成功發射的天宮二號搭載了多種高精尖科學裝備。其中，由中科院上海光機所研製的「定時神針」——空間冷原子鐘，有望實現約3000萬年誤差１秒的超高精度，作為國際上首臺在軌運行並開展科學實驗的空間冷原子鐘，這將是也是目前在空間運行的最高精度原子鐘。
那麼，究竟空間冷原子鐘與地面上的一般的冷原子鐘有什麼不同呢？
空間冷原子鐘是在地面噴泉原子鐘的基礎上發展而來。噴泉原子鐘利用雷射冷卻技術把室溫下自由運動的熱原子囚禁到雷射勢阱中並冷卻到接近絕對零度，然後把冷卻後的原子自由上拋讓原子在上拋與下落的過程中與微波腔中的射頻時鐘信號相互作用，從而檢測時鐘信號與原子兩個特定能級間頻率差，進而修正時鐘信號誤差，由於受到重力的作用，自由運動的冷原子團始終處於變速狀態，宏觀上只能做類似噴泉的運動或者是拋物線運動，這使得基於原子量子態精密測量的原子鐘在時間和空間兩個維度受到一定的限制。
在空間微重力環境下，原子團可以做超慢速勻速直線運動，基於對這種運動的精細測量可以獲得較地面上更加精密的原子譜線信息，從而可以獲得更高精度的原子鐘信號。可以預期，空間冷原子鐘將成為目前空間最高精度的原子鐘。
空間冷原子鐘工作原理圖
空間冷原子鐘
由於空間冷原子鐘可以在太空中對其它衛星上的星載原子鐘進行無幹擾的時間信號傳遞和校準，從而避免大氣和電離層多變狀態的影響，使得基於空間冷原子鐘授時的全球衛星導航系統具有更加精確和穩定的運行能力。
空間冷原子鐘的成功將為空間高精度時頻系統、空間冷原子物理、空間冷原子幹涉儀、空間冷原子陀螺儀等各種量子敏感器奠定技術基礎，並且在全球衛星導航定位系統、深空探測、廣義相對論驗證、地球重力場測量、基本物理常數測量等一系列重大技術和科學發展方面做出重要貢獻。
空間冷原子鐘的典型應用
空間冷原子鐘研究團隊30多人中大多為年輕人，平均年齡不到30歲，其中副主任設計師呂德勝研究員為2012年青促會會員，可靠性主管設計師汪斌副研究員為2017年青促會會員。