来,未来的伴随卫星是航天员可以操纵的机器人,搭载VR相机,可以实现更加复杂的空间操作任务。甚至可以个人化,将社交网络搬到太空。利用伴星和主星,或者释放多颗伴星组网,还可以实现多星协同工作,完成一颗卫星单独无法实施的应用任务,提高主星应用效率,扩大应用领域,促进空间新技术的发展和应用。

天宫二号的伴随卫星将协同天宫二号进行实验。“百变金刚”液桥


天宫二号简介图

俗话说,“人往高处走,水往低处流”。可是在太空中,水未必能往低处流。这就是太空中,微重力的神奇所在。它颠覆了地面上的一些常识,航天员到了空间站里就喜欢上了淘气地“玩水”游戏。“神舟10号”里,王亚平在太空授课,变魔术一般地给我们展示了不可思议的大液膜和大水球。这次,在天宫二号里,科学家们将要首次开展“液桥”热毛细对流的空间流体物理实验!

液桥是什么?通俗地讲,液桥就是固体间的小液柱。之所以称之为液桥,是因为“桥”字有连接两地的含义,液桥就是连接着两个固体表面之间的一段液体。


天宫二号运行图

天宫二号高等植物培养箱的主要任务就是培育植物。然而此次培养过程与以往不同,它将开展我国首次为期6个月的植物“从种子到种子”全生命周期培养,并且全程直播。

天机不可泄露?空地量子密钥分配

自人类使用语言以来,通过密钥给信息加密的技术就伴随着人类对通信保密程度的需求而不断发展。密钥的作用是用来对传输的信息进行加密,防止他人获取信息内容。信息时代,随着互联网的大范围普及,人类之间的信息传递达到了前所未有的数量和频率,各种隐私信息越来越多地暴露在互联网上,因此,人类对保密通信的需求也到了前所未有的高度。

1984年,物理学家Bennett和密码学家Brassard提出了基于量子力学测量原理的“量子密钥分配”BB84协议,从根本上保证了密钥的安全性。随后经过多年的实验和技术改进,以“量子密钥分配”为核心的量子保密通信技术已经逐渐完成了实用化,并形成了一定的产业规模。在地面光纤网络建设上,世界第一条量子保密通信主干线路“京沪干线”即将建成,这将大幅提高我国在军事国防、银行、金融系统的信息安全。

为了更远距离的量子保密通信,我们除了继续建设地面光纤网络以外,还需要借助天上的多个飞行器实现更远距离,覆盖光纤无法到达区域的量子密钥分配。天宫二号上的载荷“量子密钥分配专项”就是以实现空地间实用化的量子密钥分配为目标,通过天上发射一个个单光子并在地面接收,生成“天机不可泄露”的量子密钥。

量子卫星

量子卫星对空地间实用化的量子密钥分配进行实验。

大家现在都比较关心全球变暖、自然灾害、城市雾霾等问题。宇航员和航天器进入太空同样面临着外层空间环境的影响。在太空中,高能带电粒子(质子、电子、重离子)组成的辐射环境、航天器轨道高度的大气环境等都属于空间环境的要素:

能量很高的带电粒子辐射可能导致航天器材料性能下降或损坏,也可能破坏宇航员的器官组织,严重时甚至有生命危险;

“量天尺”:超高精度空间冷原子钟

在文明进步和科学技术发展的历史长河中,人类活动所带来的社会需求与时间测量的精度是密不可分的。从古老的日晷、水钟、沙漏等原始计时装置,到工业革命后期出现的机械摆钟、石英表,再到现代科技利用原子超精细结构发明的原子钟,测量时间的精度误差已经降到了万亿分之一秒/天。

如此高精度的计时需求,人们也许是感觉不到的,生活中,貌似一只误差百分之一秒/天的手表就足够用了。但事实上,当计时器的误差超过千分之一秒/天时,人们现在每天赖以生存的电子通信网络、高速交通管理、金融系统安全、电网并网发电等日常活动就都将陷入混乱;当误差超过十亿分之一秒/天时,卫星导航定位、船只远海航行、导弹精密打击等高精准度行为就会不同程度地偏离目标,而诸如开展深空探测、引力波探测、精细结构常数测量、广义相对论验证等等对时间精度要求达到极致的科学研究活动就更不要提了。

正因如此,全世界数十个实验室就建立了几百台高精度原子钟,它们共同组成了世界通用标准时间系统,该系统由国际计量局负责保持,通过网络、电话、长波、短波、电视等各种通信手段为大众提供授时服务。

空间冷原子钟对全球导航定位系统有着极为重要的作用。

天宫二号里的空间冷原子钟本身具有极高的精度,同时在太空中对其它卫星上的星载原子钟又可以进行无干扰的时间信号传递和校准,避免了大气和电离层多变状态的影响,从而使得基于空间冷原子钟授时的全球卫星导航系统具有更加精确和稳定的运行能力。

空间冷原子钟的成功将为空间高精度时频系统、空间冷原子物理、空间冷原子干涉仪、空间冷原子陀螺仪等各种量子敏感器奠定技术基础,并且在全球卫星导航定位系统、深空探测、广义相对论验证、引力波测量、地球重力场测量、基本物理常数测量等一系列重大技术和科学发展方面做出重要贡献。

西安同步电子科技有限公司也预祝天宫二号能圆满的完成任务,也预祝中国航天事业蒸蒸日上。

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