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中国为什么要有自己的空间站？

浏览量：1916 作者：科普中国发布于：2024-01-22 文字：【大】【中】【小】

2022年7月24日14时22分，中国天宫空间站首个实验舱“问天”成功在文昌航天发射场升空，准确进入预定轨道，即将与核心舱“天和”完成交会对接任务。
图片来源：新华社
七个关键问题，带你了解中国航天这次“问天”发射。
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为什么要发射实验舱？
中国载人航天工程自1992年起步以来，已经走过30个年头，拥有了独立自主的运载火箭、载人飞船、货运飞船、航天员和空间站等多个系统，实现了多个领域内从0到1的巨大工程能力突破。
而新阶段的目的是建立航天员能长期驻留的空间站平台，开展较大规模的空间应用，为经济社会发展提供先进的空间技术平台。
换句话说：以前种树，现在纳凉。此前奠定的载人航天工程技术能力基础，要“变现”成各种高新航天技术来反哺各方面的科技发展了。这个过程，就需要在太空中通过复杂的空间科学实验完成。
空间科学实验的场地，就是天宫所需要的实验舱。
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为什么是“问天”和“梦天”？
太空拥有地球上很难复现的特殊条件，如长期稳定的失重环境和空间辐射环境等，也极少受到地球大气和磁场等的干扰，便于天文观测。例如，液滴可轻易形成近乎完美的球形，这是在地球上很难做到的，可利用这个特点进行新材料实验。
所有实验柜都采用模块化方式设计，方便实验和维护
图片来源：中国载人航天、中国科学院）
为充分利用太空环境的特点，我国将在天宫空间站设置25个科学实验柜，两大实验舱也将进行一定分工，术业有专攻，分别专注于空间生命科学和微重力科学研究。
通过外置的实验平台，进行空间辐射和空间环境相关实验。未来的巡天太空望远镜，也将与空间站共轨飞行，进行天文观测。
“问天”和“梦天”，就是空间站两个实验舱的名字，它们与长征、神舟、天舟、天和、天宫等词汇共同构建了载人航天特有的浪漫气质。
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为什么“问天”先发？
核心原因在于“问天”实验舱很特殊。它既是专注于空间生命科学的实验舱，也是另一个“核心舱”。
“问天”可看作是“天和”核心舱的备份，具备空间站统一管理和控制能力，带有航天员生命维持系统。在未来两个航天员班组轮换阶段，共有6名航天员驻留天宫空间站，两大舱段各自容纳三名航天员的工作与生活。
巨大的“问天”实验舱（图片来源：中国航天科技集团）
同时，它也将接过航天员出舱行走的重任。在对接多个舱段后，“天和”核心舱的节点舱部分必须处在长期加压状态，很难再进行出舱行走作业，功能被“问天”的气闸舱取代。
此外，该实验舱还自带一个小型机械臂，相比已有的主机械臂虽小了一圈，却拥有更高的末端定位和定姿态精度，更容易实现复杂的舱外作业。
所以，多个兼职功能使得“问天”必须先发。
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谁来发“问天”？
“问天”是个不折不扣的巨无霸：它重达20吨级，长度17.9米，甚至比“天和”核心舱还要长出一截来。在整个人类载人航天史上，它是单一舱段长度的新纪录。那么，发射难度可想而知。
长征五号基本型和B型运载火箭对比图（图源：Memorian-QN）
发射它的将是我国的长征五号B火箭。
与长征五号火箭这个57米高的“大胖子”相比，它是一个约53.7米的“矮胖子”。它移除了约11.5米长的芯二级，是一个典型的“一级半（芯一级+助推器）”构型，但使用了更大更长的整流罩，用于在火箭发射期间保护航天器。新版整流罩长度达到了20.5米、直径5.2米，足以保护巨大的天宫空间站各舱段。
长征五号B型火箭是专注于近地轨道重型大体积载荷运输的“大国重器”，也是天宫空间站的建设中的“头号功臣”。
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谁来接“问天”？
“问天”发射后，将实现我国首次在空间站有人驻留情况下交会对接。
目前，三名航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲已经在天宫中迎接“问天”。而他们所属的神舟十四号任务，也是我国载人航天史上一次具有里程碑意义的任务。一方面，他们要完成天宫空间站的主体建设；另一方面，该乘组完全由新一代（第二批）航天员组成，也是历史上首次。
蔡旭哲，陈冬，刘洋（图片来源：中国载人航天）
如此重要的任务，全部由“新人”完成，可见他们已经完全扛起了中国航天的大梁。而随着我国空间科学研究越发深入，我国的第三批航天员也在培训中，他们之中也开始有了专门从事研究的“载荷专家”。
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“问天”对接到哪里？
“问天”是个20吨级的大个子，必须在飞行方向与“天和”核心舱的节点舱对接，这里拥有最全面稳妥的多种交会对接辅助系统。在此前几天，对接于此处的天舟三号货运飞船已功成身退，最终从天宫撤离并焚毁于大气中。
在确认对接后，“问天”并不能长期占用这个宝贵的对接位置。毕竟未来还会有“梦天”实验舱、货运和载人飞船等在此对接，它需要在机械臂辅助下进行90度的转位，整体从“一字型”变成“L字型”，整个过程对于可靠性和稳定性的要求可想而知。
天宫空间站的最终形态（图片来源：中国载人航天）
等到年内“梦天”来访后，天宫空间站设计的“T字型”结构将建造完毕，正式落成。未来可基于节点舱，拓展新的核心舱和实验舱，建造百吨级的更大空间站。
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“问天”对接后要干什么？
对接并转位后的首要任务，是开启生命维持系统，航天员入驻实验舱。组装各个科学实验柜，开启先期的多个学科既定实验，确保实验舱整体工作状态达到预期。
它配置了能进行生命生态、生物技术和变重力科学研究的实验柜，可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，有力推动我国在生命生态、生物技术和变重力科学等重大前沿科技突破。
在神舟十四号任务期间，三名航天员也将从这里进行2-3次出舱行走，完成舱外作业。新版的天宫课堂，也将在崭新的“问天”实验舱内进行。同时，它还要为即将到来的神舟十五号任务，提供天宫的第二间“卧室”
新一节天宫课堂将在崭新的实验舱中进行（图片来源：CCTV）
总体上，“问天”实验舱的升空，标志着我国载人航天工程正式进入空间科学实验和技术探索的新阶段，一个全新的国家太空实验室即将建成，中国在进入太空时代的路上更进一步！