焦点日报：向着星辰大海！一文看问天实验舱与天和核心舱的不同

2022-07-26 09:51:02 来源：科普中国

两年前的2020年7月23日，“长征五号遥四”运载火箭从文昌航天发射场起飞，托举着“天问一号”火星探测器，踏上了探索地球的近邻——火星的漫漫道路。

(资料图片)

图片来源见水印

两年后，还是在文昌航天发射场，“长征五号B”运载火箭将“问天”实验舱送入太空。

Part.1

除了让空间站变“两舱”，“问天”还肩负着科学实验重要使命

“天问”和“问天”仅有顺序之差，但它们都取自著名诗人屈原的长诗《天问》，古往今来生活在神州大地上的人们，对宇宙绮丽的想象，在今天逐渐成为现实：“天问一号”探测器已然着陆火星超过一年，为我们带来了这颗红色星球的第一手信息；而“问天”实验舱将在未来的一段时间内，前往“天宫”空间站，与“天和”核心舱对接。预定的“三舱”构型将完成“两舱”，我国的“天宫”空间站规模将得到进一步的扩展。

“三舱”完整体的中国空间站长这样

我国的“天宫”空间站，其主要职能是“太空实验室”。多种科学实验将在其中开展，研究空间环境的物理、化学、生物学、医学的短期和长期效应，为我们前往更深邃的太空提供理论和技术基础。

既然是“太空实验室”，那么必然需要大量的实验仪器。而现有的“天和”核心舱的主要职能为空间站的主体控制、航天员的长期驻留和各舱段的对接核心，因此在上面的实验机柜数量较为有限，仅能开展少量实验。

此次的主角“问天”实验舱，顾名思义是以开展太空实验为主要职能的。

Part.2

一张图看“问天”实验舱与“天和”核心舱的不同

“问天”实验舱与“天和”核心舱对比图 / 制作：星智科创

它的结构与核心舱存在显著的不同：

首先是引人注目的“头部”。

“天和”核心舱的头部是一个圆圆的节点舱，有两个对接口，两个停泊口以及一个出舱口。而“问天”实验舱的头部则是一个尖尖的资源舱，装有两片和“天和”核心舱同材质的大型柔性太阳翼，但面积显著大于“天和”核心舱——实验舱内的机柜众多，能耗需求也随之增长，因此需要更大面积的太阳翼提供更为丰沛的电力。

值得指出的是，太阳翼的桁架顶端预留有太阳翼安装接口，在空间站建成后，位于“天和”核心舱的一片太阳翼可以被转移至该接口，进一步提升光照效率（另一片则可以安装至“梦天”实验舱的接口）。

我们还可以注意到，“问天”实验舱的中继天线也布置在资源舱上，而“天和”核心舱的中继天线在大柱段。除此之外，两个资源舱的功能基本近似，都具备姿态调整、能源储存功能。

“头部”往下是“中部”。

“天和”核心舱的中部是小柱段，直径2.9米，航天员的睡眠区和卫生区位于其中，还有一台“太空跑步机”；而“问天”实验舱的中部则是一个方形气闸舱。

“天和”核心舱小柱段睡眠区、卫生区和太空跑步机

尽管“天和”核心舱也有一个气闸舱（即节点舱），但“天和”的气闸舱无论从容积还是出舱口直径都要小于“问天”的气闸舱，不便于航天员开展出舱活动。

更重要的是，“天和”的气闸舱一旦开始出舱任务，舱内就会抽真空，失去作为节点舱的功能，各个舱段无法实现转移。造成不便的同时，也具有一定的隐患。因此，“问天”的气闸舱将在未来作为航天员开展出舱活动的主气闸，而“天和”的气闸舱将作为备份，一旦主气闸出现故障，航天员还可以从备份气闸舱进出。

“问天”的气闸舱还具备舱外暴露平台，便于各种样品暴露在太空环境中，研究太空极端环境对各种材料、零件甚至生命体的影响，进一步拓宽了研究范围。

“中部”往下就是舱段的主体，这部分舱段呈圆柱形，直径达到4.2米。

“天和”核心舱的主体称为“大柱段”，包括了一部分生活控制舱，和一个资源舱；而“问天”的主体则为一个完整的工作舱，内部除了大量实验机柜之外，还配置了3个睡眠区和1个卫生区，一旦装配完成，配合“天和”核心舱已有的3个睡眠区和1个卫生区，将可以满足“神舟十四号”、“神舟十五号”乘组共6名航天员太空会师的需求。

除了生活空间之外，“问天”实验舱还备份有“天和”核心舱的控制管理系统，起到冗余作用，在应急情况下可以通过实验舱控制整个空间站，保障航天器和航天员安全。

在“问天”实验舱的外部，还安装有一台小机械臂。

尽管“天和”核心舱有部署一台大机械臂，虽然其活动范围和承重能力要大于“问天”的小机械臂，但在精密性和灵活性上要略逊一筹。好在大小机械臂可以实现级联，由此实现了“1+1＞2”的功能，组合形成的机械臂不仅活动范围更大更灵活，在精密性上也提升了一个层次，航天员可以足不出户，在舱内操作机械臂实现舱外载荷的转移，减少出舱活动次数，提升工作效率。

大机械臂与小机械臂协同示意图/来源：星智科创

“问天”实验舱与“天和”核心舱对接后，在未来的三个月内，将一直位于前向对接口，与停泊在“天和”核心舱后部的“天舟”货运飞船一起构成“一”字型主体结构，同时，“神舟十四号”载人飞船则会停泊在侧向对接口上，整体上让空间站呈现出 “卜”字构型。

图片来源：星智科创

当三个月后“梦天”实验舱前往太空之时，“问天”实验舱将在转位机械臂的协助下，从前向对接口转移向侧向停泊口，留出位置给“梦天”实验舱，随后“梦天”实验舱也进行转位，最终完成“天宫”空间站建设阶段的任务。

Part.3

带着古人与今人的追问，向星辰大海出发！

汨水川流不息，南海涛声依旧。从秭归至文昌，凡二千余里，从《天问》至“问天”，历二千余年。辽阔的国土塑造了我们博大的胸怀，悠久的历史铸就了我们高远的追求。不断向太空进军，坚持向未知探索，这就是我们能够告复先人的最佳答案。

图片来源：星智科创

出品：科普中国

作者：冰结向日葵

监制：中国科普博览

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