天宫空间站的三大任务阶段
随着关键技术验证阶段任务陆续展开 ， 人们对该阶段任务流程已逐渐熟悉 ， 然而对于明年即将开始的“在轨建造阶段”尚缺乏足够的认知 。
无独有偶 ， 一部全新的载人航天工程宣传片在近期航天员天地连线活动中得以公开 ， 该片展示了许多在轨建造阶段的任务细节 。
我们都知道天和一号是天宫空间站核心舱 ， 然而鲜为人知的是 ， 现阶段天和一号的准确身份是“试验核心舱” ， 完成关键技术验证阶段任务并通过状态评审后将在轨直接转正为“核心舱” ， 届时天和一号核心舱将为迎接在轨建造阶段任务做好一切准备 。
天和一号舱内画面
在轨建造阶段大部分任务都将在神舟十四号任务期间展开实施 ， 该飞船将对接于天和一号核心舱对地方向的径向对接口 ， 为后续到来的两个大型实验舱让出轴向对接口 。
神舟十四号航天员乘组进驻天和一号不久 ， 很快长征5B遥三大型运载火箭就将托举问天号实验舱发射入轨 ， 该舱段的目标对接位置是天和一号核心舱第四象限径向停泊口 。
问天号实验舱与空间站组合体交会
身为追踪飞行器的问天号实验舱有着22吨级的身板 ， 而作为目标飞行器的空间站组合体也是40吨级规模 ， 加上异体同构周边对接机构需要较大撞击能量 ， 如果直接径向对接将使得空间站姿态控制变得更加复杂 ， 为此我们采取了先轴向对接再转位径向对接的方案 。
问天号实验舱与空间站组合体轴向对接
问天号实验舱的到来相当于为天宫空间站带来一个超值大礼包 ， 首先是数量可观的科研机柜与舱外载荷挂点 ， 再就是该舱段的小柱段配置了一部小型机械臂 ， 它可以与天和核心舱主机械臂对接形成长度达15米的超长机械臂 ， 基于天和机械臂爬行功能 ， 可以实现天宫空间站整站全触达 。
天和机械臂与问天号实验舱机械臂双臂组合
问天号实验舱还配置有人员专用气闸舱 ， 它可以与天和一号气闸舱（节点舱）互为备份 。 在没有人员专用气闸舱情况下航天员实施出舱活动任务期间空间站舱段间交通将被阻断 ， 比如神舟十二号乘组执行两次出舱活动任务期间神舟十二号飞船与天和核心舱之间的交通就是阻断状态 ， 一旦出现危险情况难以做出有效应对 。
使用天和气闸舱执行出舱任务时核心舱与神舟飞船交通阻断
人员专用气闸舱到位后将完美化解这一问题 ， 届时它将是航天员实施出舱活动的第一选择 。
问天号实验舱人员专用气闸舱
值得注意的是 ， 问天号实验舱人员专用气闸舱舱门是面向地球一侧 ， 这与天和一号气闸舱面向太空一侧不同 ， 空间站完成在轨建造任务后将由连续偏航姿态转三轴对地稳定姿态运行 ， 面向地球一侧的出舱口将背对太阳 ， 有助于航天员执行出舱任务时的环境感知 。
核心舱气闸舱进出舱成像受阳光干扰问题突出
与之对比神舟十二号乘组在使用核心舱气闸舱执行出舱任务时 ， 当组合体运行至阳照区时出舱口全景相机受强烈阳光干扰画面过度曝光问题比较严重 ， 而出舱过程恰恰是非常关键的阶段 ， 需要舱内航天员与地面通过镜头画面指导出舱航天员做出正确动作 。
在问天实验舱机械臂辅助下进行出舱活动
在轨建造阶段最为关键的任务就是两个实验舱的“转位对接” ， 事关整个空间站的成败 。 假设问天号实验舱无法转位 ， 意味着轴向对接口被占用 ， 后续梦天实验舱无法对接 ， 甚至飞船对接口也将因此由3个缩减至2个 ， 空间站总体任务目标将无法达成 。
基于转位任务的不可逆性质 ， 空间站总体为此准备了两套互为备份的转位方案 。 首先是实验舱自备的转位机械臂 ， 转臂通过与节点舱基座相连带动实验舱进行上翻、旋转、下翻实现转位对接 ， 该转位机械臂运动关节少 ， 优势是可靠性高 。
用于对接实验舱转位机械臂的基座
转位机械臂控制问天号实验舱转位对接
天和核心舱主机械臂则是转位机械臂的备份手段 ， 该机械臂自设计伊始就确立了25吨级的承载力指标 ， 目的就是为服务实验舱转位对接 。 目前正对接于天和一号核心舱后向对接口的天舟二号货运飞船在任务末期就将绕飞至前向对接口 ， 并配合天和机械臂进行在轨转位试验 。
天舟二号货运飞船配合天和机械臂进行转位试验
问天号实验舱完成转位对接后 ， 梦天号实验舱也将紧随其后在神舟十四号任务期间完成对接 ， 该舱段目标对接位置是天和一号核心舱第二象限径向停泊口 ， 对接方法与问天号实验舱完全一致 。
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