新華社海南文昌7月25日電題：“問天”十問——詳解中國空間站問天實驗艙發射任務

　　新華社記者

　　7月24日下午，長征五號B遙三運載火箭托舉(ju) 著問天實驗艙一飛衝(chong) 天。約13小時後，問天實驗艙與(yu) 核心艙組合體(ti) 成功交會(hui) 對接。7月25日10時03分，神舟十四號航天員乘組成功開啟問天實驗艙艙門，順利進入問天實驗艙。這是中國航天員首次在軌進入科學實驗艙。

　　“問天”長啥樣？帶了什麽(me) 上天？能做哪些實驗？有哪些黑科技……“問天”十問，詳細解讀中國空間站問天實驗艙發射任務。

　　一問：“問天”長啥樣？

　　問天實驗艙是中國空間站第二個(ge) 艙段，也是首個(ge) 科學實驗艙，主要用於(yu) 支持航天員駐留、出艙活動和開展空間科學實驗，同時可作為(wei) 天和核心艙的備份，對空間站進行管理。

　　“問天實驗艙艙體(ti) 總長17.9米，直徑4.2米，發射重量約23噸，是我國目前最重、尺寸最大的單體(ti) 飛行器。”航天科技集團五院空間站係統總體(ti) 主任設計師張昊介紹。

　　二問：“問天”為(wei) 何“零窗口”發射？

　　“問天實驗艙需要與(yu) 空間站天和核心艙進行交會(hui) 對接，因此，必須在規定時間發射，也就是‘零窗口’發射，否則將無法到達指定位置，需要耗費巨大代價(jia) 調整軌道；甚至導致發射終止，那就需要等待下一個(ge) 發射窗口重新組織發射，嚴(yan) 重影響任務周期。”航天科技集團一院長征五號B運載火箭總體(ti) 副主任設計師劉秉說，這次發射是長五係列火箭首次執行“零窗口”發射任務。

　　劉秉介紹，長征五號B運載火箭應用了起飛時間偏差修正技術，最大修正時間為(wei) 2.5分鍾。“通俗理解，在0到2.5分鍾這個(ge) 時間段內(nei) 的任一時間點發射，火箭都可以在飛行過程中自動修正因推遲發射導致的飛行偏差，將實驗艙精準送入預定軌道。”

　　三問：“問天”如此龐大，如何“穿針引線”？

　　問天實驗艙尺寸大、太陽翼柔，升空時具有發動機推力相對更小、羽流幹擾更大等特點，多種情況耦合，給交會(hui) 對接帶來諸多難題。航天科技集團五院問天實驗艙GNC分係統副主任設計師宋曉光說：“前輩留下了很多經驗，包括一些算法和策略，我們(men) 在這個(ge) 基礎上針對問天實驗艙做了大量的設計和仿真驗證。”

　　“具體(ti) 措施，一方麵是把參數搞準，另一方麵是在算法上做到有更強的適應能力。”宋曉光說。

　　四問：航天員能立刻進入“問天”嗎？

　　25日3時13分，問天實驗艙與(yu) 天和核心艙組合體(ti) 完成交會(hui) 對接。約7個(ge) 小時後，神舟十四號航天員乘組進入問天實驗艙。為(wei) 什麽(me) 航天員在交會(hui) 對接後沒有立即進入問天實驗艙？

　　“發射並完成對接後，航天員是不能直接進入問天實驗艙的。航天員首次進入至少需要以下步驟：首先是提前啟動艙內(nei) 有害氣體(ti) 淨化功能，建立滿足進人條件的環境，包括艙內(nei) 的壓力、溫度、濕度和風速等，有些工作從(cong) 地麵就已經開展了；第二步是確保天和核心艙、過道和問天實驗艙壓力都一致平衡了，才可以輕鬆打開艙門。”航天員中心問天實驗艙環控生保分係統主任設計師羅亞(ya) 斌說。

　　進入問天實驗艙後，航天員馬上又要進行忙碌的整理工作，包括物資搬運、生活環境布置、科學實驗準備、出艙活動準備，將“太空之家”布置得更加合理、寬敞、舒適。

　　五問：“問天”帶了什麽(me) 上天？

　　問天實驗艙由工作艙、氣閘艙及資源艙3部分組成。問天實驗艙中的工作艙近10米長，是我國目前最大的載人密封航天器艙體(ti) 。工作艙後麵緊接著是氣閘艙，以後專(zhuan) 門用於(yu) 航天員出艙。再後麵就是資源艙。

　　問天實驗艙艙內(nei) 主要設備布局在工作艙，裝載了8個(ge) 實驗櫃，包括生命生態實驗櫃、生物技術實驗櫃、變重力科學實驗櫃、科學手套箱、低溫存儲(chu) 櫃以及3個(ge) 為(wei) 後續預留的空置實驗櫃，還有3個(ge) 睡眠區、1個(ge) 衛生區，以及平台飛行所需要的設備。“艙外還裝載了22個(ge) 載荷適配器，就像是把一個(ge) 大型科學實驗室搬到了太空。”張昊說。

　　六問：“問天”能做哪些實驗？

　　問天實驗艙的主要任務是進行生命科學和生物技術研究，艙內(nei) 最具“含金量”的當屬8個(ge) 寬1米、高1.8米、深0.8米的科學實驗櫃。

　　載人航天工程空間應用係統副總師、中科院空間應用中心研究員呂從(cong) 民介紹，生命生態實驗櫃將開展擬南芥、果蠅、斑馬魚等動植物的空間生長實驗；生物技術實驗櫃開展細胞組織培養(yang) 、空間蛋白質結晶與(yu) 分析、蛋白與(yu) 核酸共起源和空間生物力學等實驗；變重力科學實驗櫃支持開展微重力、模擬月球重力、火星重力等不同重力水平下的複雜流體(ti) 物理、顆粒物質運動等科學研究；科學手套箱提供潔淨密閉空間和溫濕度環境控製，配置靈巧機械臂具備細胞級精細操作能力，為(wei) 航天員操作多學科實驗樣品提供安全、高效支持；從(cong) -80℃到4℃的低溫存儲(chu) 櫃，能夠滿足不同實驗樣品的不同溫度需求。

　　實驗艙外部署了能量粒子探測器、等離子體(ti) 原位成像探測器，為(wei) 航天員健康、空間站安全運營提供保障支持，並可用於(yu) 空間環境基礎研究。

　　七問：“問天”與(yu) “天和”如何分工合作？

　　相比一個(ge) 飛行器或者一個(ge) 航天器來說，多個(ge) 航天器的組合，控製起來更複雜。張昊介紹，問天實驗艙跟天和核心艙對接完成後，要把這兩(liang) 個(ge) 艙段的組合體(ti) 作為(wei) 一個(ge) 整體(ti) 來進行控製，核心艙作為(wei) 主控艙段，問天實驗艙是從(cong) 屬地位，同時問天實驗艙的平台功能與(yu) 天和核心艙互為(wei) 備份。

　　八問：“問天”柔性太陽翼的功能是什麽(me) ？

　　問天實驗艙所攜帶的太陽翼，是目前國內(nei) 最長最大的柔性太陽翼，刷新了我國航天器在軌使用太陽帆板的紀錄。

　　宋曉光介紹，太陽翼采用了雙軸控製，在艙體(ti) 姿態不做調整的情況下，就能隨時調整朝向。

　　空間站在軌建造完成後，天和核心艙的一個(ge) 太陽帆板將轉移到問天實驗艙資源艙的尾部。屆時，問天實驗艙將成為(wei) 名副其實的“主發電站”，為(wei) 組合體(ti) 源源不斷地供電送能。

　　九問：“問天”小機械臂能完成什麽(me) 工作？

　　與(yu) 天和核心艙一樣，問天實驗艙也搭載了一個(ge) 機械臂。相比於(yu) 核心艙配備的展開長度達10米、最大承載質量25噸的大機械臂，問天實驗艙的機械臂要顯得更“短小精悍”。

　　張昊介紹，大機械臂手臂夠長，轉移範圍更大，作業(ye) 半徑近10米；力氣夠大，簡直是一個(ge) “大力士”，可以抓住並轉移一個(ge) 完整的航天器。

　　相比之下，問天實驗艙的小機械臂長度約5米，承載能力為(wei) 3噸，但這個(ge) “小手”的設計目的就是抓握中小型設備，進行更為(wei) 精細化的操作。

　　比如，它可以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，可以有效節省航天員在軌工作負荷。

　　大小機械臂還可以組合使用，組成約15米長的組合臂，開展更多的艙外操作。“我們(men) 可以將大小機械臂視為(wei) 人的兩(liang) 隻手，互相交接東(dong) 西，協作使用；也可以將兩(liang) 隻手臂攥在一起，形成一個(ge) 更長的機械臂，可以進行覆蓋整個(ge) 空間站表麵的一些操作和爬行需求。”張昊說。

　　十問：“問天”上還有什麽(me) “黑科技”？

　　空間站建造過程中“惜重如金”，但此次問天實驗艙攜帶了4個(ge) 100多公斤的大家夥(huo) ，學名叫控製力矩陀螺，已經升空的核心艙攜帶6個(ge) 、天舟四號攜帶1個(ge) ，隨後天舟五號還將攜帶1個(ge) ，12個(ge) 控製力矩陀螺聯合使用，就可以使超過100噸的空間站的姿態控製“坐如鍾、行如風”。

　　“通過控製力矩陀螺不同速度的轉動，能夠有效控製航天器的姿態，減少通過燃燒燃料推動航天器姿態調整的消耗，是一款節能神器。”宋曉光說。

　　我國第一台控製力矩陀螺，是2011年隨天宮一號上天的。它的在軌應用是我國空間機電部件發展的一個(ge) 裏程碑，使我國成為(wei) 國際上第三個(ge) 掌握該技術的國家。（記者李國利、黎雲(yun) 、張瑞傑、趙葉蘋、溫競華）