天宮二號空間實驗室是在天宮一號目標飛行器備份產品的基礎上改進研制而成，全長10.4米，最大直徑3.35米，太陽翼展寬約18.4米，重8.6噸，采用實驗艙和資源艙兩艙構型，設計在軌壽命不小于2年，主要任務是接受載人飛船和貨運飛船訪問，開展空間科學實驗和相關技術試驗，驗證空間站建造和運營相關關鍵技術。

    按計劃，天宮二號空間實驗室發射升空后，將開展平臺和空間應用載荷測試，并于神舟十一號飛船發射前，做好與神舟十一號飛船交會對接的準備。因為天宮二號只有一個交會對接口，必須等神舟十一號載人飛船撤離太空后，在明年才會與天舟一號貨運飛船交會對接。天宮二號任務密度較大，將進行在軌維修和空間站技術驗證等試驗，這將是我國建設空間站之前進行最后一次全面的技術驗證。

    天宮一號的主要目標是驗證交會對接技術，而天宮二號則將開展較大規模的空間科學實驗和空間應用試驗以及航天醫學實驗，安排了一批體現科學前沿和戰略高技術發展方向的科學與應用任務。

    天宮二號原本是天宮一號目標飛行器的備份產品。中國航天科技集團公司第五研究院天宮二號總設計師朱樅鵬表示，天宮一號成功發射后，這個備份產品并沒有被浪費掉，而是把它的設備用來做天宮二號。

    “因為備份產品在地面上存放已久，我們對設備和材料進行了壽命試驗，更換了一些非金屬材料，對設備做了延長壽命的處理，確保天宮二號質量的可靠性。”朱樅鵬說。

    中國載人航天工程辦公室副主任武平表示，早前發射的天宮一號已于2016年3月16日全面完成了其歷史使命。天宮一號預計2017年隕落，大部分結構部件將在隕落過程中燒蝕銷毀，對航空活動以及地面造成危害的概率很低，可能性極小。天宮二號在軌任務末期，將受控離軌，隕落至太平洋海域，不會成為太空垃圾。

    中國載人航天的“三步走”戰略現正處于第二步第二階段。天宮一號發射成功，中國載人航天進入了空間實驗室階段；天宮二號的發射成功，標志著我國即將邁入空間站時代。空間站建設是我國載人航天工程戰略的第三步，計劃于2020年左右建成，2022年全面運行。

    空間站是多艙段的飛行器，每艙段的重量可達20噸，有多個交會對接口，能實現多飛行器同時對接，所以未來空間站的“塊頭”將比天宮二號大很多，將長期在軌運行十幾年，航天員在空間站駐留可能達到一年以上。空間站建設涉及航天員長期駐留、微重力環境下艙內外設備維修、推進劑補充加注等一系列關鍵技術支持，需要通過先期試驗來掌握。

    天宮二號將在太空完成哪些實驗？

    天宮二號是我國首個真正意義上的空間實驗室，將完成14項空間科學和應用任務，是載人航天歷次任務中應用項目最多的一次。

    天宮二號空間應用系統總設計師趙光恒說，這些任務涉及微重力基礎物理、微重力流體物理、空間材料科學、空間生命科學、空間天文探測、空間環境監測、對地觀測及地球科學研究應用以及應用新技術試驗等8個領域。其中空間科學實驗與探測項目包括空間冷原子鐘實驗、液橋熱毛細對流實驗、綜合材料制備實驗、高等植物培養實驗、伽瑪暴偏振探測等；對地觀測及地球科學研究項目包括寬波段成像光譜儀、三維成像微波高度計、紫外臨邊成像光譜儀；應用新技術試驗項目包括空地量子密鑰分配試驗、伴隨衛星飛行試驗等。

    航天員親身參與兩項實驗

    天宮二號將與擬于10月中下旬發射的神舟十一號載人飛船對接。航天員將進入天宮二號，參與操作高等植物培養實驗和綜合材料制備實驗。

    高等植物擬南芥和水稻將隨天宮二號進入太空，科學家將研究植物種子在太空中萌發、生長、開花、結籽的全過程，從而了解和掌握未來太空農業發展的可能。航天員將回收部分植物樣品供地面進一步分析研究。

    綜合材料制備實驗選用多種新型結構與類型的材料樣品進行研究，如新型納米復合光學材料、高性能熱電轉換材料、多元復相合金等。科學家們將揭示這些材料在地面重力環境下難以獲知的物理和化學規律和性質。值得一提的是，研究人員歷經三年多研制的綜合材料實驗裝置，只用了電水壺功耗的1/9至1/5，卻能實現真空環境下最高950攝氏度的爐膛溫度。航天員將對材料實驗爐進行開蓋換樣操作，這將是我國首次實現空間材料實驗的航天員在軌操作。

    “天極”望遠鏡是唯一的國際合作項目

    “天極”望遠鏡的全稱是“天極”伽瑪暴偏振探測儀，由中科院高能物理研究所牽頭，瑞士日內瓦大學、瑞士保羅謝爾研究所、波蘭核物理研究所等參與，是天宮二號上唯一的國際合作項目。

    伽瑪暴是宇宙伽瑪射線暴的簡稱，它的起源及相應的物理過程一直是天文學最前沿課題之一。這十幾年來，人們對伽瑪暴的研究取得了長足進步，但有關伽瑪暴的一些基本問題還是沒有得到很好解決。

    作為國際上最靈敏的伽瑪暴偏振探測儀，“天極”的探測效率比國際同類儀器高幾十倍，它預期運行兩年，可以探測到大約100個伽瑪射線暴，為更好地理解宇宙中極端天體物理環境下最劇烈的爆發現象的產生機制作出重要貢獻。

    搭載國際第一臺空間運行的冷原子鐘

    天宮二號搭載了多項空間物理實驗，如空間冷原子鐘實驗、空地量子密鑰分配試驗等，均屬國際科學前沿，科學意義重大。

    冷原子鐘是一種高精度的計時裝置。科學家們將激光冷卻原子技術與空間微重力環境相結合研發成功的空間冷原子鐘，將成為國際上第一臺空間運行的冷原子鐘，可以使飛行器自主守時精度提高兩個量級。該實驗在原子物理研究方面具有重大意義，在國防安全、高精度星鐘等方面具有廣泛應用價值。

    量子密鑰分配試驗將在基于載人航天空間平臺上實現天－地量子密鑰傳輸試驗，以及業務數據天地激光通信。該實驗將為未來建立不可破譯的信息安全系統、在國際上率先建立實用化的保密通信網絡奠定基礎。

    伴隨衛星成天宮二號“自拍神器”

    我國載人航天的歷次巡天任務都少不了在浩瀚的宇宙中從各個方位“感知”地球。天宮二號也搭載了多個新一代對地觀測遙感器和地球科學研究儀器。

    如寬波段成像光譜儀、三維成像微波高度計、紫外臨邊成像光譜儀等，突破了系列關鍵技術，在資源環境、生態環境、農林應用、海洋環境、大氣污染和大氣成分監測以及全球變化研究等領域有著廣泛應用。

    天宮二號飛行期間還將在軌釋放一顆伴隨衛星。伴隨衛星飛行試驗將進一步驗證小型高功能密度衛星、在軌釋放、駐留伴隨飛行等技術，并為未來新型航天器編隊飛行技術奠定基礎。

    這顆伴隨衛星搭載了高分辨率全畫幅可見光相機，將在空間繞飛試驗過程中對天宮二號與神舟十一號組合體進行高分辨率成像，堪稱天宮二號和神舟飛船的“自拍神器”。

    空間環境分系統將實時監測輻射環境

    航天員和航天器進入太空面臨著外層空間環境的影響。在太空中，能量很高的帶電粒子輻射可能導致航天器材料性能下降或損壞，也可能破壞航天員的器官組織，嚴重時甚至有生命危險。另外大氣環境也會對運行其中的航天器產生影響。

    天宮二號空間環境分系統由帶電粒子輻射探測器、軌道大氣環境探測器和空間環境控制單元3臺儀器組成。它們將實時監測天宮二號軌道上的輻射環境和大氣環境，實現艙外16個方向的電子、質子等帶電粒子的強度和能譜監測，以及軌道大氣密度、成分及其時空變化與空間環境污染效應監測等。

    天宮二號為航天員配單車和跑步機

    天宮二號是我國首個具備補加功能的載人航天科學實驗空間實驗室，首次實現航天員30天中期駐留、首次應用推進劑補加技術、提前驗證空間站技術，并開展大量載荷科學和應用試驗。為了使航天員在30天駐留期間生活和工作得舒適愜意，這個約16-18立方米的“大開間”有哪些奧妙之處呢？北京青年報記者走進了中國航天科技集團公司，一探“大開間”的奧妙。

    配有一個裝有靈巧手的機械臂

    天宮二號是一個外部真空、內部有一個大氣壓的結構。評價安全性的重要指標，是漏氣量要非常小。天宮二號是金屬結構，但由于功能需要還有觀察舷窗、開關艙門等，這些都是容易漏氣的環節。航天五院的設計師根據各種結構特點設計了多種密封結構，其中最為關鍵的就是密封圈。一般密封圈都存在老化問題，何況太空中溫度變化更加激烈。設計人員從密封圈的配方、結構形式、設計等多方面下手，又通過大量實驗，終于取得了成功。

    在兩名航天員進入天宮二號后，將全方位對他們進行監測，對航天員的各類行為進行數據采集。這些數據，將應用于今后航天員在太空中長期駐留相關項目的研制和改進。在天宮二號中，有一個裝有靈巧手的機械臂，它可以按照指令做旋轉螺絲、拆卸設備等動作，開展維修技術試驗。技術成熟后，它可代替航天員檢修艙外設備，從而大大降低維修的風險和成本。

    此外，推進劑補加技術是天宮二號的重要試驗之一，這也是空間站長期飛行必須掌握的重要技術。如果這次試驗成功，我國將成為繼俄羅斯之后，第二個掌握在軌推進劑補加核心技術的國家。

    床頭藍牙音響可接收緊急呼叫

    為了讓航天員在太空中有盡量大的活動空間，天宮二號結構尺寸基本按運載火箭可容許的最大包絡做設計。但這給工程人員帶來巨大的挑戰，因為“大開間”在滿足舒適的同時，必須非常輕并且特別結實。工程人員經過反復計算，研制出了這個直徑3米多的薄壁“大家伙”。此外，噪音也是航天員舒適生活的一大影響因素。為最大限度地減噪，設計人員在天宮二號里制定出嚴格的生活區和儀器區噪聲控制指標，以最大限度地把噪聲控制在最小范圍之內。

    “我們有意識地把地板和天花板用顏色進行了區別，墻壁也采用了非常柔和的米白色。為了防止碰撞，天宮一號的地板和墻壁非常柔軟，但航天員從太空回來后，提出還是硬質墻壁和地板好，所以在天宮二號中我們進行了改變，實驗艙內采用了硬材質。”中國航天科技集團公司第五研究院天宮二號總設計師朱樅鵬表示。

    在內部設施方面，天宮二號配備了多功能工作臺，不用時可以折疊，打開后則可以在上面進行電腦操作、閱讀、進餐等。對通風口也進行了改造，降低了噪音。在睡眠區，燈光可以調節，廣播也可以關閉，航天員可以攜帶一些個人物品，如家人的照片等。床頭有一個藍牙音響，可以接收地面傳輸的緊急呼叫，而航天員的頭戴式耳機也改成了無線的。

    天宮二號內部還加入了很多特色元素，包括中國載人航天工程的標志、航天科技集團公司的標志，另外為紀念中國航天事業創建60周年，艙內還會有專門設計的符號。

    為航天員配備筆記本電腦、平板電腦

    天宮一號太空授課的情景讓很多人印象深刻，這歸功于航天人研制的測控與通信子系統中的圖像、話音設備。它們為神舟十一號飛船、天宮二號空間實驗室裝上了眼睛和耳朵。天宮二號裝備的艙內和艙外攝像機，使我們能看到航天器內外的實時影像；雙向圖像編解碼設備在保證圖像質量的前提下大大節約了天地通信帶寬；采用高保真編碼體制的話音設備能夠與航天員進行實時通話，就算播放高質量的音樂也不在話下，讓地面人員能在幾百公里之外監測天宮二號和神舟十一號的一舉一動。

    “考慮到航天員要在天宮二號進行中期駐留，我們為航天員配備了筆記本電腦、平板電腦，航天員不僅可以工作，還可以進行娛樂、閱讀；同時，航天員在太空可以收看電視節目，與家人進行短信交流。”朱樅鵬說。

    體能鍛煉方面，為航天員配備了健身單車、跑步機。當然，跑步機是特制的，需要用兩根橡皮帶從機器上綁住肩膀才能進行跑步。在飲食方面，最大程度地考慮到每名航天員的個人偏好，特制了一批太空食品。個人衛生方面，準備了特制的濕巾和刮胡刀，對集便袋進行了改進，使其氣壓低于艙內，防止氣味擴散。