神舟十一号对接天宫　为建造正式太空站铺路

中国自主研发的第二个太空实验室“天宫二号”9月发射，为未来建设太空站铺路，明天（10月17日），“神舟十一号”载人飞船也将发射，对接“天宫二号”，两名太空人将进入“天宫二号”，驻留30天。

中国在1990年代制定载人航天工程“三步走”战略，第一步发射载人飞船早已实现，第二步建立太空实验室也随着“天宫一号”启用而成真，“天宫二号”升空后，则将担负起为第三步，即建造太空站探路的重责。中国载人航天工程办公室形容，与已完成任务、将在明年坠毁的天宫一号相比，天宫二号才是中国第一个真正意义上的太空实验室，将进行多项正规科学实验，并将为未来中国建造太空站积累经验和验证技术。

根据规划，天宫二号除了将在太空中展开包括太空冷原子钟、高等植物培养和伴随卫星飞行等14个应用和新技术试验，还将与“神舟十一号”载人飞船对接，两名太空人将进入天宫二号，驻留30天。在试验项目中，太空冷原子钟、空地量子密钥分配和伽玛暴探测较受外界关注。

太空冷原子钟　提升北斗定位系统

天宫二号装载了全球首台太空冷原子钟，它可以应用在全球卫星导航定位系统、深空探测和引力波测量等领域，可以强化中国自主建设的北斗卫星导航系统的导航精度，冲击美国在全球定位系统（GPS）上的垄断局面。现在美国GPS系统和北斗系统都是利用原子特定的跃迁频率，将原子作为精准的“节拍器”，再通过计算微波穿越卫星与地球之间的距离，提供精确度达到纳秒级（10-9）的定位。现有的原子钟每300万年才会出现1秒左右的误差，理论上钟的精度愈高，定位系统的精准度也会愈高。

太空冷原子钟利用了美籍华人朱棣文发明的激光冷却及俘获原子技术，利用激光捕捉几乎静止的冷冻原子，加长原子与微波的作用时间，使得原子钟的精准度提高至皮秒级（10-12）。在太空中，原子受重力的影响较少，原子与微波的作用时间将变得更长，有望令太空冷原子钟实现3000万年误差1秒的超高精准度。如实验成功，将使北斗导航系统精度达到厘米级，大大超越现有全球定位系统。不过太空多变的环境因素或会干扰冷原子钟的正常运作，影响试验结果。

中国此前成功发射世界首颗量子实验卫星“墨子号”，实现了全球首次卫星和地面之间的量子通讯。天宫二号会进一步测试量子通讯的核心技术——“量子密钥分配”（Quantum Key Distribution）。量子密钥分配通过利用光量子不可被分割、测量和复制的特性，建立以量子隐藏信息和量子锁加密的绝对安全通讯。另外，天宫二号还将验证量子密钥的形成、分发和提取等技术。

量子密钥分配　不可破解的密码

物理学上量子是指一个不能被分割的基本个体，是物理量的最小单元。在特定的情况下，两个量子互相接近后会发生纠缠现象，形成如同“双胞胎”般的纠缠量子。纠缠量子有被爱因斯坦称为“如鬼魅般的超距作用”，就算分隔万里，其中一个量子的状态发生改变，另一个量子也会发生同样的改变，这令量子成为防窃听的“神器”。如果有人尝试窃取量子间传递的信息，量子的状态就会发生改变，令人警惕情报已被窃听。而且处于量子状态的粒子不能被复制，一旦被复制，粒子将会毁坏，因此量子可以作为信息加密的锁，保护信息。

中国已建成用光量子传送信息的“京沪通讯干线”，但在光纤中光量子传递的距离很短，需要加速器帮助。在大气层中，光量子每次传送可达几千公里，因此中国科学家希望以卫星发射光量子，达致更大更广泛的量子传递。中国还将在未来几年发射多颗量子通讯卫星，希望在2030年左右建成包括国防、金融和商业等全球化的广域量子保密通讯网络。

伽玛暴偏振探测仪　探索宇宙起源

天宫二号还搭载了“天极”伽玛暴偏振探测仪，进行此次任务中唯一中外合作的科研项目，由中科院高能物理研究所牵头，瑞士日内瓦大学和波兰核物理研究所等科研机构参与研制。此项目将研究伽玛射线暴本质、宇宙结构、起源和演化等。

伽玛射线是能量最强的电磁波，比可见光强大几十万倍以上，因为有大气层的保护，宇宙中的伽玛射线无法直接到达地球，生物因而不受伤害。可也正因有大气层的阻挡，科学家无法在地面研究宇宙伽玛射线，只能通过卫星等探测器研究。

伽玛射线暴是伽玛射线突然增强和减弱的现象，虽然持续时间只有数毫秒至数百秒，但其间会释放巨大能量和辐射，瞬间亮度甚至有可能超越宇宙其他天体的总和，是作为研究宇宙大爆炸后宇宙高密度和高能量环境的最佳方法。

自从1973年发现伽玛射线暴以来，这领域的研究一直是天文学和物理学中一个前卫领域。1997年观测到的四次伽玛射线暴更被《科学》杂志评为年度世界十大科技成就之一。如果此次天宫二号获得新发现，可能会为研究宇宙结构和起源找到新的突破点。

明年再与“天舟一号”货运飞船对接

天宫二号的设计和天宫一号相似，都采用了两舱型结构设计（试验舱和资源舱），明天发射的神舟十一号载人飞船与天宫二号对接，运送两名太空人进入天宫二号驻留，为以后发展太空站积累经验和验证技术。届时，两名太空人预计会在太空逗留30天，将会是中国太空人在太空中逗留时间最长的一次试验。此前的记录由天宫一号和神舟十号载人飞船保持，当时三名太空人在天宫一号上逗留了12天才返回地球。

在完成载人飞行任务之后，天宫二号将在2017年上半年与“天舟一号”货运飞船对接，展开推进剂补加等相关试验，为未来建造太空站进行技术测试和验证。中国预计将在2020年左右建成正式的太空站，现在运作中的国际太空站则可能在同年退役，届时中国的太空站将成为唯一在地球轨道上运行的太空站。