2016年天宫二号资料

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1、最详细的中国天宫二号空间实验室全面科普介绍继“长征七号”首飞之后， 中国载人航天工程空间实验室阶段任 务迎来第二次飞行，之后“天宫二号”空间实验室将开展在轨测试并 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。 中国天宫二号空间实验室于 20162016 年 9 9 月 1515 日 2222 时 0 04 4分发射实现箭 体分离，并展开太阳能电池板，成功进入预定轨道；其意义不亚于嫦 娥奔月，是载人航天太空实验室前进中的关键一步。值得一提的是，用于发射载人航天器的长征二号 F F 火箭享有“神 箭”的美誉， 1 10 0次神舟飞船和 1 1 次“天宫一号”飞行器，在 1111 次

2、的 发射任务中，“神箭”保持着 100%100%的成功率。此次进场的长征二号 F F T2T2 火箭与长征二号 F F T1T1 火箭，长征二号 F F 遥十一火箭与长征二号 F F 遥十火箭技术状态基本一致， 主要在安全性与可靠性方面， 做了部分技术状态更改。长征二号 F F 运载火箭为捆绑式二级液体运载火箭， 芯级直径 3.353.35 米，捆绑 4 4 枚助推器，助推器直径 2.252.25 米，它采用了垂直总装垂直 测试和垂直转运的三垂模式， 这种模式可以保证火箭测试和发射都在 火箭竖直的状态下进行。虽然有着相同的外形，但“天宫二号”绝非“天宫一号”的简单升级版本，它将实现更多“第一次

3、” 。据悉，“天宫二号”是中国第一个具 备太空补加任务的空间实验室，要第一次实现航天员 3030 天驻留、第 一次试验推进剂太空补加技术等重要的科学实验。中国载人航天工程办公室副主任武平 1414 日介绍，“天宫二号”与“天 宫一号”的使命任务有所不同。相比而言， “天宫一号”目标飞行器， 主要是配合神舟飞船完成交会对接试验。 “天宫二号”是真正意义上 的太空实验室。相比“天宫一号”，“天宫二号”不仅装备更豪华、装载量提高、内部 环境更好，搭载的设备也更先进。 “天宫二号”上搭载了全新配套的 空间应用系统的科学设备， 无论是数量还是安装复杂程度， 都创造了 历次载人航天器任务之最。例如，它首次

4、搭建了液体回路验证系统，将验证空间站维修技术；首 次搭载了机械臂操作终端试验器， 将第一次开展中国人机协同太空在 轨维修试验，为以后空间站任务提供技术储备。 “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， 这在国内空间领域也属于首次。此外，从距离地球 393393 公里的高空发来“邮件”也将在“天宫二号” 上得以实现。 北京航天飞行控制中心副主任李剑曾介绍， “天宫一号”在此基础上增加“下行功能” 。也就是说，航天员可以在“天宫二号” 舱内收发邮件，假如他们有了任何心得体会， 或者想跟亲人分享些什 么，可以随时发一封邮件下来，家属就能看到来信 ，这样既方便 又

5、人性化。分类介绍：在太空后开展十余项科学实验“天宫二号” 被称作是目前中国载人飞行时间最长的航天器， 它的主 要任务自然备受关注，航天科技集团五院“天宫二号”空间实验室总 设计师朱枞鹏接受采访时曾表示，“它完成的任务主要是中期驻留。 第一个：航天员从神舟十一号飞船交会对接， 然后在天宫二号工作和 生活 3030 天。第二个：就是要跟明年的货运飞船对接，进行推进剂在轨补加。 第三个：就是为今后空间站开展一些技术实验， 包括维修性的一些相 关实验。”“天宫二号” 任务中有一项非常重要的工作，就是要开展大规模 的空间科学和应用试验， 这也标志着中国载人航天进入应用发展新阶 段。“天宫二号”上要进行的

6、各类实验达到 1414 项，数量之多史无前 例，涉及微重力基础物理、 空间材料科学、 空间生命科学等多个领域， 比如“空地量子密钥分配与激光通信试验”和“伽马暴偏振探测” 项目等，其中， 有两项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“天宫二号” 空间实验室将要开展的十多项世界最前沿的实验 当中，包括了空目标飞行器仅有电子邮件“上行功能”，而“天宫二号”空间实验室间科学核物理领域的重点项目空间冷原子钟实 验，它将有望实现三千万年误差一秒的超高精度，对于卫星定位、导 航等生产生活以及引力波探测等空间科学研究都将产生重大影响。“神舟十一号”飞船将进入太空与其实现对接在“天宫二号

7、”空间实验室发射之后，按计划， 1010 月中旬“神 舟十一号”飞船将搭载两名航天员进入太空，与“天宫二号”进行空 间交会对接，形成组合体飞行 3030天。据公开资料显示，“神舟十一号”任务航天员乘组由 2 2 名男航天 员组成，正在进行任务强化训练，目前，发射场设施设备状态良好， 各项准备工作正按计划有序进行。“神舟十一号”载人飞船的主要任务是，为“天宫二号”在轨运 营提供人员和物资天地往返运输服务， 进一步考核载人天地往返运输 系统的功能和性能，特别是空间站运行轨道的交会对接技术；与“天 宫二号”空间实验室对接后完成航天员中期驻留试验， 考核组合体对 航天员生活、 工作和健康的保障能力，

8、以及航天员执行飞行任务的能 力。武平介绍说，“天宫二号”与“神舟十一号”载人飞船飞行任务， 有着鲜明的自身特点和亮点，可以说是“飞得更高、试验更多、时间 更长”。“这是中国持续时间最长的一次载人飞行任务” ，武平指出，“神舟十 一号”任务是中国第 6 6 次载人航天飞行任务，航天员将乘坐“神舟十 一号”飞船与“天宫二号”对接后，在“天宫二号”上生活工作 3030 天，加上飞船独立飞行的 3 3 天，总飞行时间将从“神舟十号”任务的 1515 天增加到这次任务的 3333 天，这将是中国目前为止持续时间最长的 一次载人飞行任务。天宫二号技术特点：一、量子密钥分配 防止他人获取信息：“天宫二号”空

9、间实验室安排了地球科学观测及应用、空间科学 实验及探测、 应用新技术等领域的十余项高精尖的任务，这些实验有 的是在探索宇宙最深处的奥秘，有的是帮助人们更好的认识海洋和大 气，有的甚至是在解决将来星际旅行时食物的问题19841984 年，物理学家 BennettBennett 和密码学家 BrassardBrassard 提出了基于量子力学 测量原理的 量子密钥分配” BB8BB8 协议，从根本上保证了密钥的安全 性。!0 I f 00 I |0 I 0 I 0 i Dicxticn ResultConipaitbihty : jc/jc/y “ c冥/鶯CumpaiibihtyrIKev J

10、* I *001-* I *!0 KeyBB8BB8 4 4 量子密钥分配协议示意图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”

11、的量子密钥。r1r r报行业同城据夹蒂和传L L应用示范A了解：量子卫星与地面光学站天地对话）O8 8 公里，地面站的接收口径约一米。用来生成量子密钥的光子需要精 准地打在地面站的望远镜上（编者注：就在十多天前，我国发射的第 一颗量子实验通讯卫星 一一墨子”伏量子密胡分友，产生絶对安主捕获， 对准， 粗.精跟踪天宫二号的轨道飞行高度大约为 400400 多公里，飞行速度约每秒钟号实现了第一次天地对话，戳这里这精准程度就如同在一辆全速行驶的高铁上， 把一枚枚硬币准确 地投到 1010 公里以外的一个固定的矿泉水瓶里，难度可想而知。如果把光子比作硬币，那么光子的偏振方向就好比硬币的偏转角 度。量子

12、密钥的安全性就来自这些偏转角度。BB84BB84 协议就好比一共选取“仁 “-、” ？”、四个偏转角度，并且都对应好二进制编 码。密钥分配时，发射端和接收端都随机用“ + +” “两种洞来让硬币通过。发送的密豹比持0101Q11发送者选择的J J方丈XX+XX发送的光TIBSftTIBSftfjrJfZX接收君选擇的瀝冷方式X+X+X十+X搂收到的光子隔酝ZSE0-T或 f/或、t戒 f最终生成的里子密钥1011BB84BB84 量子密钥分配协议扔一个硬币，双方就通过电话对比一下选的洞， 留下洞一样时扔 的硬币结果，就生成了二进制量子密钥。如果中间有人窃听，窃听者只能随机的选择 “ + +”

13、“两种洞。测过硬币角度后，如果他不想被发现，需要把硬币再扔给接收方。 但是这个硬币了解：量子卫星与地面光学站天地对话）O已经被他测过了，会有一半的概率改变了角度。此时，接收方再测，最后就会发现硬币的测量结果和发送方有 1/41/4 的概率不同，就可以马上知道有窃听者的存在了。于是，发送方和接 收方停止密钥分发，换个地方重新来，直到确认没有窃听为止。因此，只要是成功分配的量子密钥， 就一定是没有被窃听过的安 全密钥，即 “天知地知你知我知 ”的密钥，从而成功做到无法泄漏的天 机。二、捕捉伽玛射线暴的 “天极 ”望远镜：“天极 ”望远镜的全称是 “天极 ”伽玛暴偏振探测仪（英文名 POLARPOL

14、AR）， 是专门用于测量伽玛暴偏振 （如果您还不知道在说啥， 请复习上述基 础知识）的高灵敏度探测器，是 天宫二号”空间实验室（TG-2TG-2）搭载 的所有实验中唯一的国际合作项目。“天极”望远镜 20132013 年 8 8 月完成初样的研制， 转入正样研制。 20152015 年完成正样研制， 20162016 年 9 9 月中旬随“天宫二号”空间实验室发射升天极”望远镜的组成天极”望远镜由偏振探测器（OBOXOBOX 和电控箱（IBOXIBOX 两个单机 组成。其中偏振探测器又由低压供电电路、高压供电电路、中心触发 电路和探测单体组成，电控箱又由低压模块和主控单元模块组成。天极”望远镜

15、的偏振探测器将安装于天宫二号”空间实验室的 舱外，背对地球指向天空，可以有效地捕捉到伽玛暴爆发过程中产生 的伽玛光子，并测量它们的偏振性质。电控箱将安装于天宫二号”空间实验室的舱内，主要负责为偏振探测器提供低压电源、控制数据传输以及和卫星平台应用系统之间进 行通讯等。探测单体席爪皱电天极”望远镜的设计原理图。左：偏振探测器；右：电控箱天极”望远镜的实物图。左：偏振探测器；右：电控箱我们知道，人的眼睛对光的偏振状态是不能分辨的， 但某些昆虫 的眼睛对偏振却很敏感比如蜜蜂有五只眼： 三只单眼、 两只复眼， 每只复眼包含有 63006300 个小眼，这些小眼能根据太阳的偏振光确定太阳的方位， 然后以

16、太阳 为定向标来判断方向，所以蜜蜂无论外出采蜜还是回巢，都不会迷路。左：昆虫的复眼（图片来自网络）；右：天极”望远镜的探测器为了测量伽玛射线的偏振， 天极”望远镜采用 16001600 根塑料闪烁 棒（可不是普通的塑料哦，伽玛射线在该材料中可诱发荧光）组成一 个探测器阵列（是不是很像小蜜蜂的复眼？），通过测量每个伽玛射 线光子同时作用的多根塑料闪烁棒的位置分布获取偏振信息。虽然 天极”望远镜跟小蜜蜂测量偏振的原理并不相同，但二者在 眼睛”的构造上却有异曲同工之妙！此外，由于伽玛暴是不可预测的随机发生的天文事件，为了最大限度地捕捉伽玛暴，天极”望远镜将在允许的情况下尽量多地开机运 行，犹如辛勤的

17、小蜜蜂，不知疲倦地寻找宇宙中最壮丽的恒星生命之花”。伽玛暴的起源及相应的物理过程一直是天文学家们研究的最前 沿课题之一。它涉及宇宙学尺度上的恒星级过程， 能够将天体物理中最重要的 三个层次 恒星、星系以及宇宙学联系起来。虽然这十几年来人们对伽玛暴的研究取得了长足的进步， 但是有 关伽玛暴的一些基本问题还是没有得到很好的解决。 对伽玛暴伽玛射 线偏振的研究可以为许多伽玛暴问题提供新的线索。虽然对伽玛暴伽玛射线偏振的测量具有十分重要的意义， 但是由 于仪器能力的限制， 目前国际上的观测结果还非常少， 而且没有任何 一个测量结果达到了科学意义上的确认程度。“天极”望远镜的主要科学目标是高精度且系统性

18、地测量伽玛射 线暴的偏振性质。预期运行两年 “天极”可以探测到大约 100100 个伽玛射线暴， 同时作 为国际上最灵敏的伽玛射线暴偏振探测仪器， “天极 ”能够获得高精度 伽玛射线偏振测量的最大样本。通过系统地测量伽玛射线暴的偏振， 能够从观测上对伽玛射线暴 的辐射机制等物理模型加以限制或约束， 为更好的理解宇宙中极端天 体物理环境下的这种最剧烈的爆发现象产生的机制做出重要的贡献。“天极 ”望远镜是中欧国际合作项目， 由中国科学院高能物理研究 所和瑞士日内瓦大学（UoG:UoG: UniversityUniversity ofof GenevaGeneva、瑞士保罗谢尔研究所(PSPS： P

19、aulPaul ScherrerScherrer Institut)Institut)和波兰核物理研究所(NCBJNCBJ NationalNationalCentreCentre forfor NuclearNuclear ResearchResearch 等单位共同参与。中科院高能所具体负责：1 1） “天极”望远镜方案的确定；2 2） 电控箱的硬、软件研制；3 3） 1313 套探测单体的研制；4 4） 负责牵头完成 “天极”望远镜科学数据中心建设。 日内瓦大学具体负责：1 1） 探测器的低压供电电路研制；2 2） 高压供电电路的研制；3 3） 1212 套探测单体的研制；4 4） 负责

20、探测器的结构和热设计。 保罗谢尔研究所具体负责： 1 1）探测单体的前端电子学研制； 2 2）中心触发模块研制中欧各合作单位共同完成了 天极”望远镜在轨软件，其中软件编 写主要由高能所、保罗谢尔研究所和波兰核物理研究所共同完成，日 内瓦大学重点参与软件的测试和验证工作。中科院空间应用系统载荷运控中心提供了部分天极”望远镜快视软件。三、天宫二号”伴随卫星：天宫二号”伴随卫星是一颗微纳卫星，它是 天宫二号”试验任务的一 部分。该伴随卫星采用了小型化、轻量化、功能密度的设计，使得卫星 结构小、重量轻，却实现了高功能密度的设计结果。此外，它搭载多 个实验载荷，并具备较强的变轨能力，具备了开展空间任务的

21、灵活性 与机动性。天宫二号”伴随卫星将在在轨任务期间开展对空间组合体的伴 飞、飞越观测以及多平台空间协同等试验， 为主航天器的技术试验提 供支持，并进行多项新技术的试验，拓展空间技术应用。卫星主要做什么？天宫二号”伴随卫星忠实地伴随 师傅”天宫二号，跟着师傅一路 远行，助力师傅完成使命，为师傅预知危险，写下一路艰辛，必将取 得真经。伴随卫星作为伴随主航天器飞行的航天器，具有处于相对主航天 器距离近、实时跟随的位置优势，可以作为主航天器的安全辅助工具， 对主航天器进行工作状态监测、安全防卫，可以为航天员出舱活动及 空间飞行器交会对接等提供直接的技术支持。1 1腾云驾雾、如影随行伴随卫星在轨期间将

22、开展伴飞试验，从 天宫二号”在轨释放，首 先实现安全远离，其后通过轨道控制，实现逼近并形成伴随飞行。任务完成后，再安全远离，在空间轻松上演自由贴近、远离的华 丽动作大戏。同时配合空间站开展多平台间的协同试验， 拓展空间应 用。2.2.火眼金睛，预知危险伴随卫星具备全天时的空间观测能力， 可监测空间碎片等对空间站造成潜在危险的空间目标。一双火眼金睛，发现各种危险。3 3大礼摄影，记录点滴同时，伴随卫星还搭载了高分辨率全画幅可见光相机，将在空间绕飞试验过程中对 天宫二号”与神舟 1111 号组合体进行高分辨率成像， 可谓是天宫和神舟飞船这对国民 CPCP 的自拍神器。此外，利用其实时跟随的位置优势

23、，提供空间试验的在轨任务高 清图像记录，伴随卫星可为主航天器的工作状态、 空间活动等提供直 接的影像技术支持。并将为这对宇宙 CPCP 拍下美美的照片，获得 1000000000+1000000000+个好评！ ！1.1.太空 VRVR未来的伴随卫星是航天员可以操纵的机器人，搭载VRVR 相机，可以实现更加复杂的空间操作任务。2 2形成个性化太空网络伴随卫星结构小、总量轻，任务配置比较灵活，在运行的主航天 器上发射容易实现，节约发射成本，成为一种新的航天器发射模式， 可适应特殊任务需要。未来卫星甚至可以个人化，将社交网络搬到太空。伴随卫星灵活 机动，可以发挥个人太空创想，实现各种太空创意创新3.3.空间站的小伙伴俗话说，一个好汉三个帮。利用伴星和主星，或者释放多颗伴星组网，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。