問天實驗艙
天宮空間站實驗艙Ⅰ，又稱「問天」實驗艙，是中國天宮空間站的組成部分之一，也是該型太空站基本構型中兩個大型在軌實驗艙段中的第一個[3]。該艙為控制與實驗應用艙，主要用於研究，艙外置有一架小型多功能機械臂和一個攜帶有多個暴露載荷掛點的備份氣閘艙。
 中國空間站問天實驗艙模擬圖 | |
| 太空站組件參數 | |
|---|---|
| 國際衛星標識符: | 2022-085A |
| 衛星目錄序號 | 53239 |
| 屬於: | 天宮空間站 |
| 發射時間: | 2022年7月24日 14時22分32秒057毫秒 |
| 發射載具: | 長征五號B運載火箭（遙三） |
| 對接: | 2022年7月25日 03時13分 |
| 質量: | 23.2公噸（22.8長噸；25.6短噸）[1] |
| 長度: | 17.9公尺（59英尺） |
| 直徑: | 4.2公尺（14英尺） |
| 體積: |
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 問天實驗艙發射升空 | |
| 任務類型 | 天宮空間站組件發射 |
|---|---|
| 營運方 |  中國載人航天工程辦公室 |
| 國際衛星標識符 | 2022-085A |
| 衛星目錄序號 | 53239 |
| 任務時長 | 843天15小時又1分 |
| 太空載具屬性 | |
| 太空載具 | 問天實驗艙 |
| 太空載具類型 | 太空站艙段 |
| 製造方 | 中國航天科技集團 |
| 發射質量 | 23.2公噸（22.8長噸；25.6短噸）[1] |
| 任務開始 | |
| 發射日期 | 2022年7月24日 14時22分32秒057毫秒 |
| 運載火箭 | 長征五號B運載火箭（遙三） |
| 發射場 | 中國文昌太空發射場 LC101 |
| 軌道參數 | |
| 參照系 | 地心軌道 |
| 軌域 | 低地球軌道 |
| 與天和核心艙對接 | |
| 對接 | 前向 |
| 對接日期 | 2022年7月25日 3時13分 |
| 分離日期 | 2022年9月30日 11時44分左右 |
| 對接時間 | 67天8小時又31分 |
| 停泊於天和核心艙 | |
| 停泊 | 節點艙Ⅳ象限 |
| 停泊日期 | 2022年9月30日 12時44分 |
| 停泊時間 | 775天16小時又39分（永久停泊） |
 問天實驗艙發射任務標識 | |
問天實驗艙於北京時間2022年7月24日14時22分32秒在海南文昌太空發射場發射升空[4]，並於7月25日3時13分成功對接於天和核心艙前向埠，整個交會對接過程歷時約13小時[5]。問天實驗艙對接完成後，中國空間站由原來的單艙階段正式進入組合式太空站階段。
命名
2011年4月，為滿足技術管理和對外宣傳的需要，中國載人航天工程辦公室開展了中國空間站征名活動，對社會公開徵集太空站及其各個組成艙段的名稱。[6]
2011年8月，載人太空飛行工程辦公室公布了初選結果，其中實驗艙Ⅰ的前30個提名名稱為："長江、超越、傳承、創新、創造、奮鬥、黃河、進取、開創、開拓、開拓者、黎明、夢想、啟迪、起點、啟蒙、啟明、啟明星、起源、使命、探索、探索者、探知、天研、天翼、未來、問天、希望、智慧、指南針"。[7]
2013年10月底，中國載人航天辦公室正式公布了命名結果，實驗艙Ⅰ被最終命名為「問天」，原因是其最符合實驗艙Ⅰ兼有控制與實驗應用的功能定位。[6]
任務歷史
2020年12月，問天實驗艙完成初樣研製，轉入正樣研製階段。在初樣階段和正樣階段，問天實驗艙分別進行了力學試驗、熱試驗、三艙聯試試驗和艙段轉位專項試驗等大型試驗[8]。
2022年4月29日，問天實驗艙通過海上運輸從天津抵達文昌清瀾港，並進入文昌太空發射場，開展發射場區總裝和測試工作[9]。
5月29日，執行問天實驗艙發射任務的長征五號B遙三運載火箭運抵發射場，與與先期已運抵的問天實驗艙一起開展發射場區總裝和測試工作[10]。
7月18日，問天實驗艙與長征五號B遙三運載火箭組合體轉運至發射區[11]。7月22日，中國空間站問天實驗艙任務發射前系統間全區合練完成[12]。問天實驗艙發射前，太空站組合體偏航180°，建立倒飛姿態[13]。
7月24日14時22分，搭載問天實驗艙的長征五號B遙三運載火箭在文昌太空發射場點火發射升空，14時30分，問天實驗艙與火箭成功分離並進入預定軌道[4]。這是長征五號B運載火箭首次執行「零窗口」發射任務，從而保證問天實驗艙和核心艙順利交會對接。14時39分，位於資源艙的偏置中繼天線展開；15時15分左右太陽翼一次展開完成。
7月25日3時13分，問天實驗艙成功與天和核心艙前向埠對接，整個交會對接過程歷時約13小時。這是中國首次實現2個20噸級太空載具在軌交會對接，也是中國空間站有太空人在軌駐留期間首次進行太空會合對接[5][註 1]。同日5時22分，太陽翼二次展開完成。
7月25日10時03分，神舟十四號太空人乘組經確認無需面罩後，開啟問天實驗艙艙門並進入問天實驗艙，這是中國航天員首次在軌進入科學實驗艙[16]。
9月30日12時44分，經過約1小時，問天實驗艙採用平面轉位方式完成轉位，這是中國首次完成在軌大體量艙段轉位操作，也是世界首次以平面式轉位方案完成太空載具的轉位動作。[17]
10月12日，天宮課堂第三課在中國空間站開講，中國航天員首次在問天實驗艙內進行授課。[18]
功能與配置
佈局
問天實驗艙全長約17.9公尺，直徑4.2公尺，發射重量約23噸，其中整艙艙干約21.5噸，推進劑加注量約1.55噸，是世界現役在軌最重的單艙主動飛行器。整艙由工作艙、氣閘艙和資源艙組成，其中氣閘艙用於太空人出艙活動，資源艙用於儲備上行物資，工作艙用來完成科學實驗，其中搭載8個實驗櫃機位、22個艙外載荷適配器，部署其中4個科學實驗機櫃，同時設有三個睡眠區、第二個衛生區，與天和核心艙一起可支持共六名太空人同時在軌生活工作。[19]
太陽翼
問天實驗艙的太陽翼單翼初次展開長6.5公尺，二次展開長23公尺，全部展開後的翼展超過55公尺，每側的太陽翼展開面積超100平方公尺，每天平均發電量超過430度[19]。
儀器機架
問天實驗艙主要面向空間生命科學研究，配置了生命生態、生物技術和變重力科學等實驗櫃，能夠支持開展多種類植物、動物、微生物等在空間條件下的生長、發育、遺傳、衰老等響應機理研究，以及密閉生態系統的實驗研究，並通過可見光、螢光、顯微成像等多種在線檢測手段，支持分子、細胞、組織、器官等多層次生物實驗研究，還能提供0.01g~2g的變重力模擬，支持開展不同重力條件下生物體生長機理的對比研究[20]。
機械臂
轉位機械臂
問天實驗艙配備有轉位機械臂，對應於天和核心艙的節點艙上的基座，用於實驗艙進行轉位操作。轉位任務時轉臂會抓取基座，然後兩艙再進行分離，把實驗艙從核心艙的前向對接口轉移到永久性停泊口[21]。
實驗艙小機械臂
問天實驗艙還配置了一個活動半徑5公尺的小機械臂。相比天和核心艙的大機械臂，小機械臂負載能力約為大臂的1/8（約3噸），但末端定位精度更高，位置精度優於大臂的五倍，姿態精度優於大臂的兩倍，能夠完成精度要求更高的精細操作。除此之外，小機械臂還能與大機械臂形成組合機械臂，可以覆蓋更廣的艙外作業範圍，完成設備在艙外載荷平台上的安裝[20]。
備份系統
儘管太空站的管理工作主要由天和核心艙負責，但問天實驗艙備份了完整的能源管理、資訊系統、控制系統和載人環境等關鍵功能。一旦核心艙出現故障可能對人員安全構成威脅時，問天實驗艙可以整體接管全站控制工作。[22]
圖集
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發射前總裝中的問天實驗艙 -
地面測試中的問天實驗艙前端的轉位機械臂 -
問天實驗艙發射場面 -
問天實驗艙全尺寸模型
參見
注釋
參考資料
- ^ 1.0 1.1 长五B火箭打赢空间站建造关键之战. 新華網. 2022-07-25 [2022-07-26] （中文（簡體））.
- ^ 朱光辰. 我国载人航天器总体构型技术发展. 太空載具工程. 2022, 第31卷 (第6期): 47 [2023-02-16]. （原始內容存檔於2023-02-16）.
- ^ 王, 翔; 王, 為. 天宫空间站关键技术特点综述. 中國科學: 技術科學. 2021, 51 (11) [2021-11-13] （中文）.
- ^ 4.0 4.1 我国首个科学实验舱发射成功 “问天”踏上问天之路. 新華網. [2022-07-24].
- ^ 5.0 5.1 郭明芝; 郭中正. 问天实验舱与天和核心舱组合体在轨完成交会对接. 新華網. 2022-07-25 [2022-07-25]. （原始內容存檔於2022-07-25）.
- ^ 6.0 6.1 集大众智慧于探索 融中华文化于飞天——中国载人航天工程标识及空间站名称诞生始末. 2013-11-05 [2021-05-02]. （原始內容存檔於2021-05-02）.
- ^ 中国载人航天工程标识及空间站名称标识初选结果揭晓. 中國載人航天工程官方網站. 2011-08-05 [2021-07-18]. （原始內容存檔於2021-07-18）.
- ^ 回眸 我国天宫空间站研制及建造进展. 央視網. 2023-01-17 [2023-09-19]. （原始內容存檔於2023-09-19）.
- ^ 載人太空飛行小喇叭. 问天之问（一）从进场到发射，问天舱都经历了什么？. 微博. 2022-07-23 [2022-07-29]. （原始內容存檔於2022-07-29）.
- ^ 长征五号B遥三运载火箭安全运抵文昌航天发射场. 中國載人航天工程官方網站. 2022-05-29 [2022-07-18].
- ^ 李國利; 張瑞傑. 问天实验舱近日择机实施发射 组合体已转运至发射区. 新華網. [2022-07-18]. （原始內容存檔於2022-07-19）.
- ^ 问天实验舱完成发射前全区合练. 新華網. [2022-07-22].
- ^ 问天实验舱升空，天宫空间站扩成“两居室”.
- ^ 空间站机械臂转位货运飞船试验取得圆满成功. 新華網. [2022-07-25]. （原始內容存檔於2022-03-11）.
- ^ 神舟十三号航天员乘组圆满完成手控遥操作天舟二号货运飞船与空间站组合体交会对接试验. 新華網. [2022-07-25]. （原始內容存檔於2022-03-11）.
- ^ 郭明芝; 郭中正. 神舟十四号航天员乘组顺利进入问天实验舱. 新華網. 2022-07-25 [2022-07-25]. （原始內容存檔於2022-07-25）.
- ^ 问天之问（十）问天实验舱转位，硬核知识点来了！. 中國載人航天（公眾號）. 2022-09-30 [2022-09-30]. （原始內容存檔於2022-10-05）.
- ^ “天宫课堂”首次在问天实验舱授课. 北京頻道--人民網_網上的人民日報. 2022-10-13 [2023-09-21]. （原始內容存檔於2023-04-01） （中文）.
- ^ 19.0 19.1 馬帥莎; 高瑜. “问天”来了！一文读懂“体型大、功能全、能发电、可出舱”的实验舱. 中國新聞網. 2022-07-24 [2022-07-26]. （原始內容存檔於2022-07-26）.
- ^ 20.0 20.1 神舟十四号载人飞行任务新闻发布会召开. 中國載人航天工程官方網站. 2022-06-05 [2022-07-18]. （原始內容存檔於2022-06-05）.
- ^ 问天实验舱后续还将进行转位对接. 澎湃新聞. [2022-07-25].
- ^ 问宇宙苍茫 探科学奥秘——中国空间站问天实验舱解析. 中國航天科技集團. [2022-07-26]. （原始內容存檔於2022-07-26）.