今年将发射“问天”“梦天”2个大型舱段
今年将发射“问天”“梦天”2个大型舱段，我们将在半年时间里密集实施6次空间站任务发射，具有国际领先水平的天宫空间站已经胜利在望，今年将发射“问天”“梦天”2个大型舱段。
我国将在今年5月份发射“问天”实验舱，届时将与“天和”核心舱对接，然后在8到9月份又会发射“梦天”实验舱，与“天和”、“问天”组成三舱结构，基本完成空间站一期工程建设。而这一切，将在半年内完成。具体来说，在半年时间内，我们将完成包括天舟四号货运飞船、神舟十四载人飞船、“问天”实验舱、梦天实验舱、神舟十五载人飞船和天舟五号货运飞船等6次重大航天任务，真是速度惊人。
我国空间站一期工程的三舱结构
而就在最近，作为这一系列连续动作的第一步，“问天”实验舱的实物也终于曝光了。从画面上可以看到，它与“天和”实验舱有较大区别，特别是小柱段部分，完全不同，那么我们今天就来聊一聊这个“问天”实验舱。
首先，“问天”实验舱的长度达到17.9米，竖起来差不多相当于6层楼房的高度，不仅比国际空间站任何舱段都要长，也比“天和”核心舱长了1.3米，它是人类航天史上迄今为止最长的单体航天器。
而从上到下仔细看“问天”实验舱，首先映入眼帘的是末端短桁架和可折叠柔性薄膜太阳翼，太阳翼的制造材料和“天和”核心舱的相同，都是转换率达30%的柔性三结砷化镓太阳电池片，以及轻质碳纤维面板，但是“问天”实验舱的太阳翼面积更大。“天和”核心舱的单翼面积为67平方米，两组就是134平方米，初期发电能力超过18000瓦。而“问天”实验舱一个太阳翼的面积，就远远超过了134平方米。
不仅如此，在三舱结构完成之后，“天和”核心舱的太阳翼也将被转移至“问天”和“梦天”实验舱的末端，这样的话，每个实验舱就有3组太阳翼。另外，两个实验舱的大太阳翼还可以实现双自由度转动，如果再加上空间站本身姿态的调整，就是三自由度了，看起来就像直升机的螺旋桨一样，当然，转动速度不会有那么快。
之所以要采用这样的设计，就是为了最大限度提高太阳翼的受晒率，保持最大受晒面积，从而保持最大的发电功率。这种设计远比国际空间站巨大的桁架太阳翼和散热板要好。国际空间站看起来非常巨大，其实很大一部分都是桁架、太阳翼和散热板，就像猫狗蓬松的毛发一样，一洗澡就会露馅。它的舱段体积其实并不大，与我们空间站二期工程完成之后差不多，而从发电量上看，我们的一期工程，就与国际空间站的整体发电能力相差无几了，到了二期工程，更是会远远超过。
一期工程完成之后的我国空间站
而末端短桁架和太阳翼附着的地方，就是“问天”实验舱的资源舱，上面安装有各种姿控发动机，同样的姿控发动机也出现在“问天”实验舱的末端，就是不知道是否和“天和”核心舱一样有霍尔推进器？与国际空间站的实验舱不一样，“问天”实验舱也可以起到核心舱的作用，所以“天和”核心舱全套的设备，它也有，而且还多了大约10个机柜，非常考验设计功底。
实际上，“问天”实验舱是我国空间站的紧急避险安全区，一旦再次遭遇太空碎片来袭，或者别国卫星不怀好意的靠近，我国航天员将在“问天”实验舱里进行躲避，并随时可以畅通无阻地乘坐载人飞船返回地面，所以它的设计要求很高，在关键时刻必须代替核心舱发挥作用，比如和“天和”核心舱一样，也有3个睡眠舱和1个卫生间，1个备用太空马桶。
红框内是我国空间站的安全区
我们接着往下看，在资源舱的下方，是人员专用气闸舱，舱外的暴露实验载荷接口非常醒目，它的作用和日本的“希望”号实验舱的舱外暴露实验载荷平台一样，而在“梦天”实验舱，还有一个更大的类似平台，而且还是可开合式的，比日本的更先进，相关的内容我们以后再详细聊聊。
至于人员专用气闸舱，它的背后有个出舱口，是我国航天员未来主要使用的出舱位置，而现在“天和”核心舱节点舱的出舱口，将成为备份。看过我国出舱直播的人也许会发现，航天员出舱的时候，画面上经常会有十分耀眼的阳光，这是因为节点舱出舱口朝向太阳的一面，无法避开，而“问天”实验舱的出舱口，将朝向地球的一面，届时再直播出舱画面，就不会刺眼了。
问天实验舱出舱口
另外，在舱外暴露实验载荷平台上，还有一个七自由度可爬行机械臂，与“天和”核心舱的类似，不过长度只有5米，承载能力只有3吨，但它有着更高的操控精度，可以执行更为精细的作业任务，同时还可以“天和”大机械臂组合起来，形成一个15米的超长机械臂。
两个机械臂地面组合试验
除此之外，在“问天”实验舱对接节点舱的地方，还有一个转位机械臂，看名字就知道，它主要用于实验舱的转位对接，至于是否还有其他的功能，目前还不知道。也就是说，一期工程完成之后，我国空间站上其实是有3个机械臂的。
至于“问天”实验舱的大柱段，主要布置了大约10个机柜，和前面说的3个睡眠舱、1个卫生间，今年下半年，神舟十四和神舟十五将在太空中交班，届时会有6名航天员同时进驻我国空间站。而未来二期工程完成之后，我国空间站将有12个床位和4个卫生间，载人数量超过现在的国际空间站。
一期工程完成后的我国空间站
总体来说，“问天”有更大的太阳翼，有2个机械臂，有出舱口、睡眠区和卫生间，也有姿控发动机和各种通信、测控设备，它的作用远不止是实验舱，而是实验舱和核心舱的合体，与“天和”核心舱形成备份，保证空间站的绝对安全。
航天科技五院作为天宫空间站抓总研制单位近日召开了“空间站建造阶段任务动员大会”，今年四月神舟十三号航天员乘组将返回地球，届时关键技术验证阶段工作将宣布胜利收官，之后工程总体将对此阶段近一年的在轨工作进行综合评估，评估通过后立即进入“天宫空间站在轨建造阶段”。
我们将在半年时间里密集实施6次空间站任务发射，其中问天号实验舱Ⅰ与梦天号实验舱Ⅱ的发射与在轨组装将决定空间站建造任务的成败。
自天和一号核心舱发射以来，另外两个实验舱始终保持着“神秘色彩”，只在一次宣传片中“半亮相”。
照片显示问天号实验舱Ⅰ身处大功率振动试验台上
随着在轨建造阶段任务日益临近，这种犹抱琵琶半遮面的状态也必将终结。这不，很快问天实验舱就以“出口转内销”的方式公开亮相了全身照：
问天实验舱轴向全长17.9米（相当于6层楼房高度），这一长度超越了国际空间站的任意舱段，比之天和一号核心舱16.6米的轴向长度还要长1.3米，该舱段与梦天实验舱同为当今世界轴向长度最长的单体载人航天器。
结合照片先来看看问天实验舱的结构分布，由上至下依次是，实验舱末端短桁架、资源舱、人员专用气闸舱、大柱段。
问天实验舱末端短桁架是一个非常巧妙的设计，它与国际空间站桁架用于太阳翼安装目的相同，同时利用问天舱与梦天舱对置布局形成的近40米横向跨度，起到类似国际空间站桁架结构的作用，使得太阳翼有效化解了相互遮挡的难题。
问天舱与梦天舱对置布局
短桁架末端还可以用于核心舱太阳翼的转位安装，从而最大限度提高天宫空间站太阳翼整体受晒率，进而提高空间站整站三舱的发供电能力。
紧贴资源舱外表面安装的“箱板结构”是收拢起来的实验舱大型柔性太阳翼，该太阳翼采用二次展开设计，入轨后先行解锁一次展开，展开方式与核心舱太阳翼类似，独立运行期间进行单自由度运动对太阳指向，此时太阳翼依托短桁架运行于二四象限，目的是为了不干扰资源舱轨控发动机作业。
问天实验舱太阳翼
待问天实验舱与天和核心舱前向对接口对接后，实验舱太阳翼二次展开到位，此时实验舱姿轨控动力系统不再作业，实验舱太阳翼可以依托短桁架进行双自由度运动对太阳指向，进一步提高太阳翼受晒率。
紧贴资源舱外表面安装设备除了柔性太阳翼，还有偏置中继天线。它可以与天和一号核心舱中继天线、梦天实验舱偏置中继天线融合作业，进而使得天宫空间站测控覆盖率达到近100%，从而消除目前天宫空间站的几分钟测控盲区，届时只会在天线转换过程中出现以秒为单位计算短暂的测控中断。
问天实验舱偏置中继天线
再向下看，紧挨着资源舱的是问天实验舱“人员专用气闸舱”，完成实验舱转位组装后它将是天宫空间站的主份人员气闸舱，是在轨航天员进行出舱活动的首选场所。之所以选择该气闸舱为主份气闸舱，是因为该舱段位于实验舱加压密封舱末端，进行出舱行走时不会阻断其他舱段之间的交通。
照片拍摄方向不能看到人员专用气闸舱的出舱口，因为这里是第三象限，出舱口在第一象限，在轨期间出舱口将朝向地球一侧，航天员由此进出舱时太阳光照干扰影响可以降至最低，这一点恰恰是天和一号核心舱气闸舱做不到的（该气闸舱出舱口朝向天顶方向，航天员受太阳光照干扰问题较为突出）。
“问天实验舱气闸舱”还可以与“天和核心舱气闸舱”形成互为备份的任务协作关系，这里的备份可以是出舱任务实施之前，也可以是出舱任务实施的过程中。例如，航天员由问天舱气闸舱出舱后，该气闸舱若出现故障，此时舱外航天员还可以自主转移至天和气闸舱回舱。
舱外航天员可从不同气闸舱回舱
人员专用气闸舱外表面的方形装置是问天实验舱的外部暴露实验载荷接口，此处的暴露实验载荷可以由出舱航天员携带出舱安装，也可以由问天实验舱机械臂直接在舱外进行照料，同时也可以由梦天实验舱货物专用气闸舱转移出舱，再由机械臂转移至接口安装。
问天实验舱随舱上行携带了一部展开长度为5米的七自由度小型机械臂，从公布照片上目前还看不到，因为它的安装位置在人员专用气闸舱外表面一二象限交汇处。该机械臂承载力是3吨，虽然不及天和机械臂的25吨承载力，然而前者有着更高的操控精度，可以执行更为精细的作业任务。
问天舱机械臂还可以与天和机械臂进行级联组合，从而构成展开长度达15米的超长机械臂，依托后者的舱体爬行功能，可以实现空间站外表面全触达。
双臂级联组合转接件
再向下看，与人员专用气闸舱接壤的是问天实验舱大柱段。从照片上看，该大柱段比天和一号核心舱大柱段略长一些，大概是因为问天实验舱的控制力矩陀螺没有像天和舱那样外置，而是内置于舱内。
问天舱控制力矩陀螺是天宫空间站姿态控制系统的重要备份装备，除此之外该舱段还将在能源管理系统、信息管理系统、载人环境系统等关键平台功能上进行备份，进而提高整站功能冗余能力。
问天舱大柱段是科学研究机柜的主要安装场所之一，也是在轨航天员进行科研实验的主要场所之一，天宫空间站三舱合计可以安装多达25台科学研究机柜，实验设备占整站规模比值刷新了人类历史纪录，远高于国际空间站。
实验舱内置多台科学研究机柜
除此之外，问天舱大柱段还配置有3个睡眠区与一个卫生间，这些生活保障设施可以在两批航天员在轨轮换期间发挥作用。今年下半年神舟十五号与神舟十四号两批6名航天员将呈现同驻天宫空间站的盛况，届时我国航天员在轨人数将在十天周期里成为在轨航天员人数最多的国家。
问天舱几乎完整备份了天和核心舱的所有关键平台功能，如此设计是为了将问天舱作为天宫空间站的应急避难区，一旦天和核心舱遭遇空间碎片撞击或者其它危及运行安全的事件，航天员就可以立即由节点舱进入问天舱长时间待援，届时节点舱双向承压舱门将关闭，从而保留由节点舱进入神舟载人飞船的生命通道。
问天舱还有一个与天和核心舱显著不同的设计，那就是姿控发动机并没有集中布置在资源舱，比如在实验舱大柱段前端也分布有姿控发动机，这大概是因为实验舱作为追踪航天器需要主动对接天和核心舱，这样一来对航天器姿态控制精度就有更高的要求。
再向下看，问天舱底部配置有一个主动对接装置，以及转位机械臂，由于振动试验台与问天舱之间的支撑结构遮挡，所以暂时还看不到。
问天实验舱与天和一号核心舱轴向对接
该对接口将与天和核心舱前向对接口进行轴向对接，完成对接后转位机械臂将与天和核心舱节点舱转位机械臂适配器对接，进而直接带动问天舱转位至节点舱第四象限停泊口。
如果转位机械臂失效，还可以由天和机械臂捕获问天舱直接进行转位对接，巧合的是振动台试验照片展示的大柱段下方的机械臂适配器，恰好就是天和机械臂辅助实验舱转位对接用的机械臂适配器。
问天舱机械臂适配器
在实验舱转位对接任务中，主份方案是实验舱转位机械臂，备份方案是天和机械臂辅助转位。二者共同保障实验舱转位对接任务的万无一失，之所以下大力气进行如此设计，实在是因为实验舱转位容不得半点闪失，此项任务事关空间站建造任务的.成败。
吃水不忘挖井人，当时间刻度来到2022年，具有国际领先水平的天宫空间站已经胜利在望，此时此刻我们不能忘记半个世纪前曙光一号载人飞船计划的艰难探索起步，再到载人航天工程三步走一步一个脚印的奋力追赶，这是伟大时代赋予我们的历史荣光。
神舟十三号载人飞船和乘组三名航天员已经在轨4个月了，今年2月9日的神舟十三号载人飞行任务发布会通报称再过两个月他们将从空间站返回地球，接下来载人航天工程将会对空间站关键技术验证情况进行全面评估，之后空间站将转入下一步的建造阶段，将“问天号”和“梦天号”实验舱送到空间站与天和号核心舱对接，搭建我国空间站的“T”字基本构型。
据央视新闻等媒体报道，预估今年5月或6月份我国空间站问天实验舱将发射入轨，与天和号空间站核心舱对接，我们知道天和号核心舱的体积十分巨大，其长度达16.6米，树立起来比5层楼还高，最粗部位的大柱段直径4.2米，比高铁或地铁的车厢还宽，内部容积有50多立方米，重量达22.5吨，是现阶段太空中最大的单体舱段，比国际空间站中所有的单体舱段都大，然而通过近期亮相的“问天”实验舱的相关数据来看，这个实验舱段要比天和号核心舱更大。
天和号核心舱的长度为16.6米，但“问天”实验舱的长度则是17.9米，比前者高了1.3米，竖起来就是6层楼房的高度了，而且它的大柱段直径也是4.2米，但大柱段的长度要比天河号核心舱大柱段更长，所以实际上它的体积也是比天和号核心舱更大的，所以它发射入轨后将是现阶段太空中体积最大的空间站舱段，而且目前太空中也还没有比它体积更大的航天器，所以也可以称它是现阶段太空中体积最大、长度最长的单体航天器。
问天实验舱也和天和号核心舱的舱段不同，后者主要分为资源舱、生活控制舱和节点舱三部分，而前者则分为工作舱、气闸舱和资源舱三部分，其中以位于大柱段的工作舱长度最长，直径最粗，空间最大，它也将是航天员的主要工作和活动空间，同时也将有不少科研任务将在这一舱段展开。
问天号的气闸舱则是人员专用出舱口，之前航天员出舱活动都是在核心舱的节点舱进行的，而在问天号发射升空之后，航天员们的出舱活动将主要在这个人员专用气闸舱进行，节点舱将成为备份出舱口。
气闸舱出口的另一面还有位于舱外的暴露实验载荷接口，专门用来承载进行太空暴露式实验装置使用的，它和出舱口很近，方便航天员进出操作，据说梦天号实验舱上还有更大的一个。
我们都知道天和核心舱上有一个七自由度的机械臂，长度10.2米，可以在我国空间站上爬行，其实在问天号气闸舱的舱外暴露实验载荷平台上也有一个七自由度机械臂，只是长度只有5米左右，它主要负责舱外暴露实验载荷的拿取移动，其承载能力有3吨，但操控精度更高，能执行更为精细的舱外作业，同时它还可以“天和号”上的大机械臂组合起来，形成一个15米的超长机械臂，执行远距离的操作。
在这个短机械臂之外，问天实验舱上还有个转位机械臂，位于“问天”实验舱对接节点舱的附近，主要用于实验舱的转位对接，所以其实问天实验舱上是有两个机械臂的，它上天入轨后，我国空间站上将有三个机械臂。
问天实验舱总重量高达20多吨，和天和号核心舱重量差不多，它的发射也将由长征五号B型火箭承担，任务完成后该型火箭还将于两到三个月之后承担起梦天号实验舱的发射任务。
“问天号”虽然是个实验舱，但也可以起到核心舱的作用，它几乎有“天和”核心舱的全套设备，包括3个睡眠舱和1个卫生间，1个备用的太空马桶，由于工作舱较大，科研机柜也比天和核心舱还多了10个。
问天实验舱也十分坚固，入轨以后还将成为航天员太空避险的安全区，在太空碎片等预知可能的撞击靠近时，航天员们将来到这一舱段躲避，危险较大的话还可以乘坐载人飞船返回地球。
可见，问天实验舱是个十分方便的太空生活空间和全能型的太空实验装置，没有强大的设计、研制和工业制造能力是不可能造出来的，它的现身让人欣喜，同时也体现了我国航天科技水平上升到了新的高度上。
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