兩年前的2020年7月23日，“長征五号遙四”運載火箭從文昌航天發射場起飛，托舉着“天問一号”火星探測器，踏上了探索地球的近鄰——火星的漫漫道路。

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兩年後，還是在文昌航天發射場，“長征五号B”運載火箭将“問天”實驗艙送入太空。

“天問”和“問天”僅有順序之差，但它們都取自著名詩人屈原的長詩《天問》，古往今來生活在神州大地上的人們，對宇宙绮麗的想象，在今天逐漸成為現實：“天問一号”探測器已然着陸火星超過一年，為我們帶來了這顆紅色星球的第一手信息；而“問天”實驗艙将在未來的一段時間内，前往“天宮”空間站，與“天和”核心艙對接。預定的“三艙”構型将完成“兩艙”，我國的“天宮”空間站規模将得到進一步的擴展。

“三艙”完整體的中國空間站長這樣

我國的“天宮”空間站，其主要職能是“太空實驗室”。多種科學實驗将在其中開展，研究空間環境的物理、化學、生物學、醫學的短期和長期效應，為我們前往更深邃的太空提供理論和技術基礎。

既然是“太空實驗室”，那麼必然需要大量的實驗儀器。而現有的“天和”核心艙的主要職能為空間站的主體控制、航天員的長期駐留和各艙段的對接核心，因此在上面的實驗機櫃數量較為有限，僅能開展少量實驗。

此次的主角“問天”實驗艙，顧名思義是以開展太空實驗為主要職能的。

“問天”實驗艙與“天和”核心艙對比圖（制作：星智科創）

它的結構與核心艙存在顯著的不同：

首先是引人注目的“頭部”。

“天和”核心艙的頭部是一個圓圓的節點艙，有兩個對接口，兩個停泊口以及一個出艙口。而“問天”實驗艙的頭部則是一個尖尖的資源艙，裝有兩片和“天和”核心艙同材質的大型柔性太陽翼，但面積顯著大于“天和”核心艙——實驗艙内的機櫃衆多，能耗需求也随之增長，因此需要更大面積的太陽翼提供更為豐沛的電力。

值得指出的是，太陽翼的桁架頂端預留有太陽翼安裝接口，在空間站建成後，位于“天和”核心艙的一片太陽翼可以被轉移至該接口，進一步提升光照效率（另一片則可以安裝至“夢天”實驗艙的接口）。

我們還可以注意到，“問天”實驗艙的中繼天線也布置在資源艙上，而“天和”核心艙的中繼天線在大柱段。除此之外，兩個資源艙的功能基本近似，都具備姿态調整、能源儲存功能。

“頭部”往下是“中部”。

“天和”核心艙的中部是小柱段，直徑2.9米，航天員的睡眠區和衛生區位于其中，還有一台“太空跑步機”；而“問天”實驗艙的中部則是一個方形氣閘艙。

“天和”核心艙小柱段睡眠區、衛生區和太空跑步機

盡管“天和”核心艙也有一個氣閘艙（即節點艙），但“天和”的氣閘艙無論從容積還是出艙口直徑都要小于“問天”的氣閘艙，不便于航天員開展出艙活動。

更重要的是，“天和”的氣閘艙一旦開始出艙任務，艙内就會抽真空，失去作為節點艙的功能，各個艙段無法實現轉移。造成不便的同時，也具有一定的隐患。因此，“問天”的氣閘艙将在未來作為航天員開展出艙活動的主氣閘，而“天和”的氣閘艙将作為備份，一旦主氣閘出現故障，航天員還可以從備份氣閘艙進出。

“問天”的氣閘艙還具備艙外暴露平台，便于各種樣品暴露在太空環境中，研究太空極端環境對各種材料、零件甚至生命體的影響，進一步拓寬了研究範圍。

“中部”往下就是艙段的主體，這部分艙段呈圓柱形，直徑達到4.2米。

“天和”核心艙的主體稱為“大柱段”，包括了一部分生活控制艙，和一個資源艙；而“問天”的主體則為一個完整的工作艙，内部除了大量實驗機櫃之外，還配置了3個睡眠區和1個衛生區，一旦裝配完成，配合“天和”核心艙已有的3個睡眠區和1個衛生區，将可以滿足“神舟十四号”、“神舟十五号”乘組共6名航天員太空會師的需求。

除了生活空間之外，“問天”實驗艙還備份有“天和”核心艙的控制管理系統，起到冗餘作用，在應急情況下可以通過實驗艙控制整個空間站，保障航天器和航天員安全。

在“問天”實驗艙的外部，還安裝有一台小機械臂。

盡管“天和”核心艙有部署一台大機械臂，雖然其活動範圍和承重能力要大于“問天”的小機械臂，但在精密性和靈活性上要略遜一籌。好在大小機械臂可以實現級聯，由此實現了“1 1＞2”的功能，組合形成的機械臂不僅活動範圍更大更靈活，在精密性上也提升了一個層次，航天員可以足不出戶，在艙内操作機械臂實現艙外載荷的轉移，減少出艙活動次數，提升工作效率。

大機械臂與小機械臂協同示意圖（圖片來源：星智科創）

“問天”實驗艙與“天和”核心艙對接後，在未來的三個月内，将一直位于前向對接口，與停泊在“天和”核心艙後部的“天舟”貨運飛船一起構成“一”字型主體結構，同時，“神舟十四号”載人飛船則會停泊在側向對接口上，整體上讓空間站呈現出 “蔔”字構型。

（圖片來源：星智科創）

當三個月後“夢天”實驗艙前往太空之時，“問天”實驗艙将在轉位機械臂的協助下，從前向對接口轉移向側向停泊口，留出位置給“夢天”實驗艙，随後“夢天”實驗艙也進行轉位，最終完成“天宮”空間站建設階段的任務。

汨水川流不息，南海濤聲依舊。從秭歸至文昌，凡二千餘裡，從《天問》至“問天”，曆二千餘年。遼闊的國土塑造了我們博大的胸懷，悠久的曆史鑄就了我們高遠的追求。不斷向太空進軍，堅持向未知探索，這就是我們能夠告複先人的最佳答案。

（圖片來源：星智科創）

出品：科普中國

作者：冰結向日葵

監制：中國科普博覽

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