问天实验舱
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天宫空间站实验舱Ⅰ，又称“问天”实验舱，是中国天宫空间站的组成部分之一，也是该型空间站基本构型中两个大型在轨实验舱段中的第一个[3]。该舱为控制与实验应用舱，主要用于研究，舱外置有一架小型多功能机械臂和一个携带有多个暴露载荷挂点的备份气闸舱。
 中国空间站问天实验舱模拟图 | |
| 空间站组件参数 | |
|---|---|
| 国际卫星标识符: | 2022-085A |
| 卫星目录序号 | 53239 |
| 属于: | 天宫空间站 |
| 发射时间: | 2022年7月24日 14时22分32秒057毫秒 |
| 发射载具: | 长征五号B运载火箭（遥三） |
| 对接: | 2022年7月25日 03时13分 |
| 质量: | 23.2公吨（22.8长吨；25.6短吨）[1] |
| 长度: | 17.9米（59英尺） |
| 直径: | 4.2米（14英尺） |
| 体积: |
|
 问天实验舱发射升空 | |
| 任务类型 | 天宫空间站组件发射 |
|---|---|
| 运营方 |  中国载人航天工程办公室 |
| 国际卫星标识符 | 2022-085A |
| 卫星目录序号 | 53239 |
| 任务时长 | 884天3小时又31分 |
| 航天器属性 | |
| 航天器 | 问天实验舱 |
| 航天器类型 | 空间站舱段 |
| 制造方 | 中国航天科技集团 |
| 发射质量 | 23.2公吨（22.8长吨；25.6短吨）[1] |
| 任务开始 | |
| 发射日期 | 2022年7月24日 14时22分32秒057毫秒 |
| 运载火箭 | 长征五号B运载火箭（遥三） |
| 发射场 | 中国文昌航天发射场 LC101 |
| 轨道参数 | |
| 参照系 | 地心轨道 |
| 轨域 | 低地球轨道 |
| 与天和核心舱对接 | |
| 对接 | 前向 |
| 对接日期 | 2022年7月25日 3时13分 |
| 分离日期 | 2022年9月30日 11时44分左右 |
| 对接时间 | 67天8小时又31分 |
| 停泊于天和核心舱 | |
| 停泊 | 节点舱Ⅳ象限 |
| 停泊日期 | 2022年9月30日 12时44分 |
| 停泊时间 | 816天5小时又9分（永久停泊） |
 问天实验舱发射任务标识 | |
问天实验舱于北京时间2022年7月24日14时22分32秒在海南文昌航天发射场发射升空[4]，并于7月25日3时13分成功对接于天和核心舱前向端口，整个交会对接过程历时约13小时[5]。问天实验舱对接完成后，中国空间站由原来的单舱阶段正式进入组合式空间站阶段。
命名
2011年4月，为满足技术管理和对外宣传的需要，中国载人航天工程办公室开展了中国空间站征名活动，对社会公开征集空间站及其各个组成舱段的名称。[6]
2011年8月，载人航天工程办公室公布了初选结果，其中实验舱Ⅰ的前30个提名名称为："长江、超越、传承、创新、创造、奋斗、黄河、进取、开创、开拓、开拓者、黎明、梦想、启迪、起点、启蒙、启明、启明星、起源、使命、探索、探索者、探知、天研、天翼、未来、问天、希望、智慧、指南针"。[7]
2013年10月底，中国载人航天办公室正式公布了命名结果，实验舱Ⅰ被最终命名为“问天”，原因是其最符合实验舱Ⅰ兼有控制与实验应用的功能定位。[6]
任务历史
2020年12月，问天实验舱完成初样研制，转入正样研制阶段。在初样阶段和正样阶段，问天实验舱分别进行了力学试验、热试验、三舱联试试验和舱段转位专项试验等大型试验[8]。
2022年4月29日，问天实验舱通过海上运输从天津抵达文昌清澜港，并进入文昌航天发射场，开展发射场区总装和测试工作[9]。
5月29日，执行问天实验舱发射任务的长征五号B遥三运载火箭运抵发射场，与与先期已运抵的问天实验舱一起开展发射场区总装和测试工作[10]。
7月18日，问天实验舱与长征五号B遥三运载火箭组合体转运至发射区[11]。7月22日，中国空间站问天实验舱任务发射前系统间全区合练完成[12]。问天实验舱发射前，空间站组合体偏航180°，建立倒飞姿态[13]。
7月24日14时22分，搭载问天实验舱的长征五号B遥三运载火箭在文昌航天发射场点火发射升空，14时30分，问天实验舱与火箭成功分离并进入预定轨道[4]。这是长征五号B运载火箭首次执行“零窗口”发射任务，从而保证问天实验舱和核心舱顺利交会对接。14时39分，位于资源舱的偏置中继天线展开；15时15分左右太阳翼一次展开完成。
7月25日3时13分，问天实验舱成功与天和核心舱前向端口对接，整个交会对接过程历时约13小时。这是中国首次实现2个20吨级航天器在轨交会对接，也是中国空间站有航天员在轨驻留期间首次进行空间交会对接[5][注 1]。同日5时22分，太阳翼二次展开完成。
7月25日10时03分，神舟十四号航天员乘组经确认无需面罩后，开启问天实验舱舱门并进入问天实验舱，这是中国航天员首次在轨进入科学实验舱[16]。
9月30日12时44分，经过约1小时，问天实验舱采用平面转位方式完成转位，这是中国首次完成在轨大体量舱段转位操作，也是世界首次以平面式转位方案完成航天器的转位动作。[17]
10月12日，天宫课堂第三课在中国空间站开讲，中国航天员首次在问天实验舱内进行授课。[18]
功能与配置
布局
问天实验舱全长约17.9米，直径4.2米，发射重量约23吨，其中整舱舱干约21.5吨，推进剂加注量约1.55吨，是世界现役在轨最重的单舱主动飞行器。整舱由工作舱、气闸舱和资源舱组成，其中气闸舱用于航天员出舱活动，资源舱用于储备上行物资，工作舱用来完成科学实验，其中搭载8个实验柜机位、22个舱外载荷适配器，部署其中4个科学实验机柜，同时设有三个睡眠区、第二个卫生区，与天和核心舱一起可支持共六名航天员同时在轨生活工作。[19]
太阳翼
问天实验舱的太阳翼单翼初次展开长6.5米，二次展开长23米，全部展开后的翼展超过55米，每侧的太阳翼展开面积超100平方米，每天平均发电量超过430度[19]。
仪器机架
问天实验舱主要面向空间生命科学研究，配置了生命生态、生物技术和变重力科学等实验柜，能够支持开展多种类植物、动物、微生物等在空间条件下的生长、发育、遗传、衰老等响应机理研究，以及密闭生态系统的实验研究，并通过可见光、荧光、显微成像等多种在线检测手段，支持分子、细胞、组织、器官等多层次生物实验研究，还能提供0.01g~2g的变重力模拟，支持开展不同重力条件下生物体生长机理的对比研究[20]。
机械臂
转位机械臂
问天实验舱配备有转位机械臂，对应于天和核心舱的节点舱上的基座，用于实验舱进行转位操作。转位任务时转臂会抓取基座，然后两舱再进行分离，把实验舱从核心舱的前向对接口转移到永久性停泊口[21]。
实验舱小机械臂
问天实验舱还配置了一个活动半径5米的小机械臂。相比天和核心舱的大机械臂，小机械臂负载能力约为大臂的1/8（约3吨），但末端定位精度更高，位置精度优于大臂的五倍，姿态精度优于大臂的两倍，能够完成精度要求更高的精细操作。除此之外，小机械臂还能与大机械臂形成组合机械臂，可以覆盖更广的舱外作业范围，完成设备在舱外载荷平台上的安装[20]。
备份系统
尽管空间站的管理工作主要由天和核心舱负责，但问天实验舱备份了完整的能源管理、信息系统、控制系统和载人环境等关键功能。一旦核心舱出现故障可能对人员安全构成威胁时，问天实验舱可以整体接管全站控制工作。[22]
图集
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发射前总装中的问天实验舱 -
地面测试中的问天实验舱前端的转位机械臂 -
问天实验舱发射场面 -
问天实验舱全尺寸模型
参见
注释
参考资料
- ^ 1.0 1.1 长五B火箭打赢空间站建造关键之战. 新华网. 2022-07-25 [2022-07-26] （中文（简体））.
- ^ 朱光辰. 我国载人航天器总体构型技术发展. 航天器工程. 2022, 第31卷 (第6期): 47 [2023-02-16]. （原始内容存档于2023-02-16）.
- ^ 王, 翔; 王, 为. 天宫空间站关键技术特点综述. 中国科学: 技术科学. 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. 新华网. [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. 新华网. 2022-07-25 [2022-07-25]. （原始内容存档于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]. （原始内容存档于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. 中国载人航天工程官方网站. 2011-08-05 [2021-07-18]. （原始内容存档于2021-07-18）.
- ^ 回眸 我国天宫空间站研制及建造进展. 央视网. 2023-01-17 [2023-09-19]. （原始内容存档于2023-09-19）.
- ^ 载人航天小喇叭. 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]. （原始内容存档于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. 中国载人航天工程官方网站. 2022-05-29 [2022-07-18].
- ^ 李国利; 张瑞杰. 问天实验舱近日择机实施发射 组合体已转运至发射区. 新华网. [2022-07-18]. （原始内容存档于2022-07-19）.
- ^ 问天实验舱完成发射前全区合练. 新华网. [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. 新华网. [2022-07-25]. （原始内容存档于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. 新华网. [2022-07-25]. （原始内容存档于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. 新华网. 2022-07-25 [2022-07-25]. （原始内容存档于2022-07-25）.
- ^ 问天之问（十）问天实验舱转位，硬核知识点来了！. 中国载人航天（公众号）. 2022-09-30 [2022-09-30]. （原始内容存档于2022-10-05）.
- ^ “天宫课堂”首次在问天实验舱授课. 北京频道--人民网_网上的人民日报. 2022-10-13 [2023-09-21]. （原始内容存档于2023-04-01） （中文）.
- ^ 19.0 19.1 马帅莎; 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. 中国新闻网. 2022-07-24 [2022-07-26]. （原始内容存档于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. 中国载人航天工程官方网站. 2022-06-05 [2022-07-18]. （原始内容存档于2022-06-05）.
- ^ 问天实验舱后续还将进行转位对接. 澎湃新闻. [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. 中国航天科技集团. [2022-07-26]. （原始内容存档于2022-07-26）.