兩年前的2020年7月23日，“長征五號遙四”運載火箭從文昌航天發(fā)射場起飛，托舉著“天問一號”火星探測器，踏上了探索地球的近鄰——火星的漫漫道路。

圖片來源見水印

【資料圖】

兩年后，還是在文昌航天發(fā)射場，“長征五號B”運載火箭將“問天”實驗艙送入太空。

Part.1

除了讓空間站變“兩艙”，“問天”還肩負著科學實驗重要使命

“天問”和“問天”僅有順序之差，但它們都取自著名詩人屈原的長詩《天問》，古往今來生活在神州大地上的人們，對宇宙綺麗的想象，在今天逐漸成為現(xiàn)實：“天問一號”探測器已然著陸火星超過一年，為我們帶來了這顆紅色星球的第一手信息；而“問天”實驗艙將在未來的一段時間內(nèi)，前往“天宮”空間站，與“天和”核心艙對接。預定的“三艙”構型將完成“兩艙”，我國的“天宮”空間站規(guī)模將得到進一步的擴展。

“三艙”完整體的中國空間站長這樣

我國的“天宮”空間站，其主要職能是“太空實驗室”。多種科學實驗將在其中開展，研究空間環(huán)境的物理、化學、生物學、醫(yī)學的短期和長期效應，為我們前往更深邃的太空提供理論和技術基礎。

既然是“太空實驗室”，那么必然需要大量的實驗儀器。而現(xiàn)有的“天和”核心艙的主要職能為空間站的主體控制、航天員的長期駐留和各艙段的對接核心，因此在上面的實驗機柜數(shù)量較為有限，僅能開展少量實驗。

此次的主角“問天”實驗艙，顧名思義是以開展太空實驗為主要職能的。

Part.2

一張圖看“問天”實驗艙與“天和”核心艙的不同

“問天”實驗艙與“天和”核心艙對比圖 / 制作：星智科創(chuàng)

它的結構與核心艙存在顯著的不同：

首先是引人注目的“頭部”。

“天和”核心艙的頭部是一個圓圓的節(jié)點艙，有兩個對接口，兩個停泊口以及一個出艙口。而“問天”實驗艙的頭部則是一個尖尖的資源艙，裝有兩片和“天和”核心艙同材質(zhì)的大型柔性太陽翼，但面積顯著大于“天和”核心艙——實驗艙內(nèi)的機柜眾多，能耗需求也隨之增長，因此需要更大面積的太陽翼提供更為豐沛的電力。

值得指出的是，太陽翼的桁架頂端預留有太陽翼安裝接口，在空間站建成后，位于“天和”核心艙的一片太陽翼可以被轉移至該接口，進一步提升光照效率（另一片則可以安裝至“夢天”實驗艙的接口）。

我們還可以注意到，“問天”實驗艙的中繼天線也布置在資源艙上，而“天和”核心艙的中繼天線在大柱段。除此之外，兩個資源艙的功能基本近似，都具備姿態(tài)調(diào)整、能源儲存功能。

“頭部”往下是“中部”。

“天和”核心艙的中部是小柱段，直徑2.9米，航天員的睡眠區(qū)和衛(wèi)生區(qū)位于其中，還有一臺“太空跑步機”；而“問天”實驗艙的中部則是一個方形氣閘艙。

“天和”核心艙小柱段睡眠區(qū)、衛(wèi)生區(qū)和太空跑步機

盡管“天和”核心艙也有一個氣閘艙（即節(jié)點艙），但“天和”的氣閘艙無論從容積還是出艙口直徑都要小于“問天”的氣閘艙，不便于航天員開展出艙活動。

更重要的是，“天和”的氣閘艙一旦開始出艙任務，艙內(nèi)就會抽真空，失去作為節(jié)點艙的功能，各個艙段無法實現(xiàn)轉移。造成不便的同時，也具有一定的隱患。因此，“問天”的氣閘艙將在未來作為航天員開展出艙活動的主氣閘，而“天和”的氣閘艙將作為備份，一旦主氣閘出現(xiàn)故障，航天員還可以從備份氣閘艙進出。

“問天”的氣閘艙還具備艙外暴露平臺，便于各種樣品暴露在太空環(huán)境中，研究太空極端環(huán)境對各種材料、零件甚至生命體的影響，進一步拓寬了研究范圍。

“中部”往下就是艙段的主體，這部分艙段呈圓柱形，直徑達到4.2米。

“天和”核心艙的主體稱為“大柱段”，包括了一部分生活控制艙，和一個資源艙；而“問天”的主體則為一個完整的工作艙，內(nèi)部除了大量實驗機柜之外，還配置了3個睡眠區(qū)和1個衛(wèi)生區(qū)，一旦裝配完成，配合“天和”核心艙已有的3個睡眠區(qū)和1個衛(wèi)生區(qū)，將可以滿足“神舟十四號”、“神舟十五號”乘組共6名航天員太空會師的需求。

除了生活空間之外，“問天”實驗艙還備份有“天和”核心艙的控制管理系統(tǒng)，起到冗余作用，在應急情況下可以通過實驗艙控制整個空間站，保障航天器和航天員安全。

在“問天”實驗艙的外部，還安裝有一臺小機械臂。

盡管“天和”核心艙有部署一臺大機械臂，雖然其活動范圍和承重能力要大于“問天”的小機械臂，但在精密性和靈活性上要略遜一籌。好在大小機械臂可以實現(xiàn)級聯(lián)，由此實現(xiàn)了“1+1＞2”的功能，組合形成的機械臂不僅活動范圍更大更靈活，在精密性上也提升了一個層次，航天員可以足不出戶，在艙內(nèi)操作機械臂實現(xiàn)艙外載荷的轉移，減少出艙活動次數(shù)，提升工作效率。

大機械臂與小機械臂協(xié)同示意圖/來源：星智科創(chuàng)

“問天”實驗艙與“天和”核心艙對接后，在未來的三個月內(nèi)，將一直位于前向對接口，與停泊在“天和”核心艙后部的“天舟”貨運飛船一起構成“一”字型主體結構，同時，“神舟十四號”載人飛船則會停泊在側向對接口上，整體上讓空間站呈現(xiàn)出 “卜”字構型。

圖片來源：星智科創(chuàng)

當三個月后“夢天”實驗艙前往太空之時，“問天”實驗艙將在轉位機械臂的協(xié)助下，從前向對接口轉移向側向停泊口，留出位置給“夢天”實驗艙，隨后“夢天”實驗艙也進行轉位，最終完成“天宮”空間站建設階段的任務。

Part.3

帶著古人與今人的追問，向星辰大海出發(fā)！

汨水川流不息，南海濤聲依舊。從秭歸至文昌，凡二千余里，從《天問》至“問天”，歷二千余年。遼闊的國土塑造了我們博大的胸懷，悠久的歷史鑄就了我們高遠的追求。不斷向太空進軍，堅持向未知探索，這就是我們能夠告復先人的最佳答案。

圖片來源：星智科創(chuàng)

出品：科普中國

作者：冰結向日葵

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