為什么要發(fā)射實驗艙？

2022年7月24日14時22分，中國天宮空間站首個實驗艙“問天”成功在文昌航天發(fā)射場升空，準確進入預定軌道，即將與核心艙“天和”完成交會對接任務。那么，為什么要發(fā)射實驗艙？為什么是“問天”和“夢天”？為什么是“問天”先發(fā)？“問天”對接后要做什么？關(guān)于“問天發(fā)射，這七個關(guān)鍵問題我們再來聊一聊。

NO.1 為什么要發(fā)射實驗艙？

中國載人航天工程自1992年起步以來，已經(jīng)走過30個年頭，擁有了獨立自主的運載火箭、載人飛船、貨運飛船、航天員和空間站等多個系統(tǒng)，實現(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)模的空間應用，為經(jīng)濟社會發(fā)展提供先進的空間技術(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，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雜的空間科學實驗完成。

空間科學實驗的場地，就是天宮所需要的實驗艙。

NO.2 為什么是“問天”和“夢天”？

太空擁有地球上很難復現(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，可利用這個特點進行新材料實驗。

為充分利用太空環(huán)境的特點，我國將在天宮空間站設置25個科學實驗柜，兩大實驗艙也將進行一定分工，分別專注于空間生命科學和微重力科學研究。通過外置的實驗平臺，進行空間輻射和空間環(huán)境相關(guān)實驗。未來的巡天太空望遠鏡，也將與空間站共軌飛行，進行天文觀測。

“問天”和“夢天”，就是空間站兩個實驗艙的名字，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)。

NO.3 為什么“問天”先發(fā)？

核心原因在于“問天”實驗艙很特殊。它既是專注于空間生命科學的實驗艙，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。

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)點艙部分必須處在長期加壓狀態(tài)，很難再進行出艙行走作業(yè)，功能被“問天”的氣閘艙取代。

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

所以，多個兼職功能使得“問天”必須先發(fā)。

NO.4 誰來發(fā)“問天”？

“問天”是個不折不扣的巨無霸：它重達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錄。那么，發(fā)射難度可想而知。

發(fā)射它的是我國的長征五號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)射期間保護航天器。新版整流罩長度達到了20.5米、直徑5.2米，足以保護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輸?shù)摹按髧仄鳌?，也是天宮空間站的建設中的“頭號功臣”。

NO.5 誰來接“問天”？

“問天”發(fā)射后，將實現(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，也是我國載人航天史上一次具有里程碑意義的任務。一方面，他們要完成天宮空間站的主體建設；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。

如此重要的任務，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研究越發(fā)深入，我國的第三批航天員也在培訓中，他們之中也開始有了專門從事研究的“載荷專家”。

NO.6 “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飛船已功成身退，最終從天宮撤離并焚毀于大氣中。

在確認對接后，“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”實驗艙、貨運和載人飛船等在此對接，它需要在機械臂輔助下進行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。

等到年內(nèi)“夢天”來訪后，天宮空間站設計的“T字型”結(jié)構(gòu)將建造完畢，正式落成。未來可基于節(jié)點艙，拓展新的核心艙和實驗艙，建造百噸級的更大空間站。

NO.7 “問天”對接后要干什么？

對接并轉(zhuǎn)位后的首要任務，是開啟生命維持系統(tǒng)，航天員入駐實驗艙。組裝各個科學實驗柜，開啟先期的多個學科既定實驗，確保實驗艙整體工作狀態(tài)達到預期。

它配置了能進行生命生態(tài)、生物技術(shù)和變重力科學研究的實驗柜，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、衰老等響應機理研究，有力推動我國在生命生態(tài)、生物技術(shù)和變重力科學等重大前沿科技突破。

在神舟十四號任務期間，三名航天員也將從這里進行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”實驗艙內(nèi)進行。同時，它還要為即將到來的神舟十五號任務，提供天宮的第二間“臥室”。

總體上，“問天”實驗艙的升空，標志著我國載人航天工程正式進入空間科學實驗和技術(shù)探索的新階段，一個全新的國家太空實驗室即將建成，中國在進入太空時代的路上更進一步！

天宮空間站結(jié)構(gòu)示意圖