天宫二号空间实验室 里面有那些科学神器?(3)

　　空间环境分系统：

　　情报机构一直给人以神秘和神通广大之感。天宫二号上也有一个情报机构——空间环境监测及物理探测分系统，简称空间环境分系统。

　　顾名思义，空间环境分系统就是用来收集空间环境相关情报的。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。

　　中国科学院国家空间科学中心空间环境探测研究室就研制了空间环境分系统。这个系统由带电粒子辐射探测器、轨道大气环境探测器和空间环境控制单元3台仪器组成。带电粒子辐射探测器身上的16个小探头可以从16个方向全天候捕获天宫轨道上的高能带电粒子，实现舱外16个方向的电子、质子等带电粒子的强度和能谱监测。轨道大气环境探测器可以监测轨道大气密度、成分及其时空变化等，告诉你是谁拖延了天宫的脚步。

　　空间冷原子钟：钟表需要有多准?

　　当计时器的误差超过千分之一秒/天，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将陷入混乱;当误差超过十亿分之一秒/天，卫星导航定位、导弹精密打击等高精准度行为就会不同程度地偏离目标;而深空探测、引力波探测等科研活动，对时间精度要求就更高了。

　　科学家们找到了原子钟。原子超精细结构跃迁能级具有非常稳定的跃迁频率，利用这一特点，人们制作出高精度计时装置原子钟。当前地面上投入使用的最准确的原子钟，误差已降到万亿分之一秒/天。

　　但在地面上，由于重力作用，自由运动的原子团始终处于变速状态，原子钟精度受到限制。而在空间微重力环境下，原子团可以做超慢速匀速直线运动，获得更高精度信号。

　　中科院上海光机所的科学家们将激光冷却原子技术与空间微重力环境相结合，发展出空间超高精度冷原子钟。他们研制的“空间冷原子钟”已搭载天宫二号发射升空，这将成为国际上首台在轨运行并开展科学实验的“空间冷原子钟”，有望在空间轨道上获得较地面上的线宽窄一个数量级的原子钟谱线，提高目前原子钟精度，是原子钟发展史上又一重大突破。

　　三维成像微波高度计：

　　天宫二号上，有个“三维成像微波高度计”，是国际上首个实现宽刈幅海面高度测量并能进行三维成像的微波高度计。

　　传统海洋微波高度计在海洋观测中只能获得星下点3公里左右观测的范围，即获得沿轨迹方向星下点的一维海平面高度测量，天宫二号微波高度计则可实现35公里至40公里幅宽内的高精度三维海洋表面观测，极大提高了观测效率。

　　这种能力有何作用?占地球表面积71%的海洋蕴藏着可促进人类社会发展的巨大宝藏，但也是很多重大自然灾害发生的源头。海洋灾害的发生，往往伴随着海洋环境的异常变化，如局部海洋区域的海面高度和海面温度的异常升高。而海面高度的异常升高，例如“厄尔尼诺现象”，幅度仅为厘米级，只有微波高度计能够敏锐捕捉到这种细微变化。

　　人类只有深刻地、清晰地了解海洋环境的安全性，才能真正地开发和使用海洋资源。微波高度计项目的实施可为研究全球的海洋动力环境(包括海平面高度，海面风浪和洋流)提供直接的科学观测数据，同时也为全球能量交换、气候变化的研究提供不可或缺的科学依据。

　　天宫二号微波高度计的设计和研制，由中科院国家空间科学中心微波遥感技术院重点实验室领衔完成。

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