“我们这次在天宫一号上安放了两个探测器：多向粒子辐射探测器和轨道大气综合探测器。”搭载在天宫一号上的两个空间环境探测重要有效载荷，让中科院国家空间科学中心空间环境部主任王世金感到十分自豪。

在接受《科学时报》采访时，王世金说，与神四和神五上的同类载荷相比，这两套设备均已进入第三代，在技术和功能上都有显著提高，处于世界领先水平。

安全防护的“盾牌”

“相比过去航天器上的同类产品，这次的多向粒子辐射探测器做得很小，只有2.5公斤，可以测量电子、质子能谱，能覆盖16个方向，还可以测量重离子的效应。”王世金介绍，这也是目前世界上最先进的同类仪器。

在过去的神四和神五上也曾开展过高能粒子的探测工作，不过那时候“质子和电子各用了一台仪器，两台加起来接近7公斤”。

王世金介绍说，之所以要探测空间粒子，是因为在天宫一号运行轨道上，一些地区会有较多粒子分布，“空间中的粒子有的穿透能力很强，会对航天器和未来对接之后宇航员出舱产生影响”。

“一些穿透能力很强的粒子甚至可以打进航天器内部。多向粒子辐射探测器要测量的就是可以打进航天器内部的这些粒子。”王世金解释说。

此外，这项探测获得的数据对粒子的捕获、扩散、传输、加速等机制的研究，有重要意义。而且，这项探测还为空间环境预报提供了重要的参考和验证数据。

在多向粒子辐射探测器上，装载了16个粒子方向传感器、由7个传感器组成的2组粒子能谱望远镜和1个重离子辐射剂量传感器，功能相当完善。

“跟我们同样的仪器，国际上还没有。这次测量也是国际首次，拿到数据的话，就能相对明确轨道上粒子分布的情况。”王世金说。与之前很重且功能不全的产品相比，“进步是相当大的”。

为轨道调整提供数据

轨道大气综合探测器的主要作用是测量轨道大气的密度和成分。大气密度对航天器会产生阻力作用，被称为“拖曳效应”，也就是说，即使很稀薄的大气阻力，都会造成航天器高度下降。

王世金说：“我们要测量这个密度，看每天发生什么变化。”

尽管天宫一号飞行轨道的大气密度已经很低，但仍会对其轨道高度产生影响。

“正常情况下，一般飞行器的轨道变化高度在一两米左右，但在空间环境扰动大时，随着大气密度的变化，轨道高度会发生几百米甚至公里级的变化。”王世金说，扰动时如果没有实时的大气密度监测，就无法对航天器的轨道进行精确预报和提前调整。

例如，早期美国的一个空间实验室，正是因为轨道大气预报得不好，在运行几年后，提前陨落了。“原因就是大气密度的评估和轨道调整的策略出了问题。”

王世金说：“一方面，北京指控中心可以利用探测数据进行轨道计算，包括返回轨道的计算，也可以用这些数据作修正。另一方面，这些数据积累起来，可用于轨道环境的模型构建或修正，进行长期的空间环境研究。”

轨道大气综合探测器的另一个功能是探测大气成分，包括氧、水汽、二氧化碳和天宫一号发动机排出的氨类气体等。

“最早是在神三、神四、神五上放了大气密度和大气成分两台仪器，加起来接近8公斤。”王世金介绍，如今搭载在天宫一号上的轨道大气综合探测器，只有2.5公斤，但包括了探测大气密度、大气成分、大气污染三个功能，技术进步非常明显。

打开一个新领域

“顺利开机后获得第一批数据，应该在10月5日左右。”王世金说。

据了解，这两台有效载荷的研发，几乎与天宫一号的任务同步展开，前后经历了几年时间。

“空间环境是一个新兴学科，可以做的内容很多。尤其是随着人类进入太空以后，打开了一个新的领域，对空间环境也提出了一系列新的要求。”王世金十分看好这一领域。

我国载人航天从神舟一号到神舟六号，一共安排了80余项空间科学试验的任务。在载人航天第二步，神舟七号做了伴飞小卫星试验和空间润滑材料暴露试验。到了未来第三步，即空间站阶段，还将有更多的地球科学、空间天文、微重力流体物理以及空间应用新技术试验等科学实验在太空中进行。

王世金说，未来我国载人空间站建成，将会进行更多的空间地球科学及应用、空间生命科学与生物技术、空间材料科学、微重力基础物理、空间物理与空间环境、空间天文和空间新技术试验等多个领域的应用研究。

（原载于《科学时报》 2011-10-01 A1 要闻)