“我们已关机!”与天宫二号上的科学梦想依依惜别,科学家已向空间站时代张开臂膀

  

  天宫二号主动离轨已进入倒计时,在太空中超期服役、出色完成任务的它,将在与大气层的剧烈摩擦中亮起最后的光芒,并部分坠落于南太平洋。作为空间实验室,天宫二号上搭载有大量科学设备,它们已于7月16日全部关闭。在轨近三年,它们获取了大量宝贵的科学数据,为许多新技术完成了在轨验证。

  记者从中国科学院空间应用工程与技术中心获悉,在天宫二号上,空间应用系统安排了空间科学实验和地球科学观测与应用,以及空间应用新技术试验等领域共14项应用项目。天宫二号成功发射入轨近三年来,共安排载荷工作近2万次,上行指令20万条,接收数据4300余轨,原始数据量近100TB。

  尽管这些载荷中的大多数还能继续工作,却必须与天宫二号步调一致地结束使命。地面上,曾经为研制、维护它们而付出大量心血的科学家,既依依不舍,又期盼着未来空间站能将更多升级版科学设备以及全新技术与实验带上太空——我国的空间科学,在天宫二号带来曙光之后,正期待更多的机遇。

  太空植物培养从一年到十年

  这几天,中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员郑慧琼正在等待来自天宫二号的最后一批图像。2016年9月15日,她和同事一起精心准备的水稻和拟南芥种子放进了一只特制的高等植物培养箱,跟随天宫二号一起升空,开始了我国时间最长的一次太空植物生长之旅。

  “我们最意外发现,水稻的吐水现象在太空中竟然能导致植株窒息。”郑慧琼说,大家戏称“水稻被自己的口水淹死了”。自从入轨之后,她每天都在观察植物的变化,尽管水稻最终没有结实,但拟南芥却成功结出了果实。

  

▲2017年12月15日,天宫二号高等植物实验箱中结出的拟南芥果荚照片

  由于实验条件的限制,培养箱中的空气、水和营养都只够一代种子生长。因此,第二代无法再次萌发,只能在太空中休眠。“那枝上还挂着50多个果荚,里面应该有1000多粒种子!”郑慧琼好想把它们都收回实验室,这些在太空中呆了近三年的种子,实在是无比珍贵的科研材料,可惜它们不得不随天宫二号一起焚毁在大气层中。

  

  ▲2018年后,拟南芥和水稻都已衰老

  中国科学院上海技术物理研究所张涛研究员负责这个高等植物培养箱的研制。他告诉记者,现在他们已在为后续太空植物实验设计更先进的实验平台。“如果可以进行资源补给,我们新设计的装置可以支持更长时间(比如十年)的植物生长实验。”他说,我国空间站的科学实验项目征集已经开始,他已经感受到了生命科学对空间实验的旺盛需求。

  张涛正考虑将高等植物培养箱拓展为一个提供共性技术支持的实验平台,再通过个性化实验单元或模块设计来满足不同实验需求,包括加入人工智能技术,方便实时自主调整实验状态。“未来空间站将可能进行更复杂的人工实验操作,我们的实验平台还要考虑到航天员操作的便利性。”

  从空间冷原子钟到空间时间系统

  这几天,天宫二号空间冷原子钟项目在轨测试负责人、中国科学院上海光学精密机械研究所任伟博士内心有些失落。因为空间冷原子钟于7月16日正式关机了,过去近三年每天收数据、上注指令的忙碌日子结束了。

  

  “冷原子钟在天宫二号上表现完美,实现了每3000万年误差小于一秒的超高精度,这值得大家欣慰,目睹它的离去,不免有些不舍。”任伟说,不过在未来空间站上,将会搭载空间时间系统,由多台原子钟以及更多设备进行协调工作,进一步提升我国时间系统的精度。

  天宫二号在轨运行的近三年中,不少基础物理的实验载荷都取得了丰硕成果。比如,作为世界首台高灵敏度偏振探测器,“天极”望远镜在运行期间共探测到55个伽玛暴,发布了49个伽玛暴协调网络通告,将对伽玛暴辐射机制及黑洞的形成等基本天体过程的研究产生重要影响。

   

  如今,瑞士、德国、波兰等国科学家与中国科学家一起组成了扩大的“天极”望远镜后续国际合作团队,共同申请在中国空间站开展后续科学实验项目“伽马暴偏振探测仪二号”。据悉,该项目已正式选未来中国空间站上的国际合作实验项目。

  “千里眼”将在更多卫星上岗

  天宫二号获取的大量数据中,有很大部分来自搭载其上的各种“千里眼”。迄今,空间应用系统分发了地球观测载荷等数据产品37TB,支撑了70余项对地观测项目的研究,天宫二号目前的公益用户单位已达近80家。

  多角度宽波段成像光谱仪是其中一架高级“相机”,能对海洋水色和水温、叶绿素、大气云层、气溶胶等进行监测。“用它监测太湖水质、蓝藻爆发,分辨率精细尺度达到100米,而且可同时获取15个在轨选择的精细光谱探测通道。”该光谱仪主任设计师、中国科学院上海技术物理研究所研究员危峻说,包括对大尺度雾霾、长江入海口泥沙量的监测,这只“千里眼”都有出色表现。

   

  又如,三维微波成像高度计以超过指标预期的能力观测到大量海面波浪、浪涌、内波、旋涡等中小尺度海洋现象,同时获得大量海岸带、陆地水系和陆地三维地形测量数据,为全球气候与环境变化研究提供了重要依据。而多波段紫外临边光谱成像仪则首次实现了对全球中层大气进行分区准同时的探测。

  随着天宫二号离轨,这些“千里眼”留下的空白,该由谁来填补?危峻说,这些新设备、新技术,其实就是去天宫二号上经受“历练”的。当被证实有效可靠后,它们将会在我国下一代海洋、气象等业务卫星“上岗”,长期运行8到10年。比如,三维微波成像高度计就已被采纳为新一代极轨海洋动力环境观测卫星的主载荷,而多角度宽波段成像光谱仪也将搭载上我国下一代海洋卫星。

  惜别固然依依,我国航天事业的前路依旧漫漫。天宫二号,欢迎回家!下一次发射启程,我们将迎来空间站时代的新辉煌!

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