天宮一號空間科學實驗和應用研究取得豐碩成果

　　【中國載人航天工程網 2012年8月1日】2011年9月29日，我國在酒泉衛星發射中心成功發射了天宮一號目標飛行器。利用目標飛行器的實驗支持能力，載人航天工程空間應用系統開展了三項空間科學實驗和應用研究，截至目前，相關科學實驗與應用研究已取得了一系列重要成果。

　　高空間分辨率、高光譜實現“看得更清、分得更細”

　　由中科院長春光學精密機械與物理研究所和中科院上海技術物理研究所共同研制的高光譜成像儀，是目前我國空間分辨率和光譜綜合指標最高的空間光譜成像儀，可實現納米級光譜分辨率的地物特征和性質的成像探測。

　　相對傳統的多光譜遙感受到光譜通道數量和光譜分辨率的限制，高光譜遙感通過連續測量地物相鄰的光譜信號，可以反映不同地表物質與電磁輻射相互作用的差異，因此在農情監測、作物估產、國土資源調查、環境評價和監測、城市動態變化監測、地質調查等領域具有巨大的應用潛力。

　　同時，與目前國際上尚在運行的衛星高光譜遙感器(如：MODIS、EO-1 HYPERION、PROBA CHIRS)相比，天宮一號上的高光譜成像儀在波段范圍(覆蓋可見-短波紅紅外范圍)、波段數目以及空間分辨率等成像基本參數上具有相當的優勢。

　　截至7月26日，該高光譜成像儀已在軌穩定運行近7000小時，獲取了大量有價值遙感數據，經初步處理后，已分別向國土資源部航遙中心、國家海洋局國家衛星海洋應用中心、中國林業科學研究院，以及中科院遙感所、對地觀測與數字地球科學中心、青藏高原研究所、寒區旱區環境與工程研究所等用戶單位提供數據2TB，為各類用戶開展地質調查、礦產和油氣資源勘查、水文生態監測以及環境污染監測分析提供了支撐服務。

圖：甘肅北山高光譜數據礦物分布圖(來源：中科院空間應用總體部)

　　多傳感器綜合探測實時監測空間環境“一舉一動”

　　天宮一號目標飛行器上搭載的另一有效載荷——空間環境監測及物理探測設備由中科院空間科學與應用研究中心研制，其主要功能是綜合監測高能帶電粒子輻射、軌道大氣環境參數，為空間環境預報、空間環境變化機理研究以及目標飛行器、飛船和航天員的安全保障提供準實時監測數據。

　　該套設備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共3臺儀器組成。其中帶電粒子輻射探測器是國際上首次在近地軌道開展多方向帶電粒子探測的儀器。該探測器突破了多方向傳感、多傳感集成、抗干擾等關鍵技術，為實現空間粒子輻射實時監測和警報以及粒子分布和變化規律研究提供了依據，也使我國的高能粒子輻射探測技術實現跨越式發展。

　　軌道大氣環境探測器采用多探頭組合等技術，在實時監測軌道大氣密度、成分、微質量及其時空分布變化的同時，兼具原子氧及其它空間環境污染效應監測的功能，這些功能對于目標飛行器和飛船軌道、姿態控制以及精確變軌的實施提供了重要保障。

　　結合探測數據，空間應用系統開展了利用軌道大氣密度實測值修正大氣密度模式預測值的研究和太陽與地磁活動指數的中期預測研究，這些研究成果直接應用于天宮一號、神舟九號載人交會對接任務空間環境預報，提高了軌道大氣密度預測精度，服務于高精度軌道預報。

圖：2012年1月地球同步軌道觀測到的強太陽質子事件(來源：中科院空間應用總體部)

　　“可見光衍射”解析膠體晶體結構

　　復合膠體晶體生長與相變實驗的科學目標是：在空間微重力條件下，研究亞微米尺寸的帶電膠體顆粒懸浮液在不同電場和溫度下的結晶和相變過程，探索重力對膠體晶體自組裝的影響。這也是首次在空間科學實驗中采用可見光衍射方法(科塞爾線方法)實現膠體晶體的結構解析。

　　目前，三個實驗樣品共計在軌開展實驗19次，其中等溫變壓實驗12次，自然結晶實驗6次，地面同步開展實驗，通過天地對比發現重力對結晶實驗過程都存在不同程度的影響。

　　該實驗為拓展由膠體晶體制備光子晶體，促進光子器件的發展，開發其在微波通訊、濾波技術等方面的應用潛力，積累了理論和技術基礎，也為空間站長壽命科學實驗進行了關鍵技術驗證，獲取了長期在軌科學實驗運控管理的寶貴經驗。(楊吉)

圖：空間實驗獲得激光衍射科塞爾線圖案和晶體形態圖像(來源：中科院空間應用總體部)