天舟一號發射進入倒計時，將與天宮二號對接
據中國科技博覽網17日報道，“天舟一號”貨運飛船將於4月中下旬在文昌航天發射場發射，並開展貨物運輸補給、推進劑在軌補加、自主快速交會對接等多項關鍵技術試驗。屆時，天舟一號將與天宮二號空間實驗室交會對接，實施推進劑在軌補加、開展空間科學實驗和技術試驗等。
其實，服役不到一年的天宮二號，作為中國第一個真正意義上的空間實驗室，也一直承擔着地球觀測和空間地球系統科學、空間應用新技術、空間技術和航天醫學等領域的應用和試驗的功能。同時，也是載人航天曆次任務中應用項目最多的一次。涉及微重力流體物理、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以及新技術試驗等多個領域。
此間，我們將再次回顧“天宮二號”的一系列精簡設備：
“精”益求“精”：從日晷到冷原子鐘
超高精度空間冷原子鐘，這是一台什麼“鍾”？它在“天宮二號”空間實驗中扮演着什麼角色？又將對我們的生活產生什麼影響呢？一切還得從很久很久以前説起……
在人類文明進步和科學技術發展的歷史長河中，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。很久很久以前，我們的祖先記錄時間是利用天體的週期性運動。他們日出而作，日落而息，通過觀察自然現象，例如太陽和月亮相對自己的位置等來模糊的定義時間，這樣的時間被稱為自然鍾。
後來，人們逐漸發明瞭如日晷、水鍾、沙漏等計時裝置，能夠指示時間按等量間隔流逝，這也標誌着人造時鐘開始出現。
20世紀40年代開始，現代科學技術特別是原子物理學和射電微波技術蓬勃發展，科學家們利用原子超精細結構躍遷能級具有非常穩定的躍遷頻率這一特點，發展出比晶體鍾更高精度的原子鐘。
隨着激光冷卻原子技術的發展，利用激光冷卻的原子製造的冷原子鐘使時間測量的精度進一步提高，到目前為止，地面上精確度最高的冷原子噴泉鍾誤差已經減小到1秒/3億年，更高精度的冷原子光鍾也在飛速發展中。
人類計時工具的演變（劉琪製圖）
總而言之，“時間”成為現代科學技術中測量準確度最高的基本物理量，通過各種物理轉化，可以提高長度、磁場、電場、温度等其它基本物理量的測量精度，是現代物理計量的基礎。
那些未來世界的“英雄材料”
“天宮二號”太空實驗室史無前例地承載了10餘項太空實驗，其中好比科幻英雄的“綜合材料”實驗就藏在其中。
為了方便大家記憶，這裏我們根據材料的特點和漫威人物對應了起來，雖然性能不會非常一致，但力求有相關性，希望你們喜歡。
多晶碲化鋅(ZnTe)：
這種太赫茲材料未來將幫助我們實現建造更為高效且靈敏的外太空探測器的夢想。
銀盤俠：光溜溜的衝浪板和光溜溜的我，光溜溜的我從光溜溜的衝浪板裏冒出來~
在“天宮二號”空間實驗室，通過“碲溶劑法”用綜合材料實驗裝置進行微重力下ZnTe:Cu晶體生長的科學實驗。
探索微重力下生長晶體的組分分佈均勻性、缺陷濃度，研究揭示微重力下“碲溶劑法”生長高質量晶體的過程和機制，用以有效地指導地面晶體生長，提高材料質量，也為空間材料加工積累經驗。
目標是在“天宮二號”上完成晶體生長的實驗，以期獲得組分更為均勻、缺陷濃度低的晶體樣品 介孔基納米複合材料：
期待更加完美的光通信材料。
雷神：看我胳膊上的大小一致還閃閃發光的鎧甲，是不是很有科技感，如果是納米科技的就更給力啦~
在微重力下，通過對組裝有納米顆粒的有序介孔複合材料（Au/m-SiO2）進行高温處理，製備一類第二相納米粒子尺寸一致且高度分散的、具有增強的非線性光學響應性能的新型納米複合材料；通過地基與空間合成材料的實驗對比及理論分析，揭示材料顯微結構與非線性光學響應之間的關係。
單晶金屬合金：
更輕更硬更完美的未來合金材料。
魔形女：你喜歡什麼類型的女生？我給你變啊~
在空間和地面同樣工藝條件下開展Al-Cu-Mg（鋁-銅-鎂）單晶合金的定向凝固生長實驗，對比研究重力和微重力條件下Al-Cu-Mg（鋁-銅-鎂）單晶合金凝固微觀組織的差異，分析微重力對枝晶形態、元素偏析以及疏鬆、雜晶和雀斑等的影響及相關規律。
鐵電薄膜紅外焦平面列陣：
用熱成像看清世界的每一絲細節。
美國隊長：自從用上了外延生長技術，我的盾牌從此也光溜溜的反光了！快看我的盾牌！噠啦~
通過地基、空間對比研究，揭示sol-gel鐵電薄膜外延生長的機制，建立鐵電薄膜外延生長的工藝，生長出具有優良熱釋電特性的鐵電薄膜材料，為研製性能良好的非製冷紅外焦平面提供可靠的材料基礎。
“科學大家庭”羣像
説了這麼多，其實這些英雄材料在太空中的日子少不了整體平台的支持。
什麼樣的“伐木累”才能hold住這麼一羣有着洪荒之力的材料英雄們呢？
下面一一介紹。
中科院空間應用中心作為空間應用系統總體部，對12項太空實驗設備結構、熱控、系統設計及研發，空間電子學、空間計算機和空間信息工程方面全系統提供技術支持，保障實驗進行過程中“機、電、熱”穩穩的進行。
綜合材料實驗是由中科院物理所和中科院上海硅酸鹽所共同牽頭負責，和院內外6個研究所和大學共同承擔的材料科學實驗項目。
其中，物理所作為該項目的行政指揮與主任設計師單位，主要負責項目空間實驗的總體技術與科學研究內容實現的總體設計、任務的組織與調度、實驗裝置與科學實驗樣品的系統集成與地面試驗等工作。
上海硅酸鹽所作為行政副指揮和副主任設計師單位，主要負責空間實驗方案的技術實現、空間裝置的研製，項目的質量管理，與物理所一起共同組織實驗裝置與科學實驗樣品的系統集成和地面試驗等工作。承擔項目的裝置研製和科學實驗任務的單位還有航天科技集團510所，西北工業大學，中科院國家空間科學中心、上海技術物理研究所、上硅所、半導體所和金屬所。
最後感謝這些單位對本文提供寶貴資料與指導。
出品：科學大院（ID：kexuedayuan）
作者：中國科學院上海光機所、中國科學院物理研究所
監製：中國科學院計算機網絡信息中心中國科普博覽
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