梦天实验舱

中国空间站的大型舱段之一

梦天实验舱（英文：Mengtian Lab Module，简称：梦天舱），是中国空间站的大型舱段之一。

研制历程

历史背景

自1971年以来，在国际载人航天发展历程中，从苏联发射礼炮一号试验性空间站起，到国际空间站的建造与运营，再到中国空间站启动建设的五十年间，载人航天领域没有间断的活动就是空间站建设和应用。

中国空间站作为世界上第三座多舱段在轨组装建造空间站，在系统设计上充分借鉴了和平号空间站和国际空间站的经验教训，坚持立足中国基本国情，秉持规模适度、安全可靠、技术先进、经济高效的理念，充分利用已有条件，着力发挥后发优势，走出一条创新型跨越式发展道路。

中国空间站任务定位是国家级太空实验室和国际科技合作交流平台，战略目标是：建成和运营近地载人空间站，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。通过中国空间站的建设，中国将在特殊的太空环境中搭建起有人参与的科学探索与技术创新国家级太空实验室，航天员和科学家将经常往来于天地之间，开展大规模的空间科学实验和技术试验，进一步推动中国创新型国家建设，显著提升中国在国际科学技术领域的影响力。

2013年3月，中国载人航天总工程师周建平介绍，根据载人航天工程规划，中国空间站拟按长期载3人状态设计，运营阶段每半年由载人飞船实施人员轮换。载人空间站建成后，将成为中国空间科学和新技术研究实验的重要基地，在轨运营10年以上。空间站建设初期将建造三个舱段，包括一个核心舱（即天和核心舱）和两个实验舱（即问天实验舱、梦天实验舱），核心舱居中，实验舱Ⅰ和实验舱Ⅱ分别连接于两侧。

研制进程

2011年冬，上海航天技术研究院开始中国空间站相关舱段的方案论证工作。

2012年5月23日，中国国家空间站系统分工定点确定，上海航天技术研究院负责空间站实验舱Ⅱ（即梦天实验舱的前身）总体研制工作。方案伊始，实验舱Ⅱ的主要任务是装载多功能光学系统，整个飞行器大约一半的空间都围绕着如何承载巨大的光学系统而开展设计。

2014年，历经2年研制，实验舱Ⅱ攻克了结构力学设计一系列难题，就在方案设计工作接近尾声时，为获取更好观测效果，原本搭载在实验舱Ⅱ里的光学系统设计方案发生重大变化，光学载荷改为采用独立飞行器方案，与空间站共轨飞行，实验舱Ⅱ的主任务、方案设计都需要调整。研制方随后重新论证并完成实验舱Ⅱ的新方案设计。

2015年4月1日，实验舱Ⅱ被正式命名为“梦天实验舱”。

2019年底，历经6年初样研制，2年正样研制，梦天实验舱在上海完成总装和测试后，被转运至天津进行整舱力学与热试验。

2020年5月5日，中国载人空间站工程研制的长征五号B运载火箭，搭载新一代载人飞船试验船和柔性充气式货物返回舱试验舱，在文昌航天发射场点火升空将载荷组合体成功送入预定轨道，首飞任务取得圆满成功，实现空间站阶段飞行任务首战告捷，拉开中国载人航天工程“第三步”任务序幕。中国空间站核心舱已完成正样产品总装，梦天实验舱在开展初样研制。

2021年4月，梦天实验舱完成初样研制转入正样研制阶段。

2022年7月，梦天实验舱完成正样热试验。8月，梦天实验舱完成出厂前所有研制工作，运抵至文昌航天发射场。9月，执行梦天实验舱发射任务的长征五号B遥四运载火箭已完成出厂前所有研制工作，安全运抵文昌航天发射场。

2022年10月25日，梦天实验舱与长征五号B遥四运载火箭组合体已转运至发射区，到达发射塔架。10月29日，中国空间站梦天实验舱任务组织发射前系统间全区合练。各系统状态良好。

舱段规划

中国空间站命名为“天宫”，具有鲜明的中国特色和时代特征，总体方案优化，通过交会对接和转位组装构成空间站本体。其基本构型包括天和核心舱、问天实验舱Ⅰ和梦天实验舱Ⅱ，每个舱段规模20吨级。空间站在轨运行期间，由神舟载人飞船提供乘员运输，由天舟货运飞船提供补给支持。空间站设计寿命10年，可根据需要，通过维护维修进一步延长寿命。额定乘员3人，乘组轮换期间短期可达6人。

天和舱用于空间站的统一管理和控制以及航天员生活，有3个对接口和2个停泊口。停泊口用于问天舱、梦天舱与天和舱组装形成空间站组合体；对接口用于神舟飞船、天舟飞船及其他飞行器访问空间站。

中国空间站于2022年前后完成建造，一共规划12次飞行任务。长征五号B运载火箭首飞成功，标志着空间站工程建设进入实质阶段。该次任务后，将先后发射天和核心舱、问天实验舱和梦天实验舱，进行空间站基本构型的在轨组装建造；期间，规划发射4艘神舟载人飞船和4艘天舟货运飞船，进行航天员乘组轮换和货物补给。

中国空间站将形成“三舱三船”构型，其中的“三舱”包括：天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱。

系统组成

舱段系统

梦天实验舱由工作舱、载荷舱、货物气闸舱和资源舱组成，可为航天员提供超过32立方米的工作与活动空间。

梦天实验舱和问天实验舱一样，配备了2套大型柔性太阳翼，单翼翼展长达27米，单套太阳翼展开面积达138平方米，并首次采用“二次展开”技术，梦天实验舱升空后，先部分展开太阳翼以满足能量需求，对接完成后再全部展开，届时为中国空间站打造强劲的能量源泉，在空间站建成后为三舱组合体提供80%的能量。

梦天实验舱主要面向微重力科学研究，配置了流体物理、材料科学等多学科方向的实验柜，支持开展重力掩盖下的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。以材料科学为例，一般材料的制备过程都是先把材料加热，熔融成流体，这个过程会受到重力影响。在空间飞行时，可以研究材料没有重力时会发生什么现象，能反过来促进地面上材料科学的研究、材料的加工，提升效率、提高质量。

火箭系统

梦天实验舱发射采用的长征五号B火箭是在长征五号基础上，为满足中国载人空间站工程需求，按“通用化、系列化、组合化”设计思想研制的一款大型运载火箭。火箭全长约53.7米，采用一级半构型，由直径5米的芯一级+4个直径3.35米的助推器+舱罩组合体组成，其采用的少级数设计理念和箭地接口的零秒连接器等技术，有效提升了火箭的固有可靠性和安全性；长征五号B火箭整流罩长20.5米、直径5.2米，是中国现役有效载荷容积最大的火箭整流罩，能更好地满足空间站舱段发射任务；该火箭采用无毒无污染的液氧、液氢和煤油作为推进剂，起飞重量约849吨，近地轨道运载能力大于22吨，是中国现役近地轨道运载能力最大的运载火箭。

长征五号B火箭于2020年5月5日成功首飞，代表了中国运载火箭技术的最高水平。长征五号B遥四运载火箭执行发射空间站梦天实验舱任务。

长征五号B运载火箭是中国现役近地轨道运载能力最大的火箭。火箭研制总体单位是中国运载火箭技术研究院；总指挥是王珏；总设计师是李东。

设计参数

飞行历程

发射对接

2022年10月31日15时37分，梦天实验舱搭乘长征五号B遥四运载火箭，在中国文昌航天发射场发射。约8分钟后，梦天实验舱与火箭成功分离并准确进入预定轨道，发射任务取得成功。

2022年11月1日4时27分，梦天实验舱成功对接于天和核心舱前向端口，整个交会对接过程历时约13小时。

空间飞行

2022年11月3日，神舟十四号航天员乘组进入梦天实验舱。他们将围绕梦天实验舱载人环境建立、开展组合体关系功能测试、拆解货包等一系列工作。梦天实验舱8个科学实验柜陆续加电开机，即将开始在轨测试。

2022年11月3日，随着空间站梦天实验舱顺利完成转位，中国空间站天和核心舱、问天实验舱与其相拥，标志着中国空间站“T”字基本构型在轨组装完成，向着建成空间站的目标迈出了关键一步。

2023年2月16日，梦天舱燃烧科学实验柜成功执行首次在轨点火测试。

2023年7月20日晚9时40分，经过约8小时的出舱活动，神舟十六号航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮密切协同，在空间站机械臂支持下，圆满完成出舱活动全部既定任务，航天员景海鹏、朱杨柱已安全返回空间站问天实验舱，出舱活动取得圆满成功。

航天员出舱活动期间，完成了核心舱全景相机B在轨支架安装及抬升、梦天舱全景相机A和B解锁及抬升等任务，全过程顺利圆满。

任务载荷

梦天实验舱主要面向微重力科学研究。中国科学院作为国家战略科技力量主力军，研制了超冷原子物理实验柜、高精度时频实验柜、高温材料科学实验柜、两相系统实验柜、流体物理实验柜、燃烧科学实验柜、在线维修装调操作柜等7个方面的8个科学实验柜，能够在微重力基础物理、空间材料科学、微重力流体物理与燃烧科学等方向开展相关的科学实验和应用研究。

超冷原子柜

空间站超冷原子物理实验系统（简称超冷柜，缩写CAPR）是中国空间站梦天实验舱主要科学载荷之一，期望为超冷原子物理研究提供一个长期在轨稳定运行的实验系统，是世界领先的中国首个微重力超冷原子物理实验平台。利用近地轨道优越的永久微重力条件和新型两级蒸发冷却等新方法，超冷柜有望制备地面无法实现的距离绝对零度以上千亿分之一度范围内的超低温量子气体，观测到肉眼可见的宏观量子现象，原子之间相互作用时间增长3个数量级以上。

超冷原子物理实验柜突破了全光纤激光链路、高精度激光稳定、大电流磁阱控制、超高真空长时间断电保持、高精密光机、高精度振动隔离等一系列关键技术，将地面上庞大复杂的冷原子实验室集成为符合载人航天标准的、可在轨自动运行的、高可靠空间冷原子实验平台，为中国的空间原子物理基础研究和量子技术应用奠定基础。

高精时频柜

高精度时频实验系统通过舱内不同特性原子钟组合，将建成世界上在轨运行的精度最高的空间时间频率系统。该系统产生的高精度时间频率信号，利用安置于舱外的微波和激光时间频率传递载荷向地面和空间一定范围传递高精度时间频率信号。

作为空间站科学和技术实验平台之一，高精度时频系统研制目标是为相关精密测量物理提供研究平台，为相关工程技术应用提供高精度时频信号。

该实验柜的主要组成包括地面测试评估和实验验证系统、空间载荷部分。空间载荷部分主要包括11个子系统：主动氢原子钟；冷原子微波钟；冷原子锶光钟；窄线宽激光器；飞秒光学频率梳；超静主动隔振；频率比对与分配器；时间频率光纤船舱传递系统；微波时频传递比对链路；激光时频传递比对链路；GNSS精密定轨单元。

高精度时频实验柜利用空间站的微重力环境、较大载荷能力和航天员照料等优势，研制高性能的原子钟以及高精度时频系统，是时间频率研究的制高点。高精度时频系统将对相关基础物理研究和相关工程应用做出重要贡献，也将为中国标准时间和国际原子时精度的提高做出重要贡献。

燃烧科学柜

燃烧科学实验柜是能够支持在轨开展微重力燃烧基础科学研究的一套科学实验系统，它可以帮助科学家们在燃烧基础科学问题、空天推进、航天器防火灭火、燃烧污染物控制等基础及应用技术展开深入研究。

燃烧科学实验系统将地面实验室中必要的设备全部集成于实验柜中，气体供给、点火燃烧、图像拍摄、废气排放等燃烧实验流程全自动进行；能够测量火焰形貌、结构、温度、速度、产物组分等信息，值得一提的是燃烧科学实验系统搭载了一套PIV（粒子图像测速技术）设备，实现国际上首次利用该技术在空间站环境中开展燃烧速度场测量。

燃烧科学实验系统为科学家提供了一个可扩展的综合性研究平台，有望产出一批代表性的科研成果，对于完善燃烧基础理论、发展先进燃烧技术有着重要意义。

在地面科研人员和航天员协同配合下，梦天舱燃烧科学柜中的实验系统成功执行首次在轨点火测试，验证了空间站燃烧科学实验系统功能的完备性，以及整体实验流程的准确性与科学性，为后续项目顺利实施打下良好基础。

2023年，梦天实验舱燃烧科学实验柜成功实施首次在轨点火实验。

高温材料柜

高温材料科学实验柜是支持在空间站微重力环境下进行材料制备、加工、原位检测、实时观察和诊断于一体的新型实验装置，装置的最高工作温度、温度稳定度、样品数量、实时观察成像技术等均处于国际领先水平。

高温材料柜采用标准化、模块化设计，由控制模块、高温炉模块、批量样品管理模块和X射线透射成像模块组成，支持模块在轨更换和升级。高温材料柜为空间材料科学研究提供了多样化的先进技术条件和功能，丰富了材料科学家在太空中进行高温金属及合金材料、半导体材料、晶体材料、复合材料、能源材料、生物材料、纳米材料和新材料研究，对研究微重力下材料科学基础科学问题，解决中国发展高端装备、大科学工程、高端芯片急需的“卡脖子”材料中的关键科学问题和技术有重要的帮助，为研发颠覆性的材料制备技术和特殊应用背景材料的研究提供了坚实的基础。首批上行了16支科学实验样品，首批样品完成在轨试验后，有望获得若干具有价值的原创性的空间科学研究成果。

两相系统柜

两相系统实验柜是针对国际空间应用两相系统前沿科学方向研制的国际首个专门用于开展空间相变界面流动、蒸发与冷凝、沸腾和热管传热、两相流动、空间在轨流体管理等科学研究与技术验证的整柜级实验平台。

依托该实验平台通过系列空间科学实验研究，可以揭示微重力环境下具有气/液两相流体与相变传热，热、质传输特殊规律和探讨重力变化的影响，发展热、质交换复杂界面动力学科学理论，为解决中国载人航天工程和深空探测活动中遇到的空间应用流体物理及其两相系统关键科学问题和工程技术研究提供新理论、新概念和新方法。实验柜开展的三个首批实验项目将开展与欧空局之间的国际合作研究，提高中国空间站应用研究国际影响力和应用效果。

流体物理柜

流体物理实验柜主要用于空间微重力环境中流体的宏观、微观运动规律研究。微重力环境为流体研究创造了近乎理想的各向同性条件，在失重环境中流体可以形成地面无法构建的新体系，流体的运动表现出许多新规律、新机制，如地面由体积力主导的热对流与太空由表面力主导的热对流表现出极大的差异，流动结构、失稳过程的空间尺度和时间尺度大大增加，混沌转捩途径、湍流作用机制需要通过太空实验研究来再认识。

流体物理实验柜配置了10套宏观尺度的流体动力学测试系统，采用了先进的数字全息干涉、红外热像、粒子图像测速及激光多普勒测速和高精度表面形变测量等技术，用于流体速度场、温度场、浓度场和表面形貌等直接测量。流体物理实验柜可开展不同流体体系的动力学过程、扩散过程，相变及自组织行为的在轨微重力实验，超越了国际空间站3个已有的专用流体实验柜形成的综合测试手段和能力，它将成为国际上技术最完备、设备最先进的空间流体物理实验平台。此外，实验柜也支持空间材料制备、空间生物过程中与流体热质输运相关的交叉性科学与技术实验研究。

维修装调柜

在线维修装调实验柜，可以简称为在线柜，可以把它看作是一个“太空维修工厂”，一个“装配车间”，也可以看作一个实验室。这个柜子最核心的部分就是上面这个非常大的多功能操作箱（在线维修操作支持单元），有效操作体积＞360立升，前面有个透明的面板，可以看到箱内的环境，也可以通过面板上的两个操作孔，利用手套从外部对箱体内的载荷进行操作，或者把这个透明面板打开，直接对里面的载荷进行操作。箱体里还配备有一套7自由度的灵巧机械手，可以实现多种类的精密操作，操作精度可以达到0.1毫米。

另外，基于增强现实技术的智能诱导维修系统，可以帮助航天员维修操作一些复杂的设备。航天员可以不再使用传统的说明书、操作手册等产品，而是选择戴上增强现实眼镜，配合诱导维修软件的指引，在真实的待操作产品上叠加预先制作好的操作指引动画进行操作。航天员还可以直接在虚拟界面上选择需要的操作步骤演示，能够轻松、清晰、直观的了解操作过程。

在线维修装调实验柜重点支持开展以下工作：支持旨在航天员的操作支持，完成空间应用系统载荷模块/载荷单元的组装、测试，完成在轨可更换单元的更换及部分模块的深度维护和维修，并为未来重要器件的维修更换探索技术，为科学实验系统技术指标的在轨提升做支撑；降低航天员地面训练和在轨操作负担，并为全自动化操作进行技术和应用模式的探索；在航天员的辅助下，完成在轨精细操作；支持符合要求的独立载荷模块项目开展实（试）验与应用，为遥科学技术试验提供通用技术条件；开展空间应用任务在轨维修保障模式的试验验证，开展在轨维修装调操作新技术试验与应用研究。

实验载荷

2023年11月，神十七乘组的三名航天员还进行了载荷出舱工作，实验载荷通过梦天舱货物气闸舱的舱门进行自动出舱，展开相关空间暴露实验。

技术创新

新型功能

梦天实验舱具有四个特点：最硬核，支持空间站更强科学实验；最智能，货物自动进出舱，打造“太空货运港”；最酷炫，支持在轨释放微小卫星；最顶配，双“翼”驱动实现用电无忧，打造空间技术应用研究“梦工场”，打响中国空间站建造收官之战。

气闸舱段

梦天实验舱是专注于做实验的舱段，是中国空间站三舱专门的工作室。在舱内带了13个科学实验机柜，在舱外也布置有37个载荷暴露平台（工位），会有更多的载荷进行舱外暴露载荷试验。此前，问天舱上也设计了22个舱外载荷点，两个实验舱加起来，一共可以放置近60个舱外载荷，如果每次都靠航天员出舱放置和回收，会给它们带来很大的负担。而梦天舱载荷舱内的货物气闸舱段为了实现货物自主进出专门设计。只要货物气闸舱分别打开内舱门和外舱门，就可以通过载荷转移机构和机械臂来实现货物在舱内外的进出。航天员在工作舱内穿着舱内航天服就可以非常灵巧地把载荷装载在机械臂上面，随后自动伸出去，会有一个灵巧的设计，转90度就伸出载荷舱了。可以让舱外的机械臂接力工作，把载荷放到预定点位，完成不适合航天员携带的载荷安放就位。

在轨放星

梦天实验舱增加了一项新技术——支持在轨释放微小卫星。实验舱上配置的微小卫星在轨释放机构，能够满足百公斤级微小卫星或者多个规格立方星的在轨释放需求。载荷转移机构的运送能力达到400千克，单次运送货物包络尺寸可达1.15×1.2×0.9米。

航天员只需在舱内把立方星或微卫星填装到释放机构的平台内，释放机构即可搭乘载荷转移机构将小卫星运送至舱外。出舱后，机械臂抓取释放机构，运动到指定的释放方向，释放机构就会像弹弓一样，把小卫星弹射出去，实现梦天实验舱在轨“放卫星”。有了这项新技术，中国空间站可为立方星、微卫星的释放提供最前沿的出发地，实现微卫星和立方星低成本进入太空。

舱外暴露实验

2023年6月9日~10日，空间站梦天实验舱空间辐射生物学暴露实验装置（以下简称空间辐射生物学装置）经由机械臂抓取，从货物气闸舱出舱，经过中转位，顺利安装至既定的舱外暴露平台，装置开机工作正常。这是我国首次开展舱外辐射生物学暴露实验，对辐射生物学和空间科学研究具有里程碑式的意义。

文化特色

2022年8月8日，中国载人航天网公布梦天实验舱飞行任务任务标。

2022年11月，中国集邮公司发行《中国空间站梦天实验舱飞行任务纪念》邮折。

总体评价

梦天实验舱，作为中国国家级太空实验室主力舱段，将大幅度提升中国空间站在轨进行科学实验的能力，在技术开发应用、生物学、物理学等一大批前沿领域或将有新的关键性突破发现，进而推动科技发展，“拉近”遥远的未来。

梦天实验舱已经安排了约40项科学实验项目，与其他空间站舱段构成中国未来10年规模最大的空间综合研究实验平台，最终建成中国国家太空实验室，预期能够产生一批具有国际影响的重大发现，揭示若干重要的科学规律，并同步推进应用和技术转移，进一步推动中国空间科学整体水平的提升。

梦天舱是中国空间站三舱组合体的最后一个舱段，该舱段内的大容量，为中国空间科学实验和研究提供了更好的平台。与此前更多聚焦生命科学实验的问天舱相比，梦天舱将开展更多领域、更多类型的空间科学实验。其中一个超冷原子物理实验柜，还有世界上在轨最高精度时频系统，可以支持天地时间比对，包括天基授时，甚至对于未来远景的太空旅行可以有很好的时间基准。梦天舱的实验虽然侧重空间科学基础研究，但是在研究基础理论的同时，科学家们也希望能尽快让研究成果投入应用。比如，听起来似乎很陌生的两相系统实验柜，就是研究液体加热后蒸发、遇冷后凝结这样的现象在太空中会有哪些变化，这些研究结果将对后续的航天工程有很大意义。（央视网、澎湃新闻、北青网评）

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