Das Wissenschaftsmodul Wentian (, ) ist das zweite Modul der Chinesischen Raumstation. Es wurde am 24. Juli 2022 um 06:22 Uhr UTC mit einer Trägerrakete vom Typ Langer Marsch 5B vom Kosmodrom Wenchang gestartet. Knapp 13 Stunden später, am 24. Juli 2022 um 19:13 Uhr UTC, koppelte das Modul zunächst am vorderen Stutzen der Bugschleuse des Kernmoduls Tianhe an. Nach gründlicher Überprüfung wurde es am 30. September 2022 an den Steuerbordstutzen der Bugschleuse umgesetzt, wo es um 04:44 Uhr UTC fest verankert wurde.
Beschreibung Das von der Chinesischen Akademie für Weltraumtechnologie gebaute Wissenschaftsmodul Wentian ist mit dem Drehgestell für die Solarzellenflügel insgesamt 17,9 m lang, sein größter Durchmesser beträgt 4,2 m und sein Startgewicht 23,05 t. Davon sind 21,5 t Eigengewicht, dazu kommen noch 1,55 t mitgeführter Treibstoff. Das Modul erfüllt neben seiner eigentlichen Aufgabe als Plattform für Experimente auch Steuerfunktionen für die gesamte Raumstation. Bei einem Ausfall des Kernmoduls kann es mit seinen beiden in zwei Richtungen schwenkbaren Solarmodulen die gesamte Station mit Strom versorgen. Beim Start des Raumflugkörpers waren die beiden aus einer dünnen Folie bestehenden Solarmodule Leporello-artig zu einem jeweils 18 cm dicken Bündel zusammengerafft und die Bündel in Richtung auf die Arbeitssektion an die konische Versorgungssektion geklappt.
Nachdem das Wissenschaftsmodul die Umlaufbahn erreicht hatte, wurde jeder der beiden Flügel zunächst nur auf 6,5 m ausgefahren, um zum einen die Stromversorgung sicherzustellen, die Flügel aber zum anderen während der Ankoppelung am Kernmodul vor einer zu starken mechanischen Belastung zu schützen. Am 27. Juli 2022 wurden die Solarzellenflügel auf ihre ganze Länge von 23 m ausgefahren. Die englische Bezeichnung „roll out“ ist falsch. Es handelt sich um die Entfaltung eines Leporellos. Nun besitzt die gesamte, 2,2 t schwere Einheit inklusive der Halterung in der Mitte eine Spannweite von 55 m. Die Solarzelleneinheit wird, rotierend wie eine Windmühle, immer auf die Sonne ausgerichtet. Um die Reibungsverluste zu minimieren, erfolgt die Stromübertragung von den rotierenden Solarmodulen in die Station nicht, wie sonst bei Raumflugkörpern üblich, über Schleifringe, sondern über Rollenlager. Auf dem Prüfstand absolvierte ein derartiges Lager 200.000 Umdrehungen, was einer Lebensdauer von 34 Jahren entspricht. Am 28. Juli 2022 wurde die Drehung der Solarmodule um die Längsachse erprobt, um sie, wie diejenigen des Kernmoduls, exakt auf die Sonne auszurichten. Dadurch ist die optimale Stromversorgung unabhängig von der Jahreszeit oder der Fluglage der Station jederzeit sichergestellt. Für die Zeit, während sich die Station im Erdschatten befindet, stehen Lithium-Ionen-Akkumulatoren zur Verfügung.
Jeder der beiden Flügel besitzt eine Solarzellenfläche von 110 m² (den Außenmaßen nach, inklusive des zentralen Leerstreifens, hat ein einzelner Flügel eine Fläche von 138 m²) und erzeugt bei guter Beleuchtung eine elektrische Leistung von 7,3 kW, insgesamt also 14,6 kW. Im Durchschnitt beträgt die tägliche Stromerzeugung des Wissenschaftsmoduls Wentian 430 kWh, etwa so viel wie ein dreiköpfiger Haushalt in Peking in anderthalb Monaten verbraucht. Die Solarzelleneinheit speist den erzeugten Strom in das 100-V-Netz der Station ein, an das über Kontakte im äußeren Ring der Koppeladapter auch die angedockten Raumschiffe angeschlossen sind. Dadurch bilden die einzelnen Module einen Lastverbund. So kann zum Beispiel bei hohem Leistungsbedarf im Laborschrank für Hochtemperatur-Materialwissenschaft des Wissenschaftsmoduls Mengtian elektrische Energie von Wentian jenem Modul zugeteilt werden.
Es ist geplant, einen der beiden 12 m langen und 67 m² großen Solarzellenflügel des Kernmoduls Tianhe an das äußere Ende der Solarzelleneinheit des Wissenschaftsmoduls Wentian zu versetzen, wo er dann wie der Fuß eines T nach außen wegsteht. Eine analoge Operation ist für das Wissenschaftsmodul Mengtian vorgesehen. An ihrer alten Stelle werden die Solarzellenflügel des Kernmoduls von den Wissenschaftsmodulen teilweise verschattet, außerdem behindern sie das Arbeiten mit dem mechanischen Arm.
Das Wissenschaftsmodul Wentian verfügt über ein vollständiges Kommunikationssystem, ein redundantes Lebenserhaltungssystem für die gesamte Station und Lageregelungstriebwerke. Die Steuerung erfolgt durch einen MIL-STD-1553B-Bus mit zweifacher Redundanz, der sich durch alle Module zieht und auch mit angekoppelten Raumschiffen verbunden ist. Dadurch kann die Station bei größeren Bahnänderungen, wie sie zum Beispiel bei der Vorbereitung von Koppelmanövern nötig sind, die Triebwerke eines Frachtraumschiffs verwenden, um die eigenen Triebwerke zu schonen und deren Lebensdauer – und damit die Nutzungsdauer der Module – zu verlängern.
mini|Momentenkreisel im Wissenschaftsmodul Wentian Im Inneren des Wissenschaftsmoduls Wentian befinden sich unter den Boden- und Deckenplatten auch sechs Momentenkreisel mit einem Drehimpuls von jeweils 1500 Nms, die die baugleichen Kreisel außen am Kernmodul ergänzen. Diese Geräte, die, anders als die Lageregelungstriebwerke, keinen Treibstoff verbrauchen, dienen zur routinemäßigen Aufrechterhaltung und schnellen Änderung der Fluglage. Im Vergleich mit chemischen Triebwerken haben die Momentenkreisel den Vorteil, dass die Lageänderung sanfter erfolgt und auf die papierdünnen Solarzellenflügel ein wesentlich geringerer Impuls übertragen wird. Beobachtungen nach der Montage der Wissenschaftsmodule zeigten, dass die Raumstation mit einer Genauigkeit von 0,6° ausgerichtet werden kann und eine einmal eingenommene Fluglage mit einer maximalen Abweichung von 0,008°/s beibehält.
Das Wissenschaftsmodul Wentian dient auch als Lagerraum für Ersatzteile – etwa 60–70 % der Geräte in der Raumstation können im Orbit repariert werden – und Verbrauchsgüter wie Nahrung oder Windeln sowie als Schutzraum in einem Notfall. Da das Modul über drei Schlafkabinen, ein Bad mit Toilette und eine Küche mit einem kleinen Herd verfügt, können die Raumfahrer dort auch längere Zeit bleiben, bis eine Rettungsrakete – je nach Startfenster neun bis zehn Tage nach einem Alarm – eintrifft. Außerdem fungiert es regulär als Wohnbereich, wenn während einem Schichtwechsel sechs Personen an Bord sind. Wie im Kernmodul Tianhe sind die 2 × 1 m großen Kabinen (in beiden Dimensionen 10 cm größer als diejenigen im Kernmodul) direkt bei der Luke zur Kugelschleuse angeordnet, sodass die Raumfahrer, selbst wenn sie im Schlaf von einem Notfall überrascht werden, rasch ein intaktes Modul oder ihr Raumschiff erreichen können.
Das Wissenschaftsmodul Wentian besteht aus drei Abschnitten: die an die kugelförmige Schleusensektion des Kernmoduls anschließende, knapp 8 m lange Arbeitssektion mit einem Außendurchmesser von 4,2 m, eine innen zylindrische und außen quadratische, etwa 2,4 m lange Schleusensektion mit einem etwas geringeren Durchmesser, und eine konisch zulaufende Versorgungssektion, an der die Solarmodule und die nach oben, zu den Tianlian-Relaissatelliten in ihren geostationären Umlaufbahnen gerichtete Parabolantenne für die Kommunikation mit dem Raumfahrtkontrollzentrum Peking befestigt sind. Das Modul kann über die Ringleitungen der Station immer wieder nachbetankt werden, die in der Versorgungssektion untergebrachten Tanks fassen insgesamt knapp zwei Tonnen Methylhydrazin (Treibstoff) und Distickstofftetroxid (Oxidator). An der Außenwand der Versorgungssektion können Nutzlasten angebracht werden: sieben auf der der Erde zugewandten Seite der Sektion, und ein Instrument für astronomische Beobachtungen auf der in Flugrichtung liegenden Hälfte der Zenitseite. Abgesehen von Erdbeobachtung etc. können an diesen Nutzlastplätzen auch Experimente in Vakuum und kosmischer Strahlung durchgeführt werden.
Die Chinesische Raumstation bewegt sich zwischen 42° nördlicher und südlicher Breite auf 340–420 km Höhe über der Erde, also in der F2-Schicht der Ionosphäre. Die kosmische Strahlung dort besteht zu 90 % aus Protonen, zu 9 % aus Alphateilchen sowie zu 1 % aus Elektronen, Schwerionen und Gammastrahlung. Auf ihrer Bahn um die Erde durchquert die Raumstation immer wieder die Südatlantische Anomalie vor der Küste Brasiliens, wo eine erhöhte Teilchenstrahlung zu verzeichnen ist. Die genaue Zusammensetzung und Intensität der kosmischen Strahlung lässt sich aufgrund der komplexen Mechanismen schlecht vorhersagen, aber auf der Außenseite ist sie um etwa ein bis zwei Größenordnungen höher als im Inneren der Raumstation, was für Forschungen auf den Gebieten Hochenergie-Astronomie und Astroteilchenphysik gute Voraussetzungen bietet.
mini|Das Wissenschaftsmodul Wentian An der der Erde zugewandten Seite der Schleusensektion befindet sich eine Ausstiegsluke (die Ausstiegsluke des Kernmoduls liegt auf der Zenitseite). Außerdem hat dort ein zweiter mechanischer Arm seinen Platz, mit dem die Nutzlastbehälter an ihren Platz gehoben werden können. An der in Flugrichtung liegenden Außenwand der Schleusensektion können fünf Instrumente befestigt werden, an der Zenitseite neun. Diese Plätze sind für Forschung auf den Gebieten Astrophysik, Sonnenphysik und Weltraumwetter gedacht. Es können dort aber auch Materialprüfungen für Raumfahrtanwendungen durchgeführt werden, wie zum Beispiel das Verhalten von Schmiermitteln, Formgedächtnislegierungen oder Verbundwerkstoffen bei längerem Aufenthalt im Weltall. An den insgesamt 22 Außenplätzen des Wissenschaftsmoduls Wentian, die zum Teil über Anschlüsse zur Flüssigkeitskühlung verfügen, können auch Bauelemente oder Komponenten von Raumflugkörpern auf ihre langfristige Zuverlässigkeit geprüft und die Mechanismen ihres Versagens erforscht werden. Das Kühlsystem für die Außennutzlasten ist von dem sich über Löcher in den Koppelringen durch die gesamte Station ziehenden Kühlkreislauf des Lebenserhaltungssystems getrennt.
Die Arbeitssektion kann ohne Raumanzug betreten werden, die Atemluft hat eine ähnliche Zusammensetzung wie auf der Erde, der Luftdruck ist mit 81,3–104,3 kPa derselbe wie im Rest der Raumstation und entspricht etwa dem irdischen Luftdruck auf Meereshöhe. Da bei den chinesischen Feitian-Raumanzügen der Druck auf 40 kPa reduziert wird, um die Beweglichkeit der Raumfahrer im Vakuum zu steigern, ist vor Außenbordeinsätzen eine halbstündige Dekompression in der Schleuse erforderlich. Die Arbeitssektion besteht aus einem Korridor mit quadratischem Querschnitt von etwa 2 × 2 m, an dessen Backbord-, Steuerbord- und Zenitseite jeweils sechs etwa 1 m breite Regale angeordnet sind, in die abgesehen von den vier Laborschränken (siehe unten) auch kleinere Geräte eingebaut werden können. Den Raumfahrern steht dort 30 m³ Bewegungsraum zur Verfügung. Zum Vergleich: das Kernmodul Tianhe bietet 50 m³ Wohnraum, die Tiangong-Raumlabors hatten einen freien Wohnraum von 15 m³.
Nach Fertigstellung der Raumstation wird die Außenschleuse des Wissenschaftsmoduls Wentian die Hauptschleuse der Station. Die kugelförmige Schleusensektion des Kernmoduls steht weiterhin als Reserveschleuse zur Verfügung, im Regelbetrieb bleiben die dortigen Luken jedoch während eines Außenbordeinsatzes geöffnet, sodass sich der dritte Raumfahrer frei zwischen den Modulen bewegen kann und auch der Zugang zum Rettungsraumschiff frei bleibt. Die Schleusensektion des Kernmoduls ist vor allem für Situationen wie den Ausfall der Hauptschleuse während eines Außenbordeinsatzes vorgesehen, um den Raumfahrern eine Rückkehr in die Station zu ermöglichen. Die Schleuse des Wissenschaftsmoduls Wentian ist mit 1 m Durchmesser um 15 cm größer als die des Kernmoduls (85 cm), was den Raumfahrern das Ein- und Aussteigen deutlich erleichtert. Die zylinderförmige Schleusensektion des Wissenschaftsmoduls bietet auch innen mit fast 15 m³ wesentlich mehr Raum als die Kugel des Kernmoduls (10 m³), wodurch sich das Anlegen des Raumanzugs einfacher gestaltet (die Schleusen dienen als „Umkleidekabinen“).