发射成功！除了比国际空间站的舱段长，问天实验舱还有啥亮点

北京时间7月24日14时22分22秒，搭载问天实验舱的长征五号B遥三运载火箭在海南文昌航天发射场点火升空。约500秒后，组合体进入预定轨道，并实施星箭分离，发射任务取得圆满成功。
这次发射任务有何亮点？问天实验舱与天和核心舱有什么差异，未来会承担哪些使命，具备哪些功能？南都大数据研究院告诉你。
　　

发射任务：由长五B遥三火箭运载，实施零窗口发射

7月24日，问天实验舱发射任务取得圆满成功。究竟本次任务有什么亮点与难点？南都大数据研究院对比了本次与一年多以前的天和核心舱发射任务。

数据显示，一年多前的天和核心舱发射任务，组合体垂直转运到发射场的时间为2021年4月23日，正式发射时间为6天后的11时23分。而问天实验舱组合体的“公开亮相”时间为7月18日，也就是说，最后阶段的对接、测试和演练等准备时间同样为6天。
两次发射任务的地点都在海南文昌航天发射场，均由长征五号B型运载火箭送达预定轨道。发射任务也取得圆满成功。
另一方面，不同于一年前的4月，本次发射时间是7月下旬，正值海南当地的台风季和多雨季，再加上35摄氏度以上的高温和猛烈的太阳光，对发射任务提出了全新考验。据中国载人航天工程办公室透露，针对海南的特殊气候条件，文昌发射场采用的是“三垂一远”测发模式，减少火箭在发射区的操作，缩短暴露在室外不良气象环境下的时间和机会。同时，联合海南、广东等气象部门，大力提高气象预报的精准度，并通过不同功能的雷达，重点加强雷电监测、降水探测和监测以及浅层风探测能力建设，具备了应对复杂天气变化的硬实力。
据航天科技集团一院透露，本次任务中，长五B火箭实施零窗口发射，这也是长五系列火箭首次执行零窗口发射任务。“零窗口”是指发射时间范围为零的发射窗口，也就是要求火箭必须分秒不差地点火升空。对此，火箭院长五B火箭总体副主任设计师刘秉在接受媒体采访时表示：“问天实验舱需要与空间站天和核心舱进行快速交会对接，因此，必须在规定时间分秒不差地发射，否则将无法到达指定位置，需要耗费巨大代价调整轨道；甚至导致发射终止，那就需要等待下一个发射窗口重新组织发射，严重影响任务周期。”
发射成功后，问天实验舱会与天和核心舱进行对接，这是空间站首次在有航天员的状态下迎接航天器来访，也是我国目前最大吨位的两个航天器之间的交会对接。
　　

运载火箭：各司其职支援空间站建造，长征系列火箭百次发射用时越来越短

问天实验舱的发射任务同样由长五B运载火箭完成。其实，在中国空间站建设的不同阶段，多个型号的长征运载火箭各司其职，将不同对象安全送达。

据南都大数据研究院观察，在中国空间站的在轨建造阶段，主要由三种不同型号的运载火箭承担相应任务。

空间站不同舱段的重量都在20吨以上，需要由运载能力强、起飞质量大的运载火箭完成，长五B火箭就成了不二之选，例如天和核心舱、问天实验舱的发射任务。由于长征五号运载火箭需要特殊尺寸的塔架，所以，任务只能在纬度较低的文昌发射场的专属发射架上完成。
长征二号F型系列运载火箭具有极高的可靠性、安全性，是我国载人发射的“专车”。据本系列火箭的首任总设计师刘竹生介绍，它的可靠性达0.97，安全性达0.997。简单地说，就是发射100发，失败不能超过3发；在这3发可能的失败中，危及航天员生命安全的概率要小于千分之三。再加上搭载了故障检测系统、逃逸救生系统等保障航天员安全的装置，长二F火箭承担了所有载人航天任务。如长征二号F遥十二火箭就在去年6月17日将聂海胜、刘伯明、汤洪波三名宇航员安全送抵天和核心舱；在太空出差长达半年的神舟十三号航天员乘组翟志刚、王亚平、叶光富，就是搭乘长征二号F遥十三运载火箭出发的。因逃脱、救援、医监医保等条件限制，目前长征二号F系列运载火箭都选择在酒泉卫星发射中心升空。
运送“太空快递员”天舟系列货运飞船则由长征七号系列火箭完成，发射地点也都选在海南文昌发射场。例如，不久前脱离了空间站组合体的天舟三号货运飞船，就是在2021年9月20日搭乘长征七号遥四运载火箭，带着近6吨的实验器材、推进剂与航天员的航天服、生活物资、出舱消耗品等物资，从文昌发射场出发，最终成功抵达预定轨道，并完成与天和核心舱的交会对接。
另一方面，据新华社等媒体统计，截至发稿时，长征系列运载火箭已完成超过400次发射任务，成功率超95%。南都大数据研究院也统计了这400多次发射任务的用时。

数据显示，从1970年4月24日长征一号运载火箭首飞至2007年6月1日长征三号甲运载火箭发射鑫诺三号卫星，长征火箭实现第一个100次发射，历时37年；2014年12月7日，长征四号乙运载火箭成功发射中巴资源卫星，用了7年多时间，长征火箭实现了第二个100次发射；2019年3月10日，长三乙火箭成功发射中星6C卫星，仅仅4年多的时间里，长征火箭便实现了从200次向300次发射的跨越；2021年12月10日，长征四号乙发射实践六号05组卫星任务圆满完成，耗时仅2年零九个月，长征火箭完成了第四个100发火箭的发射任务，飞行次数正式刷新为“400”。
　　

功能定位：比国际空间站的舱段长，能进行科学实验与控制备份

长五B火箭圆满完成任务，将实验舱送达预定轨道，但“问天”的太空之旅才刚刚开启。相比天和核心舱，问天实验舱有何异同，承担着哪些独特的任务？

相比天和核心舱，问天实验舱重了约0.5吨，长了1.3米，长度甚至超过了国际空间站的任何一个舱段。天和核心舱与问天实验舱的最宽处直径均为4.2米，内部空间（有效容积）同为50立方米左右。据航天科技集团五院专家介绍，“问天”的太阳帆板展开后，会明显大于“天和”的，发电功率也几乎是“天和”的两倍。按照设计，空间站的预期寿命为10年，但后续可通过维修、更换零件等操作延长服务年限。
梦天实验舱预计在10月底发射，与“天和”“问天”正式形成组合体。这三个舱段各自拥有哪些独特的功能与定位，如何分工？

未来，天和核心舱将作为节点舱，对接问天、梦天两个实验舱，从而构成中国新一代空间站。天和核心舱具备开展交会对接、转位与停泊、乘组长期驻留、航天员出舱、保障空间科学实验等能力，舱内配置有工作区、睡眠区、卫生区、就餐区、医监医保区以及锻炼区，能够为航天员工作和生活提供舒适良好的保障条件。未来，它也会成为空间站的管理和控制中心，使宇航员能在地面工作人员的协助下进行不同舱段、飞船的对接、转移和分离等任务。
问天实验舱主要由工作舱、气闸舱、资源舱构成，主要任务是支持密封舱内应用和舱外试验，存放航天员消耗品、空间站备品备件和补给货物。按照设计，实验舱内装载了8个实验机柜，舱外暴露实验平台配置了22个标准载荷接口。另一方面，问天实验舱与天和核心舱都设有可供3名宇航员生活起居的必要设施。但“问天”的睡眠区采用了竖式睡舱，也就是说航天员将在睡眠舱内“站”着睡觉，这跟天和核心舱不一样。此外，问天实验舱还具有备份的空间站指挥控制系统，在遭遇意外情况时，可以用于宇航员紧急避险，并承担指挥操控整个空间站组合体的任务。
梦天实验舱则配置了货物气闸舱和舱外展开试验平台等空间。在舱外安装的科学试验设备可以通过货运飞船运送到空间站，再通过货物气闸舱把载荷送到舱外，由机械臂或航天员安装到舱外的平台上，实现舱外试验项目不断更新。
虽同是实验舱，但“问天”与“梦天”的实验对象与内容却各有侧重。

据中国载人航天工程新闻发言人、中国载人航天工程办公室副主任林西强介绍，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。梦天实验舱主要面向微重力科学研究，配置了流体物理、材料科学、燃烧科学、基础物理以及航天技术试验等多学科方向的实验柜，支持开展重力掩盖下的多相流与相变传热、基础燃烧过程、材料凝固机理等物质本质规律研究以及超冷原子物理等前沿实验研究。
　　

专属装备：配备小型机械臂，既可独立操作也能组合使用

据介绍，问天实验舱配备了一台小型机械臂，比天和核心舱的机械臂更小巧，精度也更高。

据中国载人航天工程办公室介绍，天和机械臂被科研人员称为“大臂”。该臂重约0.74吨，最大承载力可达25吨，由两根臂杆、7个活动关节、腕部相机、控制器、末端执行器等结构组成，展开长度约10.2米。过去一年多时间里，在大型机械臂支持下，两批神舟飞行乘组进行了4次航天员出舱活动，完成了舱外全景摄像机抬升、舱外扩展泵组安装、机械臂转接件安装、舱表状态检查等一系列舱外作业任务。

空间站机械臂转位货运飞船试验动态模拟图。来源：中国载人航天工程办公室
问天实验舱的小型机械臂不同于大型机械臂，更为灵活、灵巧。与“前辈”一样，它也是一款七自由度空间机械臂，臂展开长度约5米，相当于天和大型机械臂的一半，重量约0.35吨，负载能力为3吨。另一方面，小型机械臂的末端没有采用撞针式设计，而是三指捕获式。未来，通过这个精度更高的机器臂，实验载荷可经由梦天实验舱的货物气闸舱实现舱内外空间的自动转移，无须航天员出舱作业。
另一方面，这两个机械臂可进行级联组合使用。两臂对接后展开长度可达15米，进一步扩大机械臂触达范围与距离，并配合完成太阳翼、遮光罩等设备的在轨维修、更换等操作。
此外，问天和梦天两个实验舱还各配备了一台专用的对接机械臂，用于与天和核心舱的交会对接。换句话说，未来中国空间站将一共有四套不同定位、不同功能的机械臂，相互配合完成不同工作。
出品：南都大数据研究院
数据采集分析：陈泽然
制图：何欣
数据来源：国家航天局、中国载人航天工程办公室，新华社、人民日报、央视新闻、中国日报等媒体报道
图片来源：国家航天局、中国载人航天工程办公室、新华社等
统计截止时间：2022年7月24日

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