空间冷原子钟实验是首次在空间轨道利用激光冷却的原子进行的原子钟实验，对微重力环境下冷原子钟的潜力进行了充分验证，为满足空间科学和技术、深空探测、广义相对论验证、基本物理常数测量等对空间超高精度时频基准的重大需求奠定基础。  

“天宫二号空间冷原子钟”在天宫二号空间实验室成功应用，首次在空间轨道获得了温度约为3.3 μK的冷原子团，利用冷原子团与微波相互作用获得了线宽小于0.8 Hz的冷原子钟鉴频曲线，实现了天稳7.2×10-16量级的高精度空间冷原子钟在轨运行。

由于空间冷原子实验的成功，2017年7月项目组受邀在法国召开的国际时频会议上做邀请报告，大会主席认为该报告是本次会议最具特色的工作之一。今年4月美国NASA破例邀请了项目组成员在今年美国召开的NASA基础物理讨论会上做报告，用NASA总部的相关人员的话说，这是一次历史性的突破。会上，美国科学家对我们的工作给予了高度评价。

国内首次研制完成专门用于天体伽马射线暴偏振探测的天文观测仪器。通过数据分析，国际上首次得到了伽马暴偏振度普遍较低的结论，对伽马暴辐射机制的研究以及黑洞的形成等基本天体物理过程的研究产生重要影响。同时，国内首次在轨观测到脉冲星并且成功地实现了脉冲星导航技术验证实验，和理论预期一致。脉冲星导航实验结果已经发表，并引起了美国JPL实验室（Jet Propulsion Laboratory，美国宇航局喷气推进实验室）的关注，给予了高度评价（同类工作只引用了POLAR和国际空间站的相关工作，而且POLAR首先实现）。伽马射线暴偏振的主要研究成果准备近期投稿在著名国际性科技期刊上。

量子密钥分配试验采用对光量子偏振调制的诱骗方法，成功进行了空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、跟瞄精度比技术指标有量级提高。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。

三维成像微波高度计作为国际上第一个星载干涉成像雷达高度计，代表了具有宽刈幅海面测高和成像能力的新一代雷达高度计的发展方向，首次验证了采用短基线、小角度干涉进行宽刈幅海面测高的新技术体制。三维成像微波高度计基于干涉测高原理，采用全对称镜像设计技术实现了高精度干涉相位测量，研发了高精度、高保相的数据处理算法，达到了8.2cm的宽刈幅海面相对高度测量精度。在国际上首次星载应用300W量级的大功率长寿命固态脉冲功放。

国际首台集宽波段(可见、短波、热红外)光谱和多角度偏振成像的综合遥感器，国内首次空间应用的自研双通道InGaAs短波红外和自研双通道HgCdTe热红外长线列焦平面探测器组件，是目前在轨运行覆盖光谱范围最宽、且地面分辨率最高（100m）的水色遥感器（包括美国MODIS、VIIRS，欧空局OLCI，韩国GOCI等）。同时，仪器在国内率先实现了多角度光学偏振遥感技术新体制，填补了我国天基多角度光学偏振成像的空白。

多波段紫外临边成像仪在国际上首次采用环形大视场和前向临边结合的准同时观测方案，获得了全球大气密度、臭氧和气溶胶垂直结构及三维分布。

突破了宽谱段、高光谱、小型化紫外临边高光谱成像仪设计及精密集成技术，研制出我国首个临边探测功能的空间载荷，实现了10~60km高垂直分辨率的大气臭氧及其他成份探测；突破了超大视场、多方位紫外环形临边成像仪设计、精密集成及多光路平行性调校技术，突破了超大视场紫外成像仪高精度光谱定标、辐射定标和几何定标技术，研制出国际上首个具备环形临边观测功能的大气成分探测光谱成像仪，可以实现高时空分辨率的大气成份探测；突破了紫外波段大动态范围、微弱信号的定量成像探测技术，为高质量的大气成分信息获取提供了技术基础。

液桥热毛细空间实验在轨完成了460余空间实验，与国际同类空间实验相比，结果更为丰富。掌握微重力情况下建桥、注液、拉桥、吸液、回桥等微重力流体管理技术以及无气加注的关键微重力实验技术。

在国际上属于首次全面地、系统地获取液桥高径比效应和体积比效应及升温速率效应的微重力科学实验数据，为空间的大尺寸晶体生长和热毛细流动机理的研究提供指导。

发现与经典体积比效应的理论不同的新规律。首次确认了低频模式为行波模式，高频模式为在临界体积比附近为驻波模式，并且存在行波与驻波作用的耦合作用区。发现了升温速率影响瘦桥起振模式的新效应。实验首次发现升温速率效应问题不仅仅是热平衡弛豫时间的问题，而且是影响起振模式的关键参数。

本项目还获得了丰富的热毛细振荡失稳和转捩的现象，发现了倍周期分岔、准周期分岔等典型的分岔现象，并发现了稳频振荡、频率周期跳动等特有的新型转捩途径。

高等植物培养国内首次开展微重力环境下高等植物从种子到种子的完整生长发育规律研究，发现光周期诱导开花延迟现象。航天员操作回收植物实验样品，供地面进一步分析研究。

亮点工作包括：（1）发现微重力条件下拟南芥开花明显延迟；长日条件下空间拟南芥开花比地面对照延迟约22天；短日条件开花也明显延迟，表明空间微重力条件下植物对光周期响应明显减弱。（2）拟南芥叶片的转录组分析鉴定出了6195微重力响应基因，其中叶片保守响应微重力基因1,871，依赖于叶片发育的基因1,057，其中调控叶脉发育的关键基因46个。这些全周期在空间生长的植物叶片转录组分析数据对于解析微重力调控叶片发育过程中细胞分裂与扩展的关键控制点十分重要。（3）发现微重力下水稻叶片吐水活性明显增强，并且，长日条件比短日条件更促进吐水。此外，还发现：空间微重力条件下拟南芥的衰老减慢，寿命增长，叶脉网络密度增大和根定向生长运动受阻。

完成了18只样品安瓿的空间在轨实验，所有样品均按计划完成了在轨实验，且返回的样品结构完好，通过后续分析研究均获得了有价值的科学成果。这是我国在空间进行的材料种类、实验类型与样品数量最多、温度控制最好，且航天员首次参与操作的一次大型综合材料实验，也是迄今最为成功的一次空间材料综合实验。通过对样品和数据进行分析，发现空间获得的材料在组分均匀性、微观结构完整性以及性能等方面均优于地面材料；同时还发现微重力下润湿性样品出现前驱膜，以及共晶、偏晶、单晶与复合材料凝固组织新特征等一些新现象；获得了空间微重力与地面重力环境下炉膛内气体压力对炉膛最高温度影响的基本规律，建立材料实验炉的热环境仿真计算模型。

伴随卫星实现了对组合体的多角度近距离高分成像。攻克了超大视场鱼眼镜头配合非致冷长波红外凝视探测器全景成像、探测器空间场景校正、空间点目标提取、定向等关键技术，在国际上首次实现了将仿生光学红外传感器应用于在轨航天器，完成了天基红外全向实时态势感知和动态信息提取试验。基于冷空环境的低轨卫星红外镜头主动热控技术确保了良好的成像效果。

国内首次验证了高速光采样宽带接收机以及三维多基线干涉仪与一维时差复合定位机制，提高了对复杂体制雷达信号的截取概率和信号完整性，同时较大的提高了辐射源的定位精度。基于GPS接收机的高精度时差测量技术以及事后的采样数据分析处理技术为高精度复合定位技术提供了成功前提。

天宫二号空间环境与物理探测分系统强化了粒子辐射和大气环境2个对载人航天影响最大的领域，并加强了探测数据应用的实效性。

在有限平台资源的条件下，突破一系列关键技术，圆满完成了带电粒子辐射探测器、轨道大气环境探测器等具有国际先进水平的多功能、小型化探测载荷的开发研制。实现了载人航天轨道带电粒子、轨道大气的多参数综合探测，并在国际上实现了载人航天轨道舱外16个方向的高能电子、质子等粒子强度的同时测量。

空间应用系统在天宫二号上安排了综合精密定轨专项任务，用以计算天宫二号的精密轨道数据，配合三维成像微波高度计生成海洋和陆地三维陆地图像。精密定轨专项在天宫二号上安装了GPS双频定轨接收机用以接收连续、高精度的GPS测距信号。同时还安装了激光反射镜获得天宫二号的地面激光测距数据用以评估精密轨道的精度。 

在国际上首次实现8吨级大型低轨航天器整器的厘米级精密定轨，通过激光测距校验的轨道位置径向精度达到2.5～5cm，为未来低轨空间站的精密定轨奠定基础。基于时钟驯服的高精度授时技术水平达到国际先进水平。