空间科学与应用是我国载人航天工程的基本任务之一，中国科学院空间应用工程与技术中心是空间应用系统的总体单位，代表中国科学院牵头负责应用任务规划、系统设计、有效载荷研制、集成测试试验、有效载荷运行管理、数据应用及成果推广等。在载人航天工程第一步和第二步任务中，空间应用系统组织全国众多单位，全新研制了600余台套有效载荷，开展了60余项空间科学实验和应用试验，是目前我国在空间科学与应用领域，涉及学科领域最宽，规模最大，内容最丰富的研究活动。

　　在载人航天工程总体的坚强领导下，在各大系统的全力支持下，空间应用系统圆满完成了各项空间科学与应用任务，实现了预定目标，取得了丰硕成果。

　　下面我向大家介绍在空间应用任务实施情况、取得的主要成果以及后续任务安排。

　　载人航天工程第一步，空间应用系统在对地观测、地球环境监测、空间天文、空间生命科学、空间材料科学和微重力流体物理等领域开展了28项科学实验。神舟三号中分辨率成像光谱仪和神舟四号多模态微波遥感器是当时国际上先进的地球遥感仪器，前者主要进行陆地土壤/植被、海洋水色、大气水汽和气溶胶观测，后者采用微波辐射计、散射计和雷达高度计三种模态组合探测，为国家海洋资源开发利用，提供了重要数据。这两台遥感仪器技术体制和相关成果已经成功转移到我国海洋和气象系列卫星。

　　空间生命科学（蛋白质结晶、细胞培养、细胞融合、电泳分离和空间生物学效应）、空间材料晶体生长实验（多种半导体、金属、氧化物材料）和微重力流体物理学研究（液滴迁移实验）等，取得了一批具有国际水平的研究成果，促进了我国空间生命科学和微重力科学领域发展和实验水平提升。空间环境监测及预报研究，为飞船发射和在轨运行安全起到了重要的保障作用，并促进了相关学科研究的发展。

　　总体来看，通过实施载人工程前期任务，应用系统建成了先进的有效载荷在轨支持系统和有效载荷应用中心、空间环境预报中心等地面支持系统，为任务顺利实施提供了有力保障，推动了我国空间科学研究与应用技术全面提升,为后续发展奠定了坚实技术基础。

　　随着我国载人航天工程进入交会对接及空间实验室阶段，空间应用系统瞄准国际空间科学前沿、面向国家重大需求，在空间基础物理学、地球科学观测、空间科学实验与探测、应用新技术等领域开展了30余项空间科学实验与应用试验。

　　自2016年9月15日天宫二号空间实验室入轨，已在轨正常运行两年多。空间应用系统完成了既定的各项飞行试验任务，实现了预定的科学和应用目标，并取得如下科学和应用成果。

　　（1）空间基础物理学前沿取得重大突破，重点领域方向进入世界先进行列，取得了具有国际影响的成果。

　　天宫二号空间冷原子钟是国际上首台在轨运行的冷原子钟，根据在轨测试结果推算冷原子钟日稳定度达到7.2E-16，处于国际领先水平，该成果发表在国际学术期刊《自然-通讯》（Nature Communications）上。Science网站、路透社、塔斯社等国际媒体给予高度关注，国际同行专家给予高度评价。该实验掌握了冷原子团的在轨激光冷却、操控、与微波相互作用及冷原子探测等关键技术。原子激光冷却的方法和技术对未来空间高精度时频系统提供了直接技术支持。

　　天宫二号伽玛暴偏振探测仪（POLAR）是国际首台宽视场、高效率的宇宙伽马射线暴偏振探测仪器，开辟了伽玛暴偏振探测新窗口，成功探测到55个宇宙伽玛暴事例，已被美国、欧洲和俄罗斯等空间天文卫星观测所证实，为国际伽玛暴联合探测做出了重要贡献。伽玛暴偏振测量结果科学意义重大，已向国际著名知名期刊投稿。在国内首次实现了利用观测到蟹状星云（Crab）脉冲星的脉冲信号进行定轨，推动了脉冲星观测和导航技术发展。此外还成功观测到了太阳X射线暴，探测能力与国际天文卫星相当。

　　（2）地球科学观测遥感器采用了创新的技术体制，并率先实现了空间验证，彰显了载人航天工程空间应用技术体制创新引领作用，开展了遥感应用，取得了显著应用效益。

　　天宫一号高光谱成像仪是当时我国空间和光谱分辨率综合指标最高的光谱成像设备，具有波段多、光谱分辨率高的特点，具有地物精细特征的成像探测能力，主要用于获取地球环境监测的精细光谱图像。

　　天宫二号多角度宽谱段成像仪是集宽波段(可见光至热红外)光谱和多角度偏振成像的新型综合遥感器，在国内首次实现了12个多角度光学偏振遥感技术新体制验证，开拓了获取重要的陆地/海洋/大气信息的新途径。

　　天宫二号三维成像微波高度计国际首个用于海洋观测的宽刈幅三维雷达成像高度计，采用短基线、小角度干涉、新型高度跟踪、孔径合成结合的创新技术，是新一代雷达高度计的发展方向，对于整体上提升我国海洋环境监测、预测和预报能力具有重要作用。

　　天宫二号多波段紫外临边成像仪采用环形大视场和前向临边结合的准同时的观测方案，获得了全球大气密度、臭氧和气溶胶垂直结构及三维分布，在大气痕量气体监测、大气与环境预报、空间天气等领域具有广泛的应用价值。

　　以上地球观测遥感器的新型技术体制通过了在轨验证，相关技术成果拟转移转化至新一代海洋卫星、风云气象卫星等业务应用，彰显了载人航天工程空间应用技术体制创新引领作用。

　　（3）空间生命科学实验、空间材料科学实验、微重力流体物理实验发现了一批新的科学现象，提高了对于相关规律的认知，获得了具有特色的科学成果。

　　在空间生命科学方面，天宫二号高等植物培养实验，在我国首次完成了高等植物“从种子到种子”的空间长周期培养，国际上首次在空间获得了拟南芥开花基因启动子控制的绿色荧光蛋白表达规律，为未来建立以植物为基础的空间生命生态系统，控制植物的开花，提高系统的生产效率提供依据。

　　神舟八号任务开展了中德合作空间生命科学实验（共17项），首次分析得到了数十种在微重力下发生改变的植物细胞骨架相关蛋白,成功筛选得到了数千种植物微重力相关差异基因,深化了对空间基础生物学现象和过程的认知。

　　天舟一号任务开展了8项哺乳动物细胞空间培养实验，成功获取了微重力条件下细胞样品动态生长和变化规律，国际上首次在空间实现了人类胚胎干细胞体外分化为原始生殖细胞并存活33天、小鼠胚胎干细胞向中内胚层的成功分化，相关成果对于未来人类空间生殖及健康具有重要指导作用。

　　在空间材料实验方面，神舟七号首次开展了航天员参与的固体润滑材料试验和太阳电池基底薄膜材料的外太空暴露试验，获得了低地球轨道对材料性能、结构和失效机制的影响规律，为发展具有良好耐空间环境特性的新型润滑材料，满足航天发展需求，提供经验积累。

　　天宫一号首次以“遥影像”方式开展了空间复合胶体晶体生长实验，通过柯塞尔线（Kossel）衍射法研究单组元和双组元胶体晶体随温度与电场变化的相变动力学过程，为拓展由胶体晶体制备具备应用潜力的光子晶体材料积淀了理论认知和技术经验。

　　天宫二号开展了半导体光电子材料、金属合金及亚稳材料、新型功能单晶、纳米及复合材料等12种样品的空间制备实验，航天员顺利在轨完成了材料实验样品更换，提高了实验效率；获得了高质量的材料样品，发现了一批新的材料生长现象，提高了对于相关规律的认知。该项实验对于获得优质材料的空间制备技术和生产工艺，指导地面材料加工工艺的改进与发展具有指导意义。

　　在微重力流体物理实验方面，天宫二号液桥热毛细对流实验开展大普朗特数液桥体积效应和二次转捩等科学问题研究，获得了微重力下液桥热毛细对流多种效应和规律，丰富了相关理论模型，在基础研究和工程应用领域都有重要价值。

　　天舟一号蒸发冷凝实验首次实现了液滴蒸发与液层蒸发全过程的定量观测，获得了空间不同温度、体积和形貌的液体蒸发速率数据图和蒸发热流量变化规律，为空间热交换与冷却设备的设计提供了重要理论依据。

　　（4）开展了多项空间应用新技术试验，为未来空间应用技术发展提供了先进的解决方法和手段，实现了技术体制创新。

　　天宫二号量子密钥分配试验采用对光量子偏振调制的诱骗态方法，成功进行了天地量子密钥分配和激光业务数据传输，突破并验证了量子密钥生成、分配、提取、天地动态双向高精度跟瞄、光信道保持技术，密钥成码率、跟瞄精度优于技术指标要求。该项工作为我国量子科学卫星做了先期技术验证，并巩固了我国在空间量子科学技术方面的领先地位。

　　先后在神舟七号和天宫二号上成功开展了伴随卫星在轨释放、伴随飞行试验。在我国首次实现了对非合作目标近距离成像观测、远距离逼近、精确绕飞或飞越观测，获得了神舟飞船和天宫二号组合体的清晰图像，为未来新型航天器编队飞行奠定技术基础。

　　天舟一号非牛顿引力实验检验的关键技术验证项目验证了空间高精度静电悬浮加速度计技术，该加速度计整体性能达到国际先进水平，对我国其他空间计划（卫星重力测量、空间引力探测等）在弱力测量和惯性参考方面发挥了重要支撑作用，并已正式立项成为我国首颗重力卫星任务主载荷。

　　（5）国际合作打开了良好的局面，与国际著名空间机构建立了良好的合作关系，大大提高了我国在国际空间科学与应用方面的影响力。

　　神舟八号任务首次在载人航天领域成功开展了空间生命科学实验国际合作，德国宇航局（DLR）评价认为中德合作取得巨大成功。天宫二号伽玛暴偏振探测仪为中欧联合研制，充分利用了双方优势资源，在合作方式、管理模式积累了宝贵的国际合作经验。

　　这些国际合作任务的成功实施，显著提高了载人航天工程及空间应用系统的国际影响力和感召力，为在我国空间站上进一步扩大国际合作奠定了良好的基础。

　　目前，天宫二号有效载荷工作正常，有效载荷应用中心等地面系统正常运行，后续应用系统将按要求做好飞行器延寿期的实（试）验，继续开展数据服务和应用推广，进一步扩大应用效益。