我國空間站開啟多艙階段

問天實驗艙成功對接于天和核心艙前向端口的模擬圖像

空間站組合體模擬圖

問天實驗艙艙內(nèi)示意圖

問天實驗艙的太陽翼

搭載問天實驗艙的長征五號B遙三運載火箭點火發(fā)射

7月24日，搭載問天實驗艙的長征五號B遙三運載火箭，在文昌航天發(fā)射場點火發(fā)射。7月25日，問天實驗艙成功對接于天和核心艙前向端口。隨后，神舟十四號航天員乘組順利進入問天實驗艙——這是中國航天員首次在軌進入科學(xué)實驗艙。

隨著“問天”成功赴約，中國空間站正式開啟了“多艙”階段。待夢天實驗艙成功發(fā)射后，中國空間站將完成在軌建造。

既有設(shè)施齊備的科學(xué)實驗室，也有通往神秘太空的大門；既攜帶著網(wǎng)紅機械臂，也承擔(dān)著“發(fā)電”的重任——問天實驗艙，究竟有哪些本領(lǐng)？

大塊頭 功能齊全“床位”足

問天實驗艙由工作艙、氣閘艙和資源艙組成。其艙體總長達(dá)17.9米，直徑4.2米，起飛重量為23噸，比天和核心艙的塊頭更大，是全世界現(xiàn)役在軌最重的單艙主動飛行器。

作為中國空間站第二個艙段和首個科學(xué)實驗艙，問天實驗艙主要用于支持航天員駐留、出艙活動和開展空間科學(xué)實驗，同時也可作為天和核心艙的備份，對空間站進行管理。工作艙內(nèi)設(shè)有3個睡眠區(qū)、1個衛(wèi)生區(qū)——實驗艙與核心艙對接后，中國空間站的“床位”數(shù)已增加到6個。在神舟十四號任務(wù)末期，“神十四”和“神十五”兩個航天員乘組將實現(xiàn)在軌輪換，6名航天員可同時在艙內(nèi)工作生活。

在平臺功能方面，問天實驗艙與天和核心艙互為備份，關(guān)鍵平臺功能一致，可以完全覆蓋空間站組合體工作要求。除了保障航天員在軌長期駐留之外，問天實驗艙還提供了專用氣閘艙和應(yīng)急避難場所，讓空間站在軌運行風(fēng)險更加可控，在軌長壽命運行更加可靠。

在試驗載荷功能上，問天實驗艙裝載了8個實驗機柜、22個艙外載荷適配器，包括生命生態(tài)實驗柜、生物技術(shù)實驗柜、科學(xué)手套箱與低溫存儲柜、變重力科學(xué)實驗柜等科學(xué)實驗設(shè)施。這座“太空科學(xué)實驗室”能夠支持開展多種類植物、動物、微生物等在空間條件下的生長、發(fā)育、遺傳、衰老等響應(yīng)機理研究以及密閉生態(tài)系統(tǒng)的實驗研究等。

新大門 “外方內(nèi)圓”很安全

在歷次空間站任務(wù)中，中國航天員通過天和核心艙節(jié)點艙進行了多次出艙活動。此次升空的問天實驗艙，為航天員進出空間站開啟了一扇“新大門”——實驗艙配置了全新的氣閘艙。

與以往傳統(tǒng)密封艙不同，氣閘艙看上去是一個方形的艙體，但實際上“外方內(nèi)圓”。

氣閘艙內(nèi)仍是圓柱狀的空間，也是航天員開展出艙活動時的“更衣間”。氣閘艙設(shè)計了一個比節(jié)點艙更大的艙門，直徑達(dá)1米，比節(jié)點艙艙門大15厘米；氣閘艙的出艙活動空間也從節(jié)點艙的五六立方米增加到了十二三立方米。航天員出艙不僅更寬敞、更舒適，還能攜帶大個頭的設(shè)備，艙外工作能力大大提升。

據(jù)了解，神舟十四號航天員乘組未來將首次利用氣閘艙實施出艙活動等工作，未來這里也將成為中國空間站的主要出艙通道。而一旦氣閘艙在出艙過程中出現(xiàn)問題，航天員仍可通過節(jié)點艙回到艙內(nèi)，保證出艙活動安全可靠。

出艙氣閘外的方形外殼則是艙外暴露實驗平臺，上面配置了22個標(biāo)準(zhǔn)載荷接口，其中一部分還配備了流體回路溫度控制。未來10年，在空間站搭載的科學(xué)實驗載荷可以通過機械臂精準(zhǔn)“投送”到對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)載荷接口位置，不需要航天員出艙進行人工操作。

機械臂 大小配合更高效

問天實驗艙是空間站系統(tǒng)中艙外活動部件最多的艙體，大量艙外設(shè)施設(shè)備能更好保障出艙活動，為更精細(xì)的艙外操作提供支持。

問天實驗艙攜帶了一套5米長、7自由度的小機械臂。與天和核心艙的大機械臂相比，小機械臂的“手”更小——長度約5米，承載能力為3噸，重量和長度均約為大臂的一半，負(fù)載能力約為大臂的1/8，形態(tài)上更加精巧，運動和操控靈活，方便抓握中小型設(shè)備，進行更為精細(xì)化的操作。例如在不需要航天員出艙的情況下，獨立完成艙外載荷的安裝、更換等照料操作，有效節(jié)省航天員在軌工作負(fù)荷。

大小兩只“手臂”各有側(cè)重，又相互配合，小臂可以與大臂形成15米長的組合臂，開展更多的艙外操作。如后續(xù)需要在艙外安裝設(shè)備，可以通過貨運飛船上行至夢天實驗艙的貨物氣閘艙，通過組合臂的抓取和轉(zhuǎn)移，完成在艙外載荷平臺上的安裝。此外，大小機械臂還可協(xié)同開展艙外操作任務(wù)，完成互巡互檢的自身維護工作，有效提高機械臂系統(tǒng)的可靠性。

據(jù)悉，神舟十四號航天員將首次利用小機械臂出艙，還會同時利用小臂和大臂組合出艙，全新的出艙活動充滿看點。而在出艙過程中，問天實驗艙艙外設(shè)置的2臺云臺燈、4臺高清攝像機，能夠一邊打光追光、一邊拍攝錄制。通過它們，地面測控人員可以更清楚地關(guān)注航天員出艙活動。

太陽翼 空間站“發(fā)電”有妙招

問天實驗艙自帶高性能“發(fā)電機”與“配電器”——其所攜帶的太陽翼，是目前國內(nèi)最長、最大的柔性太陽翼，刷新了中國航天器在軌使用太陽帆板的紀(jì)錄。

問天實驗艙配備了一對雙自由度柔性太陽帆板，全部展開后的翼展超過55米，比空間站3個艙組合在一起的艙體尺寸還要大，每個太陽帆板展開面積可達(dá)100多平方米。兩個碩大的太陽帆板一起工作，可有效收集更多太陽能——每天平均發(fā)電量超過430度，為空間站運行提供充足的能源。

問天實驗艙的太陽翼面積大、柔性也大，帶著一對巨大的“軟翅膀”與天和核心艙進行交會對接，控制難度極大。為降低系統(tǒng)復(fù)雜性和在軌風(fēng)險，問天實驗艙實現(xiàn)了多個系統(tǒng)功能創(chuàng)新，如采取太陽帆板二次展開方案，即發(fā)射后先展開約1/5的長度，待對接完成后再展開到位，以提高可控性，保證任務(wù)成功。

空間站在軌建造完成后，天和核心艙的一個太陽帆板將轉(zhuǎn)移到問天實驗艙資源艙尾部。屆時，天和核心艙將專注于空間站管理工作，而問天實驗艙將成為名副其實的“主發(fā)電站”。