7月24日，搭載問天實(shí)驗(yàn)艙的長征五號B遙三運(yùn)載火箭，在文昌航天發(fā)射場點(diǎn)火發(fā)射。7月25日，問天實(shí)驗(yàn)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(jìn)入問天實(shí)驗(yàn)艙——這是中國航天員首次在軌進(jìn)入科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室，也有通往神秘太空的大門；既攜帶著網(wǎng)紅機(jī)械臂，也承擔(dān)著“發(fā)電”的重任——問天實(shí)驗(yàn)艙，究竟有哪些本領(lǐng)？

　　大塊頭 功能齊全“床位”足

　　問天實(shí)驗(yàn)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(dòng)飛行器。

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

　　在平臺(tái)功能方面，問天實(shí)驗(yàn)艙與天和核心艙互為備份，關(guān)鍵平臺(tái)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(shí)驗(yàn)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(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)更加可控，在軌長壽命運(yùn)行更加可靠。

　　在試驗(yàn)載荷功能上，問天實(shí)驗(yàn)艙裝載了8個(gè)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜、22個(gè)艙外載荷適配器，包括生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜、生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)柜、科學(xué)手套箱與低溫存儲(chǔ)柜、變重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜等科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)施。這座“太空科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”能夠支持開展多種類植物、動(dòng)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(jī)理研究以及密閉生態(tài)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)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(diǎn)艙進(jìn)行了多次出艙活動(dòng)。此次升空的問天實(shí)驗(yàn)艙，為航天員進(jìn)出空間站開啟了一扇“新大門”——實(shí)驗(yàn)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(gè)方形的艙體，但實(shí)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(dòng)時(shí)的“更衣間”。氣閘艙設(shè)計(jì)了一個(gè)比節(jié)點(diǎn)艙更大的艙門，直徑達(dá)1米，比節(jié)點(diǎn)艙艙門大15厘米；氣閘艙的出艙活動(dòng)空間也從節(jié)點(diǎn)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(gè)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(shí)施出艙活動(dòng)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(diǎn)艙回到艙內(nèi)，保證出艙活動(dòng)安全可靠。

　　出艙氣閘外的方形外殼則是艙外暴露實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，上面配置了22個(gè)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(shí)驗(yàn)載荷可以通過機(jī)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(jìn)行人工操作。

　　機(jī)械臂 大小配合更高效

　　問天實(shí)驗(yàn)艙是空間站系統(tǒng)中艙外活動(dòng)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(dòng)，為更精細(xì)的艙外操作提供支持。

　　問天實(shí)驗(yàn)艙攜帶了一套5米長、7自由度的小機(jī)械臂。與天和核心艙的大機(jī)械臂相比，小機(jī)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(yùn)動(dòng)和操控靈活，方便抓握中小型設(shè)備，進(jìn)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(dú)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(yùn)飛船上行至夢天實(shí)驗(yàn)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(tái)上的安裝。此外，大小機(jī)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(hù)工作，有效提高機(jī)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(jī)械臂出艙，還會(huì)同時(shí)利用小臂和大臂組合出艙，全新的出艙活動(dòng)充滿看點(diǎn)。而在出艙過程中，問天實(shí)驗(yàn)艙艙外設(shè)置的2臺(tái)云臺(tái)燈、4臺(tái)高清攝像機(jī)，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(dòng)。

　　太陽翼 空間站“發(fā)電”有妙招

　　問天實(shí)驗(yàn)艙自帶高性能“發(fā)電機(jī)”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(shí)驗(yàn)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(gè)艙組合在一起的艙體尺寸還要大，每個(gè)太陽帆板展開面積可達(dá)100多平方米。兩個(gè)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(yùn)行提供充足的能源。

　　問天實(shí)驗(yàn)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(jìn)行交會(huì)對接，控制難度極大。為降低系統(tǒng)復(fù)雜性和在軌風(fēng)險(xiǎn)，問天實(shí)驗(yàn)艙實(shí)現(xiàn)了多個(gè)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(gè)太陽帆板將轉(zhuǎn)移到問天實(shí)驗(yàn)艙資源艙尾部。屆時(shí)，天和核心艙將專注于空間站管理工作，而問天實(shí)驗(yàn)艙將成為名副其實(shí)的“主發(fā)電站”。(劉峣)