Tiangong 2 () war nach Tiangong 1 das zweite Raumlabor der Volksrepublik China. Es war vom 15. September 2016 bis zum 19. Juli 2019 im All.
Aufbau Der Rumpf des Raumlabors war insgesamt 10,4 Meter lang und bestand aus einem Mannschafts- und einem Servicemodul, beide zylinderförmig, welche durch einen 1,1 Meter langen Übergang verbunden waren.
Das Mannschaftsmodul war 5 Meter lang und hatte einen Durchmesser von 3,35 Metern. Es enthielt unter anderem Geräte für wissenschaftliche Experimente sowie Bedienelemente für die Raumstation. Außerdem verfügte es über einen Kopplungsadapter für Shenzhou- und Tianzhou-Raumschiffe, über das, anders als bei Tiangong 1, auch eine Betankung des Raumlabors stattfinden konnte. Zwei Fenster gewährten der Besatzung einen Blick ins All und auf die Erde.
Das Servicemodul war ungefähr 3,3 Meter lang, bei einem Durchmesser von 2,5 Metern. Es enthielt insbesondere das Antriebssystem der Station, welches vom Shenzhou-Raumschiff übernommen worden war. Außen waren zwei Solarmodule zur Stromversorgung angebracht. Die für die Lebenserhaltung nötigen Sauerstoff- und Wasservorräte befanden sich im Übergang zwischen den beiden Modulen. Die Lebenserhaltungssysteme waren im Vergleich zu Tiangong 1 stark überarbeitet worden und ermöglichten einen wesentlich längeren Aufenthalt im Raumlabor. Während die Besatzungen von Shenzhou 9 und Shenzhou 10 nur neun bzw. elf Tage auf Tiangong 1 blieben, konnte Tiangong 2 fast einen Monat besetzt bleiben.
Nutzung Tiangong 2 wurde am 15. September 2016 mit einer Rakete des Typs Langer Marsch 2F/T in eine Erdumlaufbahn gebracht. Der Start erfolgte um 16:04 MESZ vom Kosmodrom Jiuquan.
Am 18. Oktober 2016 koppelte das Raumschiff Shenzhou 11 an. Die Raumfahrer Jing Haipeng und Chen Dong bildeten die erste und einzige Besatzung des Raumlabors. Sie blieben 29 Tage lang an Bord und stellten damit einen neuen chinesischen Rekord auf. Während dieser Zeit erprobten sie unter anderem ein Laufband, um dem Muskelschwund in den Beinen entgegenzuwirken. Eines der Probleme bei der Konstruktion des Laufbands war, die Fußtritte der Raumfahrer so zu dämpfen, dass sie die Fluglage der Raumstation und das Funktionieren der wissenschaftlichen Instrumente nicht beeinflussten. Jing Haipeng und Chen Dong führten Untersuchungen zu den Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf den menschlichen Blutkreislauf und fast 40 weitere Experimente an insgesamt 14 Geräten durch.
Pflanzenzucht Um Grundlagenforschung für ein zukünftiges Lebenserhaltungssystem zu betreiben, bei dem sich Raumfahrer selbst mit Getreide und Gemüse versorgen könnten, schickten Wissenschaftler vom Institut für Pflanzenphysiologie und -ökologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften unter der Leitung von Zheng Huiqiong (郑慧琼) am 15. September 2016 an Bord des Raumlabors eine Pflanzenzuchtkammer ins All, in der sie Samen von Acker-Schmalwand und Kulturreis in einem Substrat aus Vermiculit und Blähton ausgebracht hatten. Eines der Versuchsziele war, unter den Bedingungen begrenzter Ressourcen im Weltall den Ernteertrag zu maximieren. Dazu setzten sie die Pflanzen zwei unterschiedlichen Photoperioden aus, was auf der Erde dem lichten Tag entsprochen hätte: einer 16-stündigen Beleuchtung und einer 8-stündigen Beleuchtung. Acker-Schmalwand ist eine Langtagpflanze, die in Monaten mit langer Sonnenscheindauer blüht, Reis ist eine Kurztagpflanze. Der einer langen Photoperiode ausgesetzte Acker-Schmalwand wuchs zwar langsamer als die Vergleichspflanzen auf der Erde, er bildete jedoch während der Missionsdauer reife Schoten aus, die von den Raumfahrern geerntet und mit zur Erde genommen wurden. Zheng Huiqiong und ihre Kollegen zogen aus den Samen im Labor die nächste Generation der Pflanzen.
Die Schmalwand-Pflanzen selbst blieben, ebenso wie der Reis, im Raumlabor und wurden ferngesteuert weiter betreut. Dabei stellte sich heraus, dass die einer langen Photoperiode ausgesetzten Schmalwand-Pflanzen 65 Tage länger lebten als die Vergleichspflanzen auf der Erde. Die einer kurzen Photoperiode ausgesetzten Schmalwand-Pflanzen lebten gar 456 Tage länger als die entsprechenden Pflanzen auf der Erde. Auch der Reis wuchs deutlich langsamer als auf der Erde, er bildete keine Körner aus. Ein interessantes Phänomen bei den Reispflanzen war, dass die Guttation, über die die Pflanzen überschüssiges Wasser durch die Blattoberflächen in Tropfenform abgeben, stärker ausgeprägt war als bei den Vergleichspflanzen auf der Erde. Das Phänomen trat sowohl bei der langen als auch bei der kurzen Photoperiode auf, wobei der Effekt bei einer 16-stündigen Beleuchtung stärker ausgeprägt war als bei einer 8-stündigen. Die Wissenschaftler hoffen, dass dieser Effekt eines Tages zur Wasserreinigung im Weltall genutzt werden kann.
Seidenraupen Auf Anregung von vier Hongkonger Gymnasiastinnen hatte die Fabrik 529 der Chinesischen Akademie für Weltraumtechnologie zusammen mit der Fakultät für Pflanzenschutz (植物保护学院) der Landwirtschaftlichen Universität Chinas ein Experiment konzipiert, bei dem überprüft werden sollte, ob die Raupen der von einer Vorläufereinrichtung der Universität 1985 auf den Markt gebrachten und in China weit verbreiteten Seidenspinner-Hybridrasse „Herbstüppig × Weisse Jade“ (秋丰×白玉) Es handelt sich hier um die Kreuzung einer gestreiften chinesischen mit einer weißen japanischen Seidenraupen-Rasse. in der Schwerelosigkeit Kokons spinnen könnten. Hierzu ließen die Ingenieure aus von der Landwirtschaftlichen Universität zur Verfügung gestellten Eiern 4000 Seidenraupen schlüpfen. Daraus wählten sie zunächst die weißesten aus (damit ihr Verhalten von den Videokameras im Raumlabor gut dokumentiert werden konnte), aus diesen wiederum die größten, also kräftigsten. Dann mussten die Raupen eine Art Raumfahrerausbildung durchlaufen. Sie wurden auf den Rücken gelegt, und diejenigen, die sich am schnellsten wieder auf die Beine stellen konnten, kamen in die nächste Runde. Am Ende wurden sechs Raupen für die Mission ausgewählt.
Seidenraupen besitzen kein Skelett und können der Beschleunigung bei einem Raketenstart schlecht widerstehen. Daher entwarfen die Ingenieure für jede Raupe einen „Raumanzug“ aus Polyurethanschwamm, der sie rundum stützte. Nach der Ankunft im Raumlabor bekam jede Raupe einen eigenen, röhrenförmigen und mit Belüftungslöchern ausgestatteten Wohnbehälter, in dessen Endkappen sich eine Nährpaste aus zerkleinerten und angefeuchteten Maulbeerblättern befand. Die Innenseite des Behälters war mit einem Vliesstoff ausgekleidet, auf dem die Raupe auch in der Schwerelosigkeit herumklettern konnte. Bei der Seidenraupen-Aufzucht auf der Erde werden den Tieren Zweige zur Verfügung gestellt, an denen sie ihre Kokons befestigen können. Das Vlies in den Röhren wurde als Ersatz gut angenommen, und am 26. Oktober 2016, dem siebten Tag nach der Ankunft im Raumlabor, hatten sich fünf der sechs Raupen trotz der Schwerelosigkeit in ordentlichen Kokons eingesponnen.
An sich hätten die Seidenspinner 16 Tage nach dem Einspinnen schlüpfen müssen. Dies geschah jedoch nicht. Als die beiden Raumfahrer am 17. November 2016 das Raumlabor verließen, nahmen sie die Kokons in der Landekapsel ihres Raumschiffs mit zur Erde. Nach der Landung am 18. November 2016 wurden die Kokons zunächst eingefroren. Am 22. November 2016 übergaben Vertreter der Fabrik 529 die gefrorenen Kokons der Fakultät für Pflanzenschutz. Nach einigen Vorbereitungsarbeiten wurden die Kokons in einen Brutkasten gelegt. Schließlich schlüpften die Schmetterlinge, paarten sich und legten Eier, aus denen Seidenraupen schlüpften. Dabei gab es relativ viele Mutationen – die Raupen bzw. Puppen waren mehr als 32 Tage der kosmischen Strahlung ausgesetzt – manche der Nachkommen waren groß, andere klein. Mit der weiteren Vermehrung der Weltraumraupen gab es jedoch keine Probleme. Im November 2017 war man bei der dritten Generation von Raupen, die mehr als 10.000 Tiere umfasste.
Quantenschlüsselübertragung Während ihrer Zeit im Raumlabor führten Jing Haipeng und Chen Dong auch Versuche zum Quantenschlüsselaustausch durch. Anders als bei dem zwei Monate vorher gestarteten Experimentalsatelliten Micius, der Paare von verschränkten Photonen an zwei weit voneinander entfernte Bodenstationen schickte, die daraus ein One-Time-Pad erzeugten, mit dem sie über irdische Kanäle verschlüsselt miteinander kommunizierten, schickten die Raumfahrer hier mit einem Kommunikationslaser horizontal, vertikal, rechtsdiagonal oder linksdiagonal polarisierte Photonen aus dem All zu einer einzelnen Empfangsstation in China. Dort wurde daraus dann nach dem BB84-Protokoll eine als Einmalschlüssel fungierende Bitfolge erzeugt.
Der Schwerpunkt bei den Versuchen auf Tiangong 2 lag nicht so sehr auf der Verschlüsselung selbst, sondern auf der Übertragung des Schlüssels. Während diese bei Micius, der sich in einer sonnensynchronen Umlaufbahn befand, relativ gut beherrschbar war, bewegte sich das Raumlabor mit einer Geschwindigkeit von 8 km/s in einer um 43° zum Äquator geneigten, 15 Mal pro Tag um ein Stück vorrückenden Umlaufbahn. Von dieser sich ständig bewegenden Basis aus musste der Laser ein 400 km entferntes Teleskop mit einem Spiegeldurchmesser von 1 m treffen.
Kaltatomuhr An Bord des Raumlabors befand sich eine vom Shanghaier Institut für Optik und Feinmechanik (中国科学院上海光学精密机械研究所) in Zusammenarbeit mit dem Zentrum für Projekte und Technologien zur Nutzung des Weltalls der Chinesischen Akademie der Wissenschaften konstruierte Atomuhr, bei der ein Rubidium-Atomgas mittels Laserkühlung in mehreren Schritten auf 3,3 μK, also nahe an den absoluten Nullpunkt abgekühlt wurde. Durch die Schwerelosigkeit lag die Instabilität der Uhr um den Faktor 6 niedriger als bei einer vergleichbaren Atomuhr auf der Erde. Die Instabilität der Uhr in Tiangong 2 betrug 10−16 pro Tag, eine Größenordnung besser als die 10−15 der bislang in Navigationssatelliten eingesetzten Atomuhren.
Materialforschung Im Raumlabor Tiangong 2 befand sich ein vom Forschungsinstitut für weltraumbezogene technische Physik Lanzhou der Chinesischen Akademie für Weltraumtechnologie auf der Basis der bei den Missionen Shenzhou 2 und Shenzhou 3 eingesetzten Schmelzöfen entwickelter Materialforschungsofen. Wie bei den Vorgängermodellen konnten dort jeweils sechs Materialproben einzeln auf bis zu 950 °C erhitzt werden, wobei die Außenschale des Geräts mit bis zu 45 °C allerdings etwas wärmer wurde als auf den Shenzhou-Raumschiffen (40 °C).
Der wesentliche Unterschied war, dass hier nicht nur sechs von der Herstellerfirma vor dem Start in dem Gerät untergebrachte Proben behandelt werden konnten, sondern dass die Raumfahrer diese nach Ende einer Versuchsreihe entnehmen und gegen neue austauschen konnten. Der Ofen wurde noch im September 2016, direkt nach dem Start des Raumlabors, vom Zentrum für Projekte und Technologien zur Nutzung des Weltalls der Chinesischen Akademie der Wissenschaften per Fernsteuerung in Betrieb gesetzt. Nach ihrer Ankunft im Labor am 18. Oktober 2016 entnahmen Jing Haipeng und Chen Dong die Materialstäbe und ersetzten sie durch sechs neue, dann wieder im November vor ihrer Abreise. Die dritte Versuchsreihe lief dann fernüberwacht bis Dezember 2016. Enthält Foto des Geräts.
Roboterarm mini|350px|Roboterarm beim Fangen des Balls An die Steuerbordwand des Mannschaftsmoduls war der mechanische Arm eines in Entwicklung befindlichen Roboter-Raumfahrers der Polytechnischen Universität Harbin montiert.