語音播報
距2016年9月15日22時04分“天宮二號”發(fā)射升空已過去兩年,彼時“天宮”與圓月遙相對望的一幕仍在眼前,此時已迎來成果大檢驗。作為我國第一個真正意義上空間實驗室,天宮二號除了驗證航天員中期在軌駐留,還安排了14項體現(xiàn)國際科學(xué)前沿和高新技術(shù)發(fā)展方向的物理學(xué)前沿科學(xué)、空間科學(xué)實驗、空間應(yīng)用與技術(shù)試驗及51件載荷設(shè)備,是目前我國載人航天工程歷次任務(wù)中開展應(yīng)用項目最多、最繁忙的一次。
太空實驗“管家”忙
天宮二號在軌飛行期間,有效載荷運控中心,數(shù)據(jù)利用中心,空間環(huán)境預(yù)報中心等地面系統(tǒng)運行正常,對有效載荷實施了高效的運營管理,提供了優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)服務(wù)和空間環(huán)境保障支持。有效載荷運控中心主任郭麗麗介紹,有效載荷運控中心作為太空實驗“大管家”,規(guī)劃安排空間試驗,控制載荷在軌運行,監(jiān)視載荷健康狀態(tài),是科學(xué)家與空間科學(xué)實驗、技術(shù)試驗之間的橋梁和紐帶,在保障各項任務(wù)的順利開展中起到了重要的作用。
位于有效載荷運控大廳的我國首個基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的“遙科學(xué)實驗平臺”,在空間實驗室長期無人照料的情況下,支持地面科學(xué)家以實驗室類似的方式介入空間試驗,一邊觀察實驗現(xiàn)象,一邊調(diào)整優(yōu)化實驗參數(shù),大大提高了空間試驗的效率和質(zhì)量,是目前國際上支持太空科學(xué)實驗最有效的方式。
同時,得益于先進的地面支持系統(tǒng)和基于人工智能技術(shù)的任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng),運控中心能夠合理計算、安排載荷工作窗口,為各項空間實驗調(diào)配資源,消解沖突,保障了科學(xué)實驗與技術(shù)試驗的有效、高效開展。至今為止,有效載荷運控中心累計安排空間試驗任務(wù)2萬余次,控制指令10萬余條,獲取數(shù)據(jù)達幾百TB,目前有效載荷狀態(tài)良好。
多角度寬波段成像儀能力強、應(yīng)用廣
由中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所研制的新型地球觀測儀器——多角度寬波段成像儀,在國內(nèi)率先實現(xiàn)了多角度光學(xué)偏振遙感技術(shù)新體制,填補了我國天基多角度光學(xué)偏振成像的空白。項目負責(zé)人殷德奎講到,多角度寬波段成像儀的技術(shù)體制先進,探測性能出色,擁有在國際水色遙感儀器地面分辨率最高、國內(nèi)海洋遙感載荷靈敏度最高等能力。
負責(zé)應(yīng)用數(shù)據(jù)獲取及推廣的中科院數(shù)據(jù)利用中心副主任李盛陽提到,利用天宮二號多角度寬波段成像儀、成像微波高度計、紫外臨邊成像儀等數(shù)據(jù)可為“一帶一路”沿線地區(qū)生態(tài)環(huán)境變化研究、城市熱環(huán)境研究、湖泊和沿海的生態(tài)保護、區(qū)域乃至全球氣候變化和可持續(xù)發(fā)展提供數(shù)據(jù)與信息支持,并為指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理、生態(tài)環(huán)境保護等提供科學(xué)依據(jù)。
對地觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)品目前已通過“載人航天空間應(yīng)用數(shù)據(jù)推廣服務(wù)平臺”(http://www.msadc.cn)及專線網(wǎng)絡(luò)等設(shè)施分發(fā)至國家部委、科研院所、高等院校等70余家公益用戶,產(chǎn)生了一批典型應(yīng)用成果,充分顯示出天宮二號對地觀測數(shù)據(jù)在海洋與海岸帶、湖泊、生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)、國土資源等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。
“POLAR”超額完成任務(wù)
2001年,中科院高能物理研究所研制的伽馬射線暴探測器搭載神舟二號發(fā)射上空,在軌半年間發(fā)現(xiàn)了三十多例伽馬射線暴發(fā)和一百多個太陽耀斑爆發(fā),開啟了我國在飛船上開展空間物理實驗的篇章。2016年,中國-瑞士合作開展的“項目”(POLAR)于天宮二號實驗室上投入使用,在軌期間探測到55例伽馬暴,其中49例已被公開報道,其原伽馬暴科學(xué)目標(biāo)的能力得到了驗證,成為國際上正在運行的最好的伽馬暴探測器之一。
高能物理研究所粒子天體物理重點實驗室主任張雙南介紹,POLAR伽馬暴偏振探測器不同于一般測量伽馬射線光子能量的望遠鏡,通過對伽馬射線偏振的測量,將有助于我們理解黑洞的形成及宇宙的演化。
張雙南提到,這顆大小僅為557cm2的POLAR探測器在完成并超出原設(shè)計指標(biāo)的同時,還在計劃外探測到了太陽伽馬射線的爆發(fā)現(xiàn)象,完成了國內(nèi)首次在軌觀測到脈沖星并成功實現(xiàn)了脈沖星導(dǎo)航技術(shù)試驗,所提出的脈沖星深空導(dǎo)航新方法的成果已經(jīng)正式發(fā)表,被美國NASA噴氣動力實驗室的學(xué)者評價為兩個成功的脈沖星導(dǎo)航空間技術(shù)驗證實驗之一。
POLAR探測器通過系統(tǒng)性、高精度地測量伽馬暴的偏振性質(zhì),收獲到首批科學(xué)意義重大的偏振測量,未來將在伽馬暴的物理機制研究上取得突破性進展。
世界領(lǐng)先“空間冷原子鐘”
在人類文明進步和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的歷史長河中,人類活動所帶來的社會需求與時間測量的精度是密不可分的?!拔覀?nèi)祟惸茏龅降淖罡呔鹊臏y量,就是對時間的測量”,中科院上海光機所空間冷原子鐘主管設(shè)計師屈求智在采訪中說到,“幾乎所有的基本物理量的測量,例如長度、電場、磁場等等,都可以通過種種效應(yīng)轉(zhuǎn)化為對時間頻率的測量。通過時間測量的精度提高空間測量精度以后,將對未來在空間展開各種效應(yīng)——包括引力波、暗物質(zhì)的探測有很大的幫助?!?/p>
由中科院上海光機所承研的天宮二號有效載荷“空間冷原子鐘實驗”是國際上最早實現(xiàn)在軌開展冷原子科學(xué)實驗的項目。在微重力環(huán)境下,原子團可以做超慢速勻速直線運動,基于對這種運動的精細測量可以獲得較地面上更加精密的原子譜線信息,從而可以獲得更高精度的原子鐘信號,實現(xiàn)在地面上無法實現(xiàn)的性能。
據(jù)屈求智介紹,衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的精確度和穩(wěn)定性主要依靠衛(wèi)星上的原子鐘的精度,地面雖有更高精度的原子鐘,然而其精度在傳遞到衛(wèi)星的過程中會受到電離層的干擾,造成體系的不穩(wěn)定??臻g冷原子鐘則可在太空中對所有衛(wèi)星進行點對點校準(zhǔn)同步,可以把所有衛(wèi)星的計時精度直接、穩(wěn)定的提高一個數(shù)量級,這就為構(gòu)建下一代導(dǎo)航系統(tǒng)提供了明確前景。
目前,“天宮二號”空間冷原子鐘在軌運行已滿兩年,狀況良好,性能穩(wěn)定,成為唯一成功在軌運行的空間冷原子設(shè)備,既是當(dāng)前在空間運行的最復(fù)雜的原子鐘,也是目前在空間最高精度的原子鐘。
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