飞天圆梦，天宫豪宅现在多大面积了，下一步是不是该建设天庭了？

来源:中科院半导体所发布时间:2022-11-04158浏览

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来源：中科院物理所（ID:cas-iop）

作者：穆梓

梦天实验舱在海南文昌发射场搭载长征五号B遥四火箭火箭发射

发射现场 | 图源自央视新闻

梦天实验舱成功发射，也意味着中国天宫空间站的建设圆满完成，天宫进化到了完全体，呈现令人赏心悦目的“T字形”。

那么问题来了，完全体的天宫空间站到底有多大，航天员的居住条件到底咋样，下一步要怎么建设，天宫都交房了，天庭啥时候动工啊？别急，听我一一道来。

影视作品中的天庭 | 图源自央视电视剧《宝莲灯》

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天宫空间站简介

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首先还是要先介绍一下天宫空间站的基本情况。

2021年4月29日，天宫空间站核心舱天和从海南文昌发射中心发射。标志着天宫空间站的建设正式拉开帷幕，算起来，到今天，梦天发射，天宫还不满2岁。天宫空间站的建设完成也标志着我国载人航天工程三步走发展战略的最终目标成功实现，使得使中国成为独立掌握近地空间长期载人飞行技术，具备长期开展近地空间有人参与科学技术实(试)验能力，能够综合开发利用太空资源的国家。

天宫空间站美图 | 图源自联合国官网

冷知识，天宫空间站标志着我国成为第二个独立掌握建设空间站的国家，第一个是苏联，他们独立建设了和平号空间站。至于现在正在运行的国际空间站，是由国际合作共同建设完成的。

天宫空间站由天和核心舱、问天实验舱和梦天实验舱三个舱段组成，呈“T”字构型。除了舱体本身以外，空间站还要预留对接口承接载人飞船和货运飞船。天宫空间站设置有前向、后向和径向三个对接口，前向对接口主要用于对接载人飞船和巡天空间望远镜，后向对接口主要用于对接货运飞船，径向对接口主要用于对接载人飞船。

天宫空间站完整构型 | 图源自参考资料1

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天宫“三兄弟”

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天宫建设都完成了，是不是还有人不了解这三个核心舱的具体情况，没事，我来给你补补课。

首先发射的天和核心舱，顾名思义，这是整个空间站的核心。天和核心舱主要任务是空间站平台的统一管理和控制，并作为目标飞行器支持来访飞行器交会对接、转位与停泊。我们的航天员就主要生活在天和核心舱中，核心舱在货运飞船的支持下，可以支持航天员长期停留，也可以支持航天员开展密封舱内空间科学实验和技术试验。天和核心舱还具有气闸舱，支持航天员出舱。

天和核心舱包括节点舱、生活控制舱及资源舱三部分，轴向总长16.6 m，最大直径4.2 m。

天和核心舱 | 图源自参考资料1

而问天和梦天均为实验舱，主要功能是供航天员开展科学实验。

问天实验舱包括工作舱、气闸舱、资源舱三部分，舱体轴向长度为17.9 m，舱体最大直径4.2 m。问天实验舱作为第二个发射的舱体，但他其实不仅只是个实验舱，问天实验舱主要功能当然是为开展密封舱内和舱外空间科学实验和技术试验提供保障条件，但你可能不知道的是，它其实也是天和核心舱的重要备份，问天实验舱可以作为天和核心舱能源管理系统、信息管理系统、控制系统和载人环境系统等关键平台功能的备份，同时问天实验舱其实也具备对组合体进行统一管理与控制的能力，也就是说，航天员在问天实验舱中同样可以操作整个空间站。问天实验舱同样可以保障航天员在轨长期驻留, 提供专用气闸舱和应急避难场所, 可以在天和核心舱遇到突发状况时保证航天员安全。

问天实验舱| 图源自参考资料1

今天发射的就是天宫空间站大家庭的“三弟”——梦天实验舱。梦天实验舱包括工作舱、货物气闸舱、载荷舱、资源舱四部分，舱体轴向长度为17.9 m, 最大直径4.2 m。哎，有没有发现新成员。没错，梦天实验舱比问天实验舱多了一个载荷舱。这个载荷舱舱外设置展开式载荷实验平台，发射后在轨展开。至于资源舱则与问天实验舱基本相同。

梦天实验舱 | 图源自参考资料1

梦天实验舱主要任务是为航天员在密封舱内工作提供保障条件，保证航天员安全。为开展舱内及舱外空间实(试)验提供保障条件，提供货物气闸，实现载荷与设备自动进出舱。

为啥要去太空做实验？

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要问实验舱的实验内容，首先我们要清楚，为什么要在太空开展实验。在太空开展实验主要有四大优势。

在太空实验当然是看重天空特有的实验条件。最重要的，就是你第一个想到的，微重力环境。

在地表，重力环境下，生命体和物质受到重力作用，物质的某些本质规律可能被重力作用掩盖，因此在微重力或无重力环境下，或许会有一些意想不到的结果。

空间站实验的另一个巨大优势是：上面有人。

真·我上面有人 | 图源自《武林外传》

如果没有空间站，我们进行科学实验就只能把装置实验发射上去，既不能及时地操作，更不能随意控制实验的时间。但如果实验过程中一直有人参与，就可以更便利地进行实验操作、记录以及对可能出现的状况进行维修。

另外，空间站中实验在时间上也更有便利。空间站会进行更频繁的天地运输，这本来就是维持空间站运行的基本需求，而我们也可以利用货运飞船或载人飞船实现样品的输送与返回。

还有最后一个显著优势：空间站特定的轨道高度，便于进行天文、地球观测和空间物理研究。当我们进行天文观测时，位于地面的光学望远镜会受到来自大气的干扰或吸收，因此，我们会选择射电望远镜或者直接把望远镜搬到太空中。而我们这次天宫空间站的建设也计划发射巡天望远镜与空间站共轨飞行，开展这方面实验。

巡天望远镜示意图 | 图源自参考资料1

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实验舱到底实验了个啥？

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完整的天宫空间站包括两个实验舱，那么这两个实验舱到底要进行什么实验呢？天宫空间站共可以搭载25个实验柜，能开展的实验内容可丰富了呢。

问天实验舱发射已经有一段时间了，大家可能已经了解了问天的实验内容，这里还是再重复一下。

问天实验舱主要面向空间生命科学研究，也就是说问天实验舱主要关注生命在微重力环境下的生存状态。问天实验舱配置了生命生态、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，并通过可见光、荧光、显微成像等多种在线检测手段，支持分子、细胞、组织、器官等多层次生物实验研究，还能提供0.01g 至2g 的变重力模拟，支持开展不同重力条件下生物体生长机理的对比研究。

举个例子，问天实验舱的生命生态实验柜中就种植了水稻和拟南芥，在“天宫课堂”中和大家见过面。不知道，这两天你们有没有关注天宫的它们长得怎么样了？

太空中的植物 | 图源自太空授课

梦天实验舱主要面向微重力科学研究，更关注一些基本物理规律在微重力环境中的变化。梦天实验舱配置了流体物理、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。

同时，梦天实验舱还将在天宫二号空间冷原子钟的基础上，建立世界上第一套由氢钟、铷钟、光钟组成的空间冷原子钟组，构成在太空中频率稳定度和准确度最高的时间频率系统，开展引力红移、精细结构常数测量等前沿的科学研究。

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这两天，空间站在干啥？

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答：在变形。

别误会，空间站可不是汽车人，不会整出几个轮子跑了。这里的变形实际上是指天和核心舱和问天实验舱的空间位置调整。

先思考一个问题，在不考虑天舟货运飞船和神舟载人飞船的时候，空间站在太空中是什么形状。

当只有天和核心舱的时候，这压根就不是问题，因为只可能有一种形状。

但当问天上天之后，两个舱体组合就可以有不同的形状了，它们一会排成“一”字，一会排成“人”字。咳咳，搞错了，是可以排成“一”形，可以排成“L”形。

实际上，通常，天和核心舱和问天实验舱都是排成“一”形的，但现在，他们准备迎接梦天上天，因此会调整成“L”形，等梦天对接完成之后，三个舱段就变成了完整的“T”字形，这也是天宫空间站的完全体。

天宫空间站在轨组装全过程示意图 | 图源自参考资料1

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天宫到底有多大？

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终于，到了这个话题，天宫空间站到底有多大？我可以这么说，经过我的计算，天宫空间站可能比我的宿舍要大。当然，这也合理。

其实跟国际空间站比，你几乎一眼就能看到天宫空间站小一号，这也是事实，不过做人不能心急，现在的空间站其实也已经够用了，况且，天宫的技术更先进、更成熟。

国际空间站构型 | 图源自参考资料1

从质量上看，天宫空间站三舱质量约为69 t，国际空间站质量约为423t。虽然差距明显，但我们也应该意识到，国际空间站由于是多国共建，结构上有些不合理之处，在去掉桁架之后，居住舱段总质量约为327t。至于分配给单独每个国家的舱段，就更少了。例如，美国部分总质量只有约110t。

另一方面，发电量也是一个很重要的维度。国际空间站发电效率并不如天宫空间站。举个例子，国际空间站的发电功率质量比是0.26kW/t，而天宫则达到了0.41kW/t。一个显而易见的结果就是，虽然国际空间站比天宫空间站大了这么多，总质量几是天宫的6倍，但国际空间站只搭载了31个实验柜，比天宫的25个实验柜多不了多少。

以后有时间，我们可以聊一聊天宫空间站上的黑科技。