向着星辰大海！一文看问天实验舱与天和核心舱的不同

　　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。
　　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。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。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（图片来源：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。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
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