问天实验舱舱体总长17.9米，直径4.2米，发射重量达23吨。数说问天实验舱问天实验舱的工作舱是迄今我国最大、世界第二大单密封舱体。空间站在轨建造完成后，天和核心舱的一个太阳帆板将转移到问天实验舱资源舱的尾部，天和核心舱将“专心致志”地进行空间站管理工作，而问天实验舱将成为名副其实的“主发电站”。这次发射的问天实验舱，是我国迄今为止重量最大、包络尺寸最大的一个载荷。
问天启航 探梦天宫
7月25日10时03分，神舟十四号航天员乘组顺利进入空间站问天实验舱。这是中国航天员首次在轨进入科学实验舱。
7月24日14时22分，搭载问天实验舱的长征五号B遥三运载火箭（以下简称长五B运载火箭），在我国文昌航天发射场成功发射。
屠海超 摄
由中国航天科技集团有限公司五院研制的问天实验舱，是中国空间站第二个舱段，也是首个科学实验舱，由工作舱、气闸舱和资源舱组成，起飞重量约23吨，主要用于支持航天员驻留、出舱活动和开展空间科学实验。
更大更强更足更优更细
问天实验舱，称得上更大、更强、更足、更优、更细。
体重更大。问天实验舱舱体总长17.9米，直径4.2米，发射重量达23吨。这块头和分量，跟北京地铁13号线列车的一节车厢差不多，是全世界现役在轨最重的单舱主动飞行器。
数说问天实验舱
问天实验舱的工作舱是迄今我国最大、世界第二大单密封舱体。与天和核心舱完成对接后，中国空间站将更加温馨舒适，而且“床位”数增加到6个。
系统功能更强。问天实验舱是一个集平台功能与试验载荷功能于一体的“全能型”选手。
平台功能方面，问天实验舱与天和核心舱互为备份，关键平台功能一致，可以完全覆盖空间站组合体工作要求。也就是说，在天和核心舱“想休息”的时候，问天实验舱也能顶上，“带你一起飞”。
问天实验舱不仅保障航天员在轨长期驻留，而且提供专用气闸舱和应急避难场所，保证航天员安全，让中国空间站的在轨运行风险更加可控，在轨长寿命运行更加可靠。
在试验载荷功能上，问天实验舱装载了8个实验机柜、22个舱外载荷适配器，就像是把一个大型科学实验室搬到了太空。航天员在问天实验舱工作，出了“卧室”就能“上班”。
问天实验舱配备了一对双自由度柔性太阳帆板，全部展开后的翼展超过55米，比半个足球场还要长。这也刷新了我国航天器在轨使用太阳帆板的纪录。
图为问天实验舱（航天科技集团五院 供图）
问天实验舱的太阳帆板面积大柔性也大，带着这么大的一对“软翅膀”进行交会对接，控制难度之高堪称空前。为了降低系统复杂性和在轨风险，问天实验舱也相应地实现了多个系统功能创新，如采取太阳帆板二次展开方案，发射后先展开约五分之一的长度，待对接完成后再展开到位。
能源保障更足。问天实验舱的能源管理系统十分强大，自带高性能“发电机”与“配电器”。
问天实验舱的每个太阳帆板展开面积约110平方米，差不多相当于一套三室一厅房子的面积。两个硕大的太阳帆板一起工作，将有效收集更多的太阳能，每天平均发电量超过430度，为空间站运行提供充足的能源。放在地面上，这个日发电量足够一个北京市普通家庭用一个半月。
空间站在轨建造完成后，天和核心舱的一个太阳帆板将转移到问天实验舱资源舱的尾部，天和核心舱将“专心致志”地进行空间站管理工作，而问天实验舱将成为名副其实的“主发电站”。届时，问天实验舱的3条能源母线将发挥更大的作用，为组合体源源不断地供电送能。
出舱气闸更优。在问天实验舱中，气闸舱的视觉效果十分独特，外方内圆，是空间站系统唯一一个看上去是方形的舱体。里面圆柱状的，正是航天员开展出舱活动时的更衣间——出舱气闸。在这里，更衣间空间更大了，航天员做出舱准备和舱外返回时，可以更舒展、更从容，未来将成为整个空间站系统的主要出舱通道。
出舱气闸还有一个直径达1米的大门。航天员从这里进进出出，不仅更加方便，而且还能携带大个头的设备出舱工作。
出舱气闸外面，是看上去像方形的外壳。这是舱外暴露实验平台，上面配置了22个标准载荷接口，其中一部分还配备了流体回路温度控制。未来10年，在空间站搭载的科学实验载荷，可以通过机械臂精准“投送”到自己对应的标准载荷接口位置，“即插即用”，不再需要航天员出舱进行人工操作了。
舱外操作更细。问天实验舱是空间站系统中舱外活动部件最多的舱体，大量的舱外设施设备更好地保障了出舱活动，也为更精细的舱外操作提供了支持。
图为问天实验舱（航天科技集团五院 供图）
问天实验舱将在气闸舱外携带一套5米长的“小臂”。这套7自由度的机械臂小巧、精度高，“小手”方便抓中小型设备，做更为精细的操作。小臂还可以与核心舱大臂级联成15米长的组合臂，开展更多舱外操作。届时，组合臂能够在天和、问天、梦天的空间站三舱组合体之间爬行，“机甲战士”能控制的舱外范围就更大了。
“四大力士”送问天精准入轨
执行本次发射任务的长五B运载火箭，由中国航天科技集团有限公司所属中国运载火箭技术研究院（以下简称火箭院）研制，是我国目前近地轨道运载能力最大的新一代运载火箭，具备近地轨道25吨的运载能力。作为我国空间站建造工程的“运载专列”，长五B运载火箭主要用于空间站舱段等近地轨道大型航天器发射任务，于2021年成功发射天和核心舱，后续还将承担梦天实验舱的发射任务。
身为长征火箭家族中的“大力士”，长五B运载火箭将我国火箭近地轨道的运载能力由8吨提升至25吨。它可不是只有蛮力，其特有的“大推力直接入轨精度控制技术”，可以让空间站的舱段安全到达预定轨道。
黄国畅 胡煦劼 屠海超 摄
“就好比一辆正在高速行驶的汽车，想踩一脚刹车就停到指定位置很难。”长五B运载火箭试验队员这样形容大推力火箭精准入轨的难度。为此，火箭姿控系统和制导系统设计团队创新性地采用了“姿态控制增益优化”和“复合制导”两种方法，保证了长五B运载火箭入轨精度，连续3次发射任务的高精度入轨都验证了这个方法的可靠性。
这次发射的问天实验舱，是我国迄今为止重量最大、包络尺寸最大的一个载荷。不过，这难不倒长五B运载火箭，除了超大推力外，研制团队在设计之初就考虑到空间站建造的任务需求，直径5.2米、长度20.5米的整流罩足以让实验舱在里面舒舒服服的。
据火箭结构总体设计师王乾介绍：“针对此次任务，在整流罩生产初期，研制团队采用了三维视觉扫描等技术，对整流罩以及问天实验舱的尺寸进行了精准仿真，反复详细校核，确认了关键位置的安全间隙，确保在飞行、分离的过程中，实验舱享有足够的空间，不会在飞行过程中贴近整流罩。”
在此次任务中，长五B运载火箭凭借它强大推力、精准入轨的优异表现，成功将重达23吨的问天实验舱顺利送入预定轨道。成功托举的背后，合抱在芯级上的“四大力士”——4个3.35米直径助推器功不可没。
据长五B运载火箭副总指挥鲍国苗介绍，中国航天科技集团八院研制的4个助推器，为长五B运载火箭提供了90%以上的起飞推力。每个助推器五脏俱全，相当于一枚单级运载火箭。
将以生命科学为主开展实验
据载人航天工程空间应用系统副总设计师吕从民介绍，空间应用系统问天实验舱任务以生命科学和生物技术研究为主，在空间生命科学与生物技术、微重力流体物理、空间材料科学、空间应用新技术试验四个领域规划部署了十余个研究主题。
为保证上述科学任务顺利开展，不断产出科学成果，空间应用系统在问天实验舱部署了生命生态实验柜、生物技术实验柜、科学手套箱与低温存储柜、变重力科学实验柜等科学实验设施，配置了舱内外应用任务共用支持设备，联合支持科学项目在轨全任务链实施。
生命生态实验柜以多种类型的生物个体（如植物种子、幼苗）为实验样品，开展拟南芥、线虫、果蝇、斑马鱼等动植物的空间生长实验，揭示微重力对生物个体生长、发育、代谢的影响，促进人类对生命现象本质的理解，研究空间辐射生物学和亚磁生物学效应与机制，探索建立应用型受控生命生态系统，为航天员在轨辐射损伤评估、防护提供科学依据。
生物技术实验柜以组织、细胞和生化分子等不同层次多类别生物样品为对象，开展细胞组织培养、空间蛋白质结晶与分析、蛋白与核酸共起源和空间生物力学等实验，探索微重力环境下细胞生长和分化规律和机制，为人类健康、生殖发育提供理论基础。
科学手套箱提供洁净密闭空间和温湿度环境控制，配置灵巧机械臂具备细胞级精细操作能力；手套箱为航天员操作多学科实验样品提供安全、高效支持。
变重力科学实验柜为科学实验提供0.01g至2g高精度模拟重力环境，采用先进的无线传能和载波通信技术，支持开展微重力、模拟月球重力、火星重力等不同重力水平下的复杂流体物理、颗粒物质运动等科学研究。
分量最重的“太空之吻”
7月25日3时13分，问天实验舱成功对接于天和核心舱前向端口。两个20吨级航天器首次在轨实现交会对接，被称作中国航天分量最重的“太空之吻”。
这其中，中国航天科工集团有限公司二院25所研制的关键核心产品——微波雷达持续输出高精度，有力确保交会对接精准可靠。
在中国载人航天工程交会对接任务中，微波雷达已十次出征、连战连捷，始终保持精确测量、稳定跟踪。
2011年11月3日，天宫一号与神舟八号成功实现交会对接，中国首次在太空上演“万里穿针”。2020年12月6日，嫦娥五号月球采样返回任务中，两航天器实现交会对接，中国首次在距离地球38万公里外成为“太空红娘”。
微波雷达是空间交会对接任务的关键测量敏感器，具有测量及通信功能，可以在相对距离百余公里到几米范围实现两飞行器间距离、速度、角度等相对运动参数的高精度测量及可靠双向通信。
在交会对接任务中，两个航天器以极高的速度在太空中飞行，要快速精确“找到对方”，并且平稳地实现对接，就必须准确知道彼此的位置和运动状态，这就需要依靠一个太空导航，在太空地图上开启高精度的“共享实时位置”。微波雷达就是为两个航天器提供“共享实时位置”所需要的相对距离、速度和角度信息。
微波雷达的技术优势主要体现在小型化、低功耗要求下，可实现搜索空域大、作用距离远及测量精度高。在中国首次交会对接任务中，微波雷达以优于工程总体要求的卓越表现首战告捷。此后，微波雷达不断升级，性能不断完善。
执行问天实验舱与天和核心舱交会对接任务的微波雷达，增加了测量通信一体化功能，这是为适应空间站建设阶段多舱对接增加的“定制化”功能，可识别不同对接口处的应答机。
“我们把执行空间站建设的微波雷达定义为二代产品，它延续了第一代产品的测量性能，不仅增加了测量通信一体化功能，还采用软件加固方法为产品搭建了一套‘自我修复系统’，就像披上了一层自我修复的盔甲，在应对空间高能粒子冲击时，能及时识别损伤并快速恢复产品正常功能。”微波雷达总设计师孙武说。
空间站运行“超长待机”
空间站柔性太阳电池阵用于天和核心舱、问天实验舱和梦天实验舱的在轨运行，是柔性三结砷化镓太阳电池阵技术在我国航天工程领域的首次应用。
据中国电子科技集团有限公司电科能源（以下简称电科能源）空间能源事业部副部长于辉介绍，柔性太阳电池阵技术主要有以下几个优势：
一是能量爆表，有效激活太空“发电站”。在太空中，每个航天器都会展开两扇巨大的“翅膀”，上面铺有许多深色玻璃般的“小镜”，每一个“小镜”宛如一座太空发电站，经串联、并联后组成太阳电池阵，获得较高的电压和较大的电流，为航天器源源不断提供能量。用于空间站发射的柔性太阳电池阵，光电转换效率突破30%，这一优异性能令传统太阳电池阵望尘莫及。天和、问天、梦天三舱组合后，太阳电池阵总发电面积接近400平方米，总共可提供超过100千瓦的电能，为航天器注入的能量再创新高。
二是体格庞大，却重量最轻。独特的设计结构让太阳电池阵变得轻盈灵巧。在发射过程中，柔性太阳电池阵产品起初宛如合拢的手风琴，紧紧收缩于收藏箱板内，单板厚度不足1mm，可谓薄如蝉翼，且单位面积重量仅为传统太阳电池阵的50%。
三是虽然薄如蝉翼，却身披“防护铠甲”。为解决柔性基板长寿命空间环境适应性难题，电科能源、中国电科十八所研发团队仅用不到1年时间，突破了基于整板涂覆超薄硅橡胶方式的柔性基板原子氧防护技术，以“丝网印刷”基本原理为启发，研制自动化设备，精确控制压力、角度、速度等参数，实现柔性基板防护涂层自动均匀涂覆，顺利通过大剂量原子氧、高低温等环境考核试验，为产品披上“防护铠甲”。
四是待机时间超长，循环次数创新高。为确保空间站在轨寿命，电科能源、十八所研制团队采用高压静电防护、大剂量原子氧防护、高低温交变疲劳缓冲等防护手段，持续开展高压柔性太阳电池阵长寿命空间环境评价试验，历经3年多，最终在问天、梦天实验舱发射前，8.8万次高低温循环试验全部完成，验证太阳电池寿命可提升至15年，确保空间站运行寿命实现“超长待机”。
来源：法治日报
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