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天之情與氣之情
空間環境分系統(全稱：空間環境監測及物理探測分系統)主要用于實時監測“天宮二號”軌道上的輻射環境和大氣環境，實現艙外16個方向的電子、質子等帶電粒子的強度和能譜監測，以及軌道大氣密度、成分及其時空變化與空間環境污染效應監測等。
現代迷你太空溫室
隨著人類空間活動的深入開展，人類需要飛出地球，在地外空間長期生活和工作。綠色植物可為人類和動物提供必需的食物和氧氣。
在“天宮二號”空間實驗室中將開展兩種代表性的植物——擬南芥和水稻的培養實驗，著重探索在太空環境中如何控制植物開花結種的技術與方法，為建立保障人類長期空間生存所必需的生命生態支持系統奠定基礎。中國科學院上海技術物理研究所提供的高等植物培養箱具備在軌培養單元和樣品返回單元，能夠為植物生長提供必需的水分供給以及光照、溫度控制，具備實時可見光圖像和熒光圖像獲取功能，構成了現代的迷你太空溫室，為研究植物在太空的生長發育提供支持。
天宮里的尖端“數碼相機”
作為太空實驗室里的尖端“數碼相機”，寬波段成像光譜儀擁有相當深厚的“內力”。相機被安裝在太空實驗室對地觀測面的“肚子”上，有了它，“天宮二號”可謂擁有了“火眼金睛”的本領，看海洋，看大氣，樣樣精通。
天機不可泄露
研制“天宮二號”載荷“量子密鑰分配試驗空間終端”。通過高精度自動跟瞄(ATP)系統與量子密鑰分配地面終端配合，在地面站與目標飛行器之間建立起量子信道，并在此基礎上進行空-地量子密鑰分配試驗。
目標為實現世界上首個基于載人航天空間平臺的空-地量子密鑰分配演示實驗。為載人航天的空地間量子保密通信，以及未來的實用化天地一體廣域量子保密通信網絡建設打下基礎。
空間實驗大管家
如何“玩轉”以上高難度載荷任務并保障它們有序、安全地運行下去呢?這就不得不提我們的太空實驗大管家——“空間應用天地支持系統”，它是由有效載荷運控中心統籌規劃、集中管理，統一控制，天基有效載荷網絡接收地面指令后，調度有效載荷有序運行，兩者構成天地一體信息大回路平臺。
針對“天宮二號”液橋熱毛細對流實驗中天地實時交互和精細控制的實驗需求和特點，空間應用中心研制了目前我國首個基于虛擬現實技術和基于高速總線網絡的天地一體沉浸式遙科學實驗支持系統，極大提高科學家開展空間科學實驗的效率
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