科学仪器 筑梦航空|仪器周刊

大家好，欢迎大家收看仪器周刊第14期，本期由主播小鱼为大家带来一周资讯要闻。

近来，我国航空航天事业取得了多项令人振奋的进展，4月29日，中国空间站天和核心舱成功发射入轨，标志着中国空间站在轨组装建造拉开序幕，为后续关键技术延展和空间站组装顺利实施奠定了基础。

5月15日，在经过漫长的“奔火”和环绕火星的旅途后，我国火星探测任务天问一号探测器携“祝融号”首辆火星车在火星乌托邦平原南部预选着陆区着陆，首次留下了中国印迹。

在中国人探究宇宙奥秘的路上，众多科学仪器也发挥了重要作用，本期仪器周刊，我们就来盘点一下随着航天器升空的科学仪器们。

1、“天问”携“祝融”着陆火星，13种科学仪器全程护航!

5月15日，经过漫长的“奔火”和环绕火星的旅途后，我国火星探测任务天问一号探测器携“祝融号”首辆火星车在火星乌托邦平原南部预选着陆区着陆，首次留下了中国印迹。

天问一号由三部分组成：轨道器、着陆器、巡视器。这其中着陆器并不负责携带仪器。而在轨道器与巡视器上面，总共携带了13部仪器。

其中，7种仪器在火星上空的轨道器上，他们分别是中分辨率相机、高分辨率相机、次表层探测雷达、火星矿物光谱探测仪、火星磁强计、火星离子与中性粒子分析仪、火星能量粒子分析仪。另外6种分布在巡视器，也就是我们所说的“祝融号”火星车上，分别是多光谱相机、次表层探测雷达、火星表面成分探测仪、火星表面磁场探测仪、火星气象测量仪以及地形相机。

我们来分别看看它们都有什么作用：

环绕器上两台不同分辨率的相机，主要是用来拍摄火星表面的形貌及起变化，探究火星的地貌及其地质构造。其中高分辨率相机来自长春光机所，能在400km高度上实现2米的分辨率，总重量仅不到43KG。

在轨道器和火星车上的次表层探测雷达，则主要用来研究火星表面及一定深度的内部结构，用来对火星表层、次表层地质分层结构与组成类型以及搜寻水冰分布等研究。其中天问一号轨道器上面的雷达穿深几百米，能达到7.5米的精度。而祝融火星车上的雷达，工作在两个频段上，一个能探测10至100米深度，米级精度;另外一个探测10以内深度，厘米级精度，相比美国毅力号火星车的雷达性能优越的多。

而在轨道器和火星车上的火星矿物光谱探测仪、表面成分探测仪以及多光谱摄像机则主要用于研究火星表面物质组成，开展表面矿物组成分析。表面成分探测仪由中科院上海技术物理研究所负责总体研制，中科院西安光机所、上海光机所和长春光机所负责了部分组件的研制。结合了主动激光诱导击穿光谱(LIBS)探测和被动短波红外光谱探测技术，同时在原子尺度上和分子尺度上对物质成分开展分析，对着陆区的火星表面元素、矿物和岩石等开展高精度的科学探测。

除了对火星的地表土壤等进行研究之外，天问一号还要对其表面气候以及大气电离层等进行研究。轨道器上的离子和中性粒子分析仪和能量粒子分析仪就是主要用来分析火星大气以及太阳风对其影响的。而祝融上还有个气象测量仪，就是测温、测风、测气压，再加上麦克风，到时候大家可以听一听火星的声音。

最后，磁强计搭载在轨道器上，测量火星周边磁场情况，努力绘出火星的磁场图。

综上，通过这十三台仪器，天问一号虽然是中国第一次成功入轨的火星探测器，携带的仪器设备还是挺完善的，把MRO、MAVEN、火星快车等欧美多次发射的轨道器主要功能一次性都给办了。

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https://www.instrument.com.cn/news/20210309/574490.shtml

2、天和升空 科学仪器助力打造中国“太空实验室”

天和核心舱是中国空间站的首个舱段，中国空间站工程在今明两年将接续实施11次飞行任务，包括3次空间站舱段发射、4次货运飞船发射以及4次载人飞船发射，预计于2022年前后，天宫空间站才能正式建成，成为长期有人照料的国家级太空实验室。

划重点，中国空间站未来将成为一个大号的太空实验室。所以，天和号上搭载的实验设备是非常多的。据介绍，未来空间站将由天和、问天、梦天三个主要的舱段舱组成，其中问天、梦天都是专门的实验舱，在这些舱体内科共安排了10余个科学实验柜，每个实验柜都是一个高功能密度的太空实验室。同时，空间站舱外还安排了若干暴露实验平台，同时巡天空间望远镜与空间站共轨飞行。未来，这些重大设施可支持在轨实现9个学科领域30余个研究主题的科学研究，预计可滚动实施近千项实验项目。

我们这次先关注随天和核心舱发射入轨的两个实验柜：无容器材料实验柜和医学样本分析与高微重力科学实验柜。

无容器是利用外界物理场产生的作用力来抵消物体的重力，从而使物体处于一个无接触、无容器的状态。无容器材料实验柜通过静电悬浮技术实现无容器材料科学实验，温度可达3000℃，可进行金属、非金属等无容器加工研究，揭示地面重力环境难以获知的材料结晶、玻璃化、凝固、形核机理，获得先进材料的空间制备技术和生产工艺关键条件，指导地面材料加工工艺的改进与发展。

无容器材料柜的组成如图所示（有图），主要由无容器实验平台、真空与加压模块、实验电控模块等组成。其中，无容器实验平台上集中布局了科学实验腔以及半导体激光器、 CO2激光器、脉冲激光器、单波长测温仪、全景相机、高速相机等多种观察与物性测量设备，支持空间材料样品无容器加工实验和热物性测量。真空/加压模块为科学实验腔提供实验开展需要的真空实验环境或惰性气体压力保护环境。

医学样本分析与高微重力科学实验柜包括两部分，其中的航天医学实验装置主要包括太空离心机和太空医学样本冷藏箱。主要功能包括提供体液样品的的离心分离功能；提供4摄氏度低温冷藏功能；提供基于芯片实验室技术的人体体液样本中病毒核酸等生化指标在轨检测分析功能。其中太空离心机，由湘仪经过三年的开发与测试研制完成。

高微重力实验装置则支持开展需要高微重力水平的实验，包括相对论物理与引力物理研究、微重力流体动力学及材料科学研究、惯性和加速度传感器研究等。该实验装置通过悬浮实验台提供 10-5m/s²~10-4m/s²量级的高微重力环境。

除了这些科学实验柜之外，天和还搭载了不少仪器设备，用于空间站和航天员的保障工作。

其中，中国科学院大连化学物理研究所微型分析仪器研究组关亚风研究员、耿旭辉研究员团队研制的双通道气相色谱仪已于4月29日随天和核心舱发射升空，截至目前，运行状态良好，已开始下传检测数据。

双通道气相色谱仪是空间站环控生保分系统的重要部组件，用于舱内空气中微量挥发性有机物的在线监测。其双通道独立工作，一次采样可同时分析50多种有机组分，也可与质谱仪联用，是保障航天员在轨安全生存不可或缺的产品。该仪器研制历时8年，经过原理样机、工程样机、初样和正样阶段，最终成功。具有体积小、重量轻、功耗低，实现了关键器部件的国产化，为中国空间站环控生保系统提供技术支持和保障，为我国深空探测分析检测保障设备的研制积累了技术。

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