2022年7月24日14時22分，中國天宮空間站首個實(shí)驗(yàn)艙“問天”成功在文昌航天發(fā)射場升空，準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定軌道，即將與核心艙“天和”完成交會對接任務(wù)。

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七個關(guān)鍵問題，帶你了解中國航天這次“問天”發(fā)射。

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為什么要發(fā)射實(shí)驗(yàn)艙？

中國載人航天工程自1992年起步以來，已經(jīng)走過30個年頭，擁有了獨(dú)立自主的運(yùn)載火箭、載人飛船、貨運(yùn)飛船、航天員和空間站等多個系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了多個領(lǐng)域內(nèi)從0到1的巨大工程能力突破。

而新階段的目的是建立航天員能長期駐留的空間站平臺，開展較大規(guī)模的空間應(yīng)用，為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供先進(jìn)的空間技術(shù)平臺。

換句話說：以前種樹，現(xiàn)在納涼。此前奠定的載人航天工程技術(shù)能力基礎(chǔ)，要“變現(xiàn)”成各種高新航天技術(shù)來反哺各方面的科技發(fā)展了。這個過程，就需要在太空中通過復(fù)雜的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)完成。

空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)的場地，就是天宮所需要的實(shí)驗(yàn)艙。

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為什么是“問天”和“夢天”？

太空擁有地球上很難復(fù)現(xiàn)的特殊條件，如長期穩(wěn)定的失重環(huán)境和空間輻射環(huán)境等，也極少受到地球大氣和磁場等的干擾，便于天文觀測。例如，液滴可輕易形成近乎完美的球形，這是在地球上很難做到的，可利用這個特點(diǎn)進(jìn)行新材料實(shí)驗(yàn)。

所有實(shí)驗(yàn)柜都采用模塊化方式設(shè)計(jì)，方便實(shí)驗(yàn)和維護(hù)

圖片來源：中國載人航天、中國科學(xué)院）

為充分利用太空環(huán)境的特點(diǎn)，我國將在天宮空間站設(shè)置25個科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，兩大實(shí)驗(yàn)艙也將進(jìn)行一定分工，術(shù)業(yè)有專攻，分別專注于空間生命科學(xué)和微重力科學(xué)研究。

通過外置的實(shí)驗(yàn)平臺，進(jìn)行空間輻射和空間環(huán)境相關(guān)實(shí)驗(yàn)。未來的巡天太空望遠(yuǎn)鏡，也將與空間站共軌飛行，進(jìn)行天文觀測。

“問天”和“夢天”，就是空間站兩個實(shí)驗(yàn)艙的名字，它們與長征、神舟、天舟、天和、天宮等詞匯共同構(gòu)建了載人航天特有的浪漫氣質(zhì)。

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為什么“問天”先發(fā)？

核心原因在于“問天”實(shí)驗(yàn)艙很特殊。它既是專注于空間生命科學(xué)的實(shí)驗(yàn)艙，也是另一個“核心艙”。

“問天”可看作是“天和”核心艙的備份，具備空間站統(tǒng)一管理和控制能力，帶有航天員生命維持系統(tǒng)。在未來兩個航天員班組輪換階段，共有6名航天員駐留天宮空間站，兩大艙段各自容納三名航天員的工作與生活。

巨大的“問天”實(shí)驗(yàn)艙（圖片來源：中國航天科技集團(tuán)）

同時，它也將接過航天員出艙行走的重任。在對接多個艙段后，“天和”核心艙的節(jié)點(diǎn)艙部分必須處在長期加壓狀態(tài)，很難再進(jìn)行出艙行走作業(yè)，功能被“問天”的氣閘艙取代。

此外，該實(shí)驗(yàn)艙還自帶一個小型機(jī)械臂，相比已有的主機(jī)械臂雖小了一圈，卻擁有更高的末端定位和定姿態(tài)精度，更容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的艙外作業(yè)。

所以，多個兼職功能使得“問天”必須先發(fā)。

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誰來發(fā)“問天”？

“問天”是個不折不扣的巨無霸：它重達(dá)20噸級，長度17.9米，甚至比“天和”核心艙還要長出一截來。在整個人類載人航天史上，它是單一艙段長度的新紀(jì)錄。那么，發(fā)射難度可想而知。

長征五號基本型和B型運(yùn)載火箭對比圖（圖源：Memorian-QN）

發(fā)射它的將是我國的長征五號B火箭。

與長征五號火箭這個57米高的“大胖子”相比，它是一個約53.7米的“矮胖子”。它移除了約11.5米長的芯二級，是一個典型的“一級半（芯一級+助推器）”構(gòu)型，但使用了更大更長的整流罩，用于在火箭發(fā)射期間保護(hù)航天器。新版整流罩長度達(dá)到了20.5米、直徑5.2米，足以保護(hù)巨大的天宮空間站各艙段。

長征五號B型火箭是專注于近地軌道重型大體積載荷運(yùn)輸?shù)摹按髧仄鳌?，也是天宮空間站的建設(shè)中的“頭號功臣”。

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誰來接“問天”？

“問天”發(fā)射后，將實(shí)現(xiàn)我國首次在空間站有人駐留情況下交會對接。

目前，三名航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲已經(jīng)在天宮中迎接“問天”。而他們所屬的神舟十四號任務(wù)，也是我國載人航天史上一次具有里程碑意義的任務(wù)。一方面，他們要完成天宮空間站的主體建設(shè)；另一方面，該乘組完全由新一代（第二批）航天員組成，也是歷史上首次。

蔡旭哲，陳冬，劉洋（圖片來源：中國載人航天）

如此重要的任務(wù)，全部由“新人”完成，可見他們已經(jīng)完全扛起了中國航天的大梁。而隨著我國空間科學(xué)研究越發(fā)深入，我國的第三批航天員也在培訓(xùn)中，他們之中也開始有了專門從事研究的“載荷專家”。

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“問天”對接到哪里？

“問天”是個20噸級的大個子，必須在飛行方向與“天和”核心艙的節(jié)點(diǎn)艙對接，這里擁有最全面穩(wěn)妥的多種交會對接輔助系統(tǒng)。在此前幾天，對接于此處的天舟三號貨運(yùn)飛船已功成身退，最終從天宮撤離并焚毀于大氣中。

在確認(rèn)對接后，“問天”并不能長期占用這個寶貴的對接位置。畢竟未來還會有“夢天”實(shí)驗(yàn)艙、貨運(yùn)和載人飛船等在此對接，它需要在機(jī)械臂輔助下進(jìn)行90度的轉(zhuǎn)位，整體從“一字型”變成“L字型”，整個過程對于可靠性和穩(wěn)定性的要求可想而知。

天宮空間站的最終形態(tài)（圖片來源：中國載人航天）

等到年內(nèi)“夢天”來訪后，天宮空間站設(shè)計(jì)的“T字型”結(jié)構(gòu)將建造完畢，正式落成。未來可基于節(jié)點(diǎn)艙，拓展新的核心艙和實(shí)驗(yàn)艙，建造百噸級的更大空間站。

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“問天”對接后要干什么？

對接并轉(zhuǎn)位后的首要任務(wù)，是開啟生命維持系統(tǒng)，航天員入駐實(shí)驗(yàn)艙。組裝各個科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，開啟先期的多個學(xué)科既定實(shí)驗(yàn)，確保實(shí)驗(yàn)艙整體工作狀態(tài)達(dá)到預(yù)期。

它配置了能進(jìn)行生命生態(tài)、生物技術(shù)和變重力科學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)柜，可支持開展多種類植物、動物、微生物等在空間條件下的生長、發(fā)育、遺傳、衰老等響應(yīng)機(jī)理研究，有力推動我國在生命生態(tài)、生物技術(shù)和變重力科學(xué)等重大前沿科技突破。

在神舟十四號任務(wù)期間，三名航天員也將從這里進(jìn)行2-3次出艙行走，完成艙外作業(yè)。新版的天宮課堂，也將在嶄新的“問天”實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)進(jìn)行。同時，它還要為即將到來的神舟十五號任務(wù)，提供天宮的第二間“臥室”。

新一節(jié)天宮課堂將在嶄新的實(shí)驗(yàn)艙中進(jìn)行（圖片來源：CCTV）

總體上，“問天”實(shí)驗(yàn)艙的升空，標(biāo)志著我國載人航天工程正式進(jìn)入空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)探索的新階段，一個全新的國家太空實(shí)驗(yàn)室即將建成，中國在進(jìn)入太空時代的路上更進(jìn)一步！

本文由科普中國出品，中國科普博覽監(jiān)制，作者太空精釀

標(biāo)簽： 載人航天 空間科學(xué) 中國航天