神舟十一號對接天宮　為建造正式太空站鋪路

中國自主研發的第二個太空實驗室「天宮二號」9月發射，為未來建設太空站鋪路，明天（10月17日），「神舟十一號」載人飛船也將發射，對接「天宮二號」，兩名太空人將進入「天宮二號」，駐留30天。

中國在1990年代制定載人航天工程「三步走」戰略，第一步發射載人飛船早已實現，第二步建立太空實驗室也隨着「天宮一號」啟用而成真，「天宮二號」升空後，則將擔負起為第三步，即建造太空站探路的重責。中國載人航天工程辦公室形容，與已完成任務、將在明年墜毀的天宮一號相比，天宮二號才是中國第一個真正意義上的太空實驗室，將進行多項正規科學實驗，並將為未來中國建造太空站積累經驗和驗證技術。

根據規劃，天宮二號除了將在太空中展開包括太空冷原子鐘、高等植物培養和伴隨衛星飛行等14個應用和新技術試驗，還將與「神舟十一號」載人飛船對接，兩名太空人將進入天宮二號，駐留30天。在試驗項目中，太空冷原子鐘、空地量子密鑰分配和伽瑪暴探測較受外界關注。

太空冷原子鐘　提升北斗定位系统

天宮二號裝載了全球首台太空冷原子鐘，它可以應用在全球衛星導航定位系統、深空探測和引力波測量等領域，可以強化中國自主建設的北斗衛星導航系統的導航精度，衝擊美國在全球定位系統（GPS）上的壟斷局面。現在美國GPS系統和北斗系統都是利用原子特定的躍遷頻率，將原子作為精準的「節拍器」，再通過計算微波穿越衛星與地球之間的距離，提供精確度達到納秒級（10-9）的定位。現有的原子鐘每300萬年才會出現1秒左右的誤差，理論上鐘的精度愈高，定位系統的精準度也會愈高。

太空冷原子鐘利用了美籍華人朱棣文發明的激光冷卻及俘獲原子技術，利用激光捕捉幾乎靜止的冷凍原子，加長原子與微波的作用時間，使得原子鐘的精準度提高至皮秒級（10-12）。在太空中，原子受重力的影響較少，原子與微波的作用時間將變得更長，有望令太空冷原子鐘實現3000萬年誤差1秒的超高精準度。如實驗成功，將使北斗導航系統精度達到厘米級，大大超越現有全球定位系統。不過太空多變的環境因素或會干擾冷原子鐘的正常運作，影響試驗結果。

中國此前成功發射世界首顆量子實驗衛星「墨子號」，實現了全球首次衛星和地面之間的量子通訊。天宮二號會進一步測試量子通訊的核心技術——「量子密鑰分配」（Quantum Key Distribution）。量子密鑰分配通過利用光量子不可被分割、測量和複製的特性，建立以量子隱藏信息和量子鎖加密的絕對安全通訊。另外，天宮二號還將驗證量子密鑰的形成、分發和提取等技術。

量子密鑰分配　不可破解的密碼

物理學上量子是指一個不能被分割的基本個體，是物理量的最小單元。在特定的情況下，兩個量子互相接近後會發生糾纏現象，形成如同「雙胞胎」般的糾纏量子。糾纏量子有被愛因斯坦稱為「如鬼魅般的超距作用」，就算分隔萬里，其中一個量子的狀態發生改變，另一個量子也會發生同樣的改變，這令量子成為防竊聽的「神器」。如果有人嘗試竊取量子間傳遞的信息，量子的狀態就會發生改變，令人警惕情報已被竊聽。而且處於量子狀態的粒子不能被複製，一旦被複製，粒子將會毀壞，因此量子可以作為信息加密的鎖，保護信息。

中國已建成用光量子傳送信息的「京滬通訊幹線」，但在光纖中光量子傳遞的距離很短，需要加速器幫助。在大氣層中，光量子每次傳送可達幾千公里，因此中國科學家希望以衛星發射光量子，達致更大更廣泛的量子傳遞。中國還將在未來幾年發射多顆量子通訊衛星，希望在2030年左右建成包括國防、金融和商業等全球化的廣域量子保密通訊網絡。

伽瑪暴偏振探測儀　探索宇宙起源

天宮二號還搭載了「天極」伽瑪暴偏振探測儀，進行此次任務中唯一中外合作的科研項目，由中科院高能物理研究所牽頭，瑞士日內瓦大學和波蘭核物理研究所等科研機構參與研製。此項目將研究伽瑪射線暴本質、宇宙結構、起源和演化等。

伽瑪射線是能量最強的電磁波，比可見光強大幾十萬倍以上，因為有大氣層的保護，宇宙中的伽瑪射線無法直接到達地球，生物因而不受傷害。可也正因有大氣層的阻擋，科學家無法在地面研究宇宙伽瑪射線，只能通過衛星等探測器研究。

伽瑪射線暴是伽瑪射線突然增強和減弱的現象，雖然持續時間只有數毫秒至數百秒，但其間會釋放巨大能量和輻射，瞬間亮度甚至有可能超越宇宙其他天體的總和，是作為研究宇宙大爆炸後宇宙高密度和高能量環境的最佳方法。

自從1973年發現伽瑪射線暴以來，這領域的研究一直是天文學和物理學中一個前衛領域。1997年觀測到的四次伽瑪射線暴更被《科學》雜誌評為年度世界十大科技成就之一。如果此次天宮二號獲得新發現，可能會為研究宇宙結構和起源找到新的突破點。

明年再與「天舟一號」貨運飛船對接

天宮二號的設計和天宮一號相似，都採用了兩艙型結構設計（試驗艙和資源艙），明天發射的神舟十一號載人飛船與天宮二號對接，運送兩名太空人進入天宮二號駐留，為以後發展太空站積累經驗和驗證技術。屆時，兩名太空人預計會在太空逗留30天，將會是中國太空人在太空中逗留時間最長的一次試驗。此前的記錄由天宮一號和神舟十號載人飛船保持，當時三名太空人在天宮一號上逗留了12天才返回地球。

在完成載人飛行任務之後，天宮二號將在2017年上半年與「天舟一號」貨運飛船對接，展開推進劑補加等相關試驗，為未來建造太空站進行技術測試和驗證。中國預計將在2020年左右建成正式的太空站，現在運作中的國際太空站則可能在同年退役，屆時中國的太空站將成為唯一在地球軌道上運行的太空站。