借助太空特殊的环境，利用空间飞行器的特殊平台，科学家们可以开展许多地面上无法实现的科学实验和研究活动。实际上，这也是人类探索太空、建立空间站等航天平台的终极目标之一。

在我国载人航天工程中，空间应用系统的任务就是充分利用特殊的空间环境、空间资源，在飞行器提供的条件下开展各项空间科学实验和应用研究。

据了解，此次天宫一号和神舟八号交会对接任务中，天宫一号上主要安排了空间材料科学领域和空间环境探测领域的科学应用任务。

图1“天宫一号”空间实验室实体

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空间材料科学实验

据空间应用系统专家、中国科学院物理研究所副所长冯稷介绍，此次天宫一号上要执行的空间材料科学研究是胶体晶体生长实验，也是目前在国际上首次以这种形式探索空间胶体晶体生长的规律。主要达到两个目的：一是在空间的环境中，了解胶体晶体怎样形成；二是了解其形成和形态在外部条件控制下是怎样变化的。

之所以在太空做这样的实验，是因为到了空间飞行器上，在微重力甚至无重力条件下，与在地面上相比物理规律可能会有不同的表现。冯稷说，这个实验希望通过这样的空间平台，能够揭示一些物理现象，同时也为我们现实生活中可能潜在的应用材料发展做出科学上的判断。

图2 神舟二号、三号飞船上的空间材料多工位晶体生长炉

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空间环境探测实验

航天器在太空轨道运行过程中会受到微重力、低真空、带电粒子以及空间碎片等影响，而这些也构成了航天器的空间环境，对安全带来重要的影响。天宫一号需要执行的另一项主要任务就是空间环境探测实验研究。

空间应用系统专家、中科院国家空间科学中心空间环境部主任王世金介绍说，在天宫一号上有两台仪器，一台是多向粒子辐射探测器，它测量的是多个方向高能带电粒子，对航天器的安全防护、航天员出舱活动安全有重要意义。第二个仪器是轨道大气综合探测器。这台仪器主要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。“我们要测量这个密度，看每天发生什么变化。”

另外，在天宫一号运行的高度，大气成分中90%左右是原子氧。原子氧有很强的腐蚀氧化作用，对航天器表面的材料有腐蚀性，因此探测大气的成分也十分重要。

王世金说，两台探测器所获得的数据几个小时后就可传送回来，能在这次航天任务中直接使用。北京飞行指挥控制中心可以利用这些数据进行轨道计算，包括返回轨道的计算，都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。

据记者了解，我国载人航天发展第一步，也就是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。载人航天第二步，之前神舟七号也做了伴飞小卫星试验和空间润滑材料暴露试验。

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。

图3 月球自动采样返回探测器在月球表面自动采取月球样品

图片来源：http://news.cntv.cn/china/20100927/102504.shtml

资料来源：http://news.ifeng.com/mainland/special/tiangongyihao/content-3/detail_2011_09/30/9584316_0.shtml