关于空间站，这几年给公众留下印象最深的恐怕就是电影《地心引力》了。NASA的美女航天员从国际空间站跑到中国的“天宫”空间站最终乘坐神舟飞船返回的剧情，让这部电影在中国赚足了票房。
虽然现在航天飞机已经退役，这场太空大戏很难上演（我们也不想让它上演！），但是天宫二号的成功发射，让我们距离自己的空间站更近了一步。
《地心引力》中的“天宫”空间站
什么是空间站
空间站是一种在近地轨道长时间运行，可供多名航天员巡访、长期工作和生活的载人航天器。这个概念最早可以追溯到1896年，然而直到1971年前苏联的“礼炮一号”发射升空，人类才有了第一个真正意义上的空间站。随后，美国的天空实验室空间站、前苏联的“和平”号空间站以及至今还闪亮在夜空的国际空间站相继建设，空间站经历从单舱室到多舱室，独立发射到国际合作的演化，成为人类空间实验的主要力量。
一般来讲，完整的空间站应该包括以下10个结构：
•主体结构
•电源供应系统
•温度控制系统
•姿势控制系统
•轨道操作和推进系统
•自动化控制机械系统
•计算机和通信系统
•环境与生命支持系统
•乘员生活设施
•乘员和货物运输系统
天宫一号(微博)作为“目标飞行器”，主要目标是交会对接实验，虽然其他各个系统都有涉及，但是并不完善，很多功能都是由神舟飞船提供的。而天宫二号也只是“空间实验室”，缺乏常驻人员的能力。
为什么要用空间站
空间环境为我们提供了地面上很难得到的实验环境：失重、高真空、没有大气……而这样的环境在地面上是很难做到的。比如失重，我们利用喷气式飞机做抛物线式的飞行，也只能获得每次不到30秒的失重环境，而在地球轨道上，几乎每时每刻都处于失重状态下。
普通的太空飞船往往因为体积小而无法放置大型设备，因为留空时间短而无法完成长时间的任务，无人值守而无法设置复杂的操作。这也就是为什么我们一定要修建空间站了。
细说“天宫二号”
承担天宫二号发射任务的是长征二号F T2火箭，火箭全长52米，近地轨道载荷为8.6吨。该型火箭是长征二号F的改进型，和载人航天使用的长征二号F Y型基本相同，只是顶部取消了逃逸塔。长征二号F系列火箭是我国目前最可靠，发射成功率最高的火箭。
长征二号F T2火箭与天宫二号飞船
天宫二号是在天宫一号备份星的基础上，根据天宫二号的任务的需要改装研制而成，是我国第一个真正意义上的空间实验室。和天宫一号相仿，还是以资源舱和实验舱组成的两舱结构，资源舱主要功能是为天宫二号在太空飞行提供能源和动力。实验舱主要功能是为航天员在太空生活提供洁净、温度和湿度适宜的载人环境和活动空间。
与天宫一号不同的是，天宫二号此次任务将不止满足于飞船交会对接实验，而是搭载了十余个科学实验，实验设备均以模块化设计，可以在轨进行更换，使天宫二号具有了空间站的雏形。
天宫二号任务时间表
•2016年9月15日 天宫二号发射
•2016年10月中下旬 神舟十一号发射，与天宫二号对接，两名航天员将在天宫二号里生活30天（天宫一号只有15天），参与科学实验
•2017年4月中旬 使用长征七号火箭发射天舟一号货运飞船，与天宫二号进行对接，开展推进剂补加和搭载载荷应用试验
天宫二号搭载的科学实验
•材料类
液桥热毛细对流实验：在失重条件下，我们常见的浮力对流消失，所以科学家一直在幻想可以在空间制备出高纯度的单晶。但是在这时，地面上名不见经传的热毛细对流打破了这个幻想。热毛细流动是由不同温度下液体表面张力不同引起的，甚至，当温差超过临界条件时，这种流动会进入一种震荡状态。看来，想在太空中得到高纯度单晶，我们就必须研究并解决这种奇怪的对流现象。
液桥热毛细对流实验箱
综合材料实验：该实验是利用综合材料平台对18个样品材料进行制备或检测。简单的说，就是把材料放到炉子里烧。不过这个炉子可不简单：最大功率只有200W，但是炉腔内的温度可以达到950℃（真空）/720℃（非真空），18个温度传感器又可以使炉内温度稳定程度达到±0.5℃。
综合材料实验装置
实验准备了18个样品，而实验炉的样品管理仓只有6个位置，这就需要航天员来手动更换样品，这也成了我国首个航天员参与的实验项目。
这18个样品各有千秋，在这里就不（wo）再（ye）展（bu）开（dong）。笔者个人最感兴趣的是“红外探测器材料InTeSb”，希望这个东西可以用在我们即将建设的大型红外望远镜上。
•航天类
空间冷原子钟：精确时间测量是现代科学的基础。利用冷原子喷泉钟技术，人类已经达到了1秒/3亿年的误差。但是对于原子钟来讲，原子通过微波腔的时间越长，精度越高。在地面上，原子在重力的作用下加速下落，时钟的精度受到限制。将冷原子钟放到空间运行，就可以使原子做超慢的匀速运动，这将大大提高时钟的精度。这一台空间冷原子钟将是人类第一个在轨运行的冷原子钟。
空间冷原子钟
另外，在空间，没有大气和电离层的干扰，冷原子钟可以更好的为其他卫星的星载原子钟进行对时。利用空间冷原子钟，就可以搭建更精确和稳定的全球卫星导航系统。
伴随卫星：伴随卫星已经不是第一次出现在中国的飞船上了，神舟七号就有这个小家伙伴随左右。相对于庞大的天宫二号，这个不到一百斤的小家伙就像一个小宠物跟在身边。别看它小，它可以利用身体灵活的优点，为天宫二号提供全天候的安全保障，及时发现空间碎片等潜在的危险目标。同时，它还可以为天宫二号以及前来对接的飞船提供舱外的监控，让我们可以实时了解飞船的状况。未来，还可以加入维修、通讯等功能，恐怕连R2-D2都要自愧不如了。
伴随卫星
迷你太空温室：人类要飞离地球走向宇宙，必须要携带绿色植物作为食物和氧气来源。天宫二号携带了两种代表性的绿色植物：水稻和拟南芥。水稻是我们的主食自不必说，而拟南芥是研究有花植物的遗传、细胞、分子生物学的典型物种，实验所用的拟南芥在开花基因中转入了一个绿色荧光蛋白，只要开花基因表达，荧光相机就可以捕捉到荧光信号。
利用天宫二号较长的服役期，可以完成植物“从种子到种子”的全周期培养实验。而且，航天员将对部分拟南芥样本进行回收，返回地面后供后续的分析研究。
全周期培养实验示意图
•观天测地类
“天极”望远镜：“天极”望远镜的全称是“天极”伽玛暴偏振探测仪（英文名POLAR），是专门用于测量伽玛暴偏振的高灵敏度探测器，是“天宫二号”搭载的所有实验中唯一的国际合作项目。
伽玛暴是宇宙中最暴烈的活动，一次持续几秒钟的伽玛暴释放出的能量可能会超过太阳百亿年里释放的能量总和。利用伽玛暴释放的伽玛射线我们可以探究宇宙极早期的秘密。然而地球大气为我们挡住了这致命的射线，所以我们只能将望远镜放到太空中去观测了。
虽然目前在天上有多个伽玛暴探测仪，然而伽玛射线系统的偏振观测这还是首次。利用偏振观测，我们就可以知道伽玛暴天体的磁场结构，为天文学家找到一条新的探索方向。
空间环境分系统：看似空荡荡的空间轨道上并不是一片虚无，各种高能粒子穿梭其间。这些粒子对航天器和航天员都有着潜在的威胁。该系统可以探测舱外16个方向的电子、质子等带电粒子的强度和能谱，获得宝贵数据的同时也为航天器和航天员提供预警。同时，该系统也可以检测轨道上的大气（近地轨道上还有及其稀薄的大气。）参数及变化，对空间环境污染进行监测。
宽波段成像光谱仪：这是一台遥感设备，安装天宫二号对地观测面的“肚子”上。它可以对大气、海洋、森林等目标进行观测，为我们提供遥感数据。
三维成像微波高度计：海平面几分米的升与降往往伴随着极端天气的出现。只有通过微波高度计才能测量到如此微小的变化。
高度计由两个安装在天宫二号两侧的天线组成，两个天线发射并接收相干信号，利用回波的干涉条纹就可以反演出海平面的高度值。
三维成像微波高度计
相比于传统的海洋微波高度计，天宫二号搭载的三维微波高度计在海洋探测方面宽幅提高了十倍，极大的提高了观测效率。
•其他类
液量子秘钥分配：该系统与墨子号相仿，主要验证量子通讯在载人航天的空地通讯时的应用。
中国未来的空间站
我国计划于2020年前后建成自己的空间站“天宫”。天宫采用与和平号类似的积木式结构，设计寿命十年以上，常驻人员3名，6个月轮换一次。那时，中国将真正跨入空间站俱乐部，成为继美俄之后第三个可以独立发射空间站的国家。
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