图：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，在中国文昌航天发射场准时点火发射，约495秒后，问天实验舱与火箭成功分离并进入预定轨道，发射取得圆满成功。\新华社

　　2022年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，在中国文昌航天发射场准时点火发射，约495秒后，问天实验舱与火箭成功分离并进入预定轨道，发射圆满成功。神舟十四号乘组陈冬、刘洋、蔡旭哲通过直播观看发射盛景，他们欢呼雀跃，等待问天舱经过13个小时的飞行，在25日凌晨时与空间站天和核心舱进行交会对接，完成空间站“一”字构型。今次是中国航天员首次在轨迎接航天器来访。届时，航天员们将开启两房太空新家园，而随着国家太空实验室建设推进，将开展拟南芥、线虫等空间生长实验，探索生命奥秘。

　　此次发射是中国载人航天工程立项实施以来的第24次飞行任务，发射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，今次是中国航天员首次在轨迎接航天器来访。问天实验舱的主要任务是具备空间站组合体统一管理和控制能力，具备与核心舱进行交会对接、转位和停泊的能力；支持航天员在轨驻留，提供专用气闸舱和应急避难场所，保证航天员安全；支持开展密封舱内、舱外科学实验和技术试验。

　　增3床位 6航天员“太空会师”

　　据介绍，空间站问天实验舱体型巨大、功能强大、结构复杂、指标先进，在中国航天器研制历程中创下多个新纪录。问天实验舱由工作舱、气闸舱及资源舱三部分组成，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。当重达21吨的问天舱牵手近22.5吨重的天和核心舱，便缔造中国航天史上“分量最重”的“太空之吻”。

　　此外，问天实验舱的工作舱是迄今中国最大、世界第二大单密封舱体。舱内设有3个睡眠区、1个卫生区。完成对接后，中国空间站将更加温馨舒适，自由活动空间将增加近50立方米（原为110立方米），而且“床位”数增加到6个。神舟十五号载人飞船发射后，神十四、神十五两个乘组、6名航天员将实现“太空会师”，空间站“满客”运行。

　　8实验柜 研生命起源进化

　　问天实验舱是中国空间站系统中舱外活动部件最多的舱体，大量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。问天实验舱将在气闸舱外携带一套5米长的小型机械臂，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，开展更多的舱外操作。中国空间站建成后，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。

　　问天实验舱还是集平台功能与试验载荷功能于一体的“全能型”选手。在平台功能方面，问天实验舱与天和核心舱互为备份，保障航天员在轨长期驻留，并可提供专用气闸舱和应急避难场所。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。

　　在空间科学应用方面，问天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等四个领域规划部署了十馀个研究主题。其中，生命生态实验柜以多种类型的生物个体，如植物种子、幼苗、植株、兼顾小型动物等为实验样品，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，将开展细胞组织培养、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；探索重力效应对生命起源和进化影响；在高效蛋白质／多肽药物、纳米晶骨骼生物技术等方面取得突破性发现，对指导组织工程、生物医药的研究和应用发挥重要作用。

　　太空“功夫秀” 三式“定苍穹”

图：中国空间站的完整构型示意图。

　　第一式 神龙摆尾

　　入轨后首先对接于天和核心舱前向对接口，形成“一”字构型，组合体“神龙摆尾”转体约180度，接着问天舱“白鹤亮翅”二次展开太阳翼，进入全功率状态。

　　第二式 四両拨千斤

　　问天舱太阳翼单翼展开长度达27米，柔性太阳翼不仅能单翼翻转，两翼还可以像直升机的螺旋桨一样360度转起来，控制驱动器，可精准、稳定地驱动起重达1200公斤的太阳翼，堪称“四両拨千斤”。

　　第三式 乾坤大挪移

　　几个月后梦天实验舱将发射入轨，问天舱先转位至侧向停泊口，将前向对接口预留出来。问天舱自带转位机械臂，届时将依靠天和核心舱上的被动对接与转位控制器，与问天舱上的对接与转位控制器驱动转臂，带动实验舱进行“乾坤大挪移”，形成L构型。

　　新出舱口直径1米 高效往返

图：问天实验舱气闸舱出舱口朝向地球一侧(构想图)，尽可能避免太阳光直射干扰。

　　神舟十二号、神舟十三号航天员已经多次利用天和核心舱的节点舱进行太空出舱活动。随着问天舱的到来，今后航天员在中国空间站的出舱活动，将主要改在问天舱气闸舱进行。不久的将来，神十四陈冬、刘洋、蔡旭哲就有望首次在气闸舱完成出舱。

　　专业人士介绍，节点舱位于天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱三舱交汇处，若选择此舱段作为主份人员气闸舱，意味着出舱任务进行时，节点舱呈真空状态，进而彻底阻断三舱之间的交通，更重要的是，它还将阻断航天员进入神舟载人飞船的生命通道。气闸舱位于问天舱末端，出舱任务进行时空间站各舱段、飞船间交通不会有丝毫影响。因此，天宫空间站将主份人员气闸舱布置在问天实验舱。

　　据介绍，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。舱体内里面圆柱状的，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”的空间更大了，航天员在这里作出舱准备和舱外返回时，可以更舒展、更从容。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，舱外工作能力大大提升。

　　出舱气闸的外面，看上去像方形的外壳，正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。未来十年，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”，这样以来，就不再需要航天员出舱进行人工操作了。

　　麻雀虽小 五脏俱全

　　语音设备

　　音频单元是为空间站新研的音频设备，可支持多类型、多通道音频终端的输入输出，可实现天地电话，不同舱段航天员之间及地面测控中心的会议通话。

　　多孔端口

　　问天载荷适配器为中小型标准舱外载荷提供通用化的机械、供电、信息和热接口，暴露科学实验载荷的在轨无人安装、长期在轨支持、多轮次更换离不开它。

　　照明系统

　　舱外透光照明子系统，将为航天员长期在轨驻留及开展舱外维修、科研活动提供照明，也为出舱活动任务提供美轮美奂的光影效果。

　　WIFI天线

　　“舱外WIFI天线”主要用于航天员在舱外接收和发送5G无线信号，配合后端设备完成无线通信任务。

　　国家太空实验室知多啲

　　更大平台

　　发射问天、梦天2个实验舱，为开展空间科学实(试)验提供更大平台。在空间站建造阶段，共安排近百项实验研究项目。后续转入常态化运营后，还将实施较大规模科学研究。

　　国际一流

　　中国空间站舱内可以部署25台科学实验柜，每台实验柜都是一个小型的太空实验室，可支持开展单学科或多学科交叉的空间科学实验，整体达到国际先进水平。

　　揭秘生命

　　问天实验舱主要面向空间生命科学研究，配置了生命生态、生物技术和变重力科学等实验柜，能够支持开展多种类植物、动物、微生物等在空间条件下的生长、发育、遗传、衰老等响应机理研究，以及密闭生态系统的实验研究。

　　聚焦重力

　　梦天实验舱主要面向微重力科学研究，配置了流体物理、材料科学、燃烧科学、基础物理以及航天技术试验等多学科方向的实验柜，支持相应的物质本质规律研究以及超冷原子物理等前沿实验研究。

　　太空时计

　　在天宫二号空间冷原子锺的基础上，将建立世界上第一套由氢锺、铷锺、光锺组成的空间冷原子锺组，构成在太空中频率稳定度和准确度最高的时间频率系统，开展引力红移、精细结构常数测量等前沿的科学研究。

　　巡天观测

　　后续，中国还将发射与空间站共轨飞行的巡天空间望远镜研究设施，开展广域巡天观测。

　　天宫家族重量级成员 问天实验舱

　　问天实验舱是中国空间站的首个实验舱，由工作舱、气闸舱及资源舱三部分组成，是全世界现役在轨最重的单舱主动飞行器。

　　搭乘工具：长征五号B遥三运载火箭

　　发射重量：23吨 总长：17.9米

　　直径：4.2米

　　发射日期：7月24日

　　任务亮点：

　　具备空间站组合体统一管理和控制能力

　　具备与核心舱进行交会对接、转位和停泊能力

　　支持航天员在轨驻留

　　支持开展密封舱内、舱外科学实验和技术试验

　　重要预告：

　　全新的太空授课也将在问天实验舱开展，在“新教室”听太空授课，期待值拉满

　　冷链护航 长五“冰箭”穿越火线

　　7月24日14时22分，长征五号B遥三运载火箭冲上云霄，成功将问天实验舱发射至预定轨道。值得一提的是，这是长征五号系列运载火箭首次执行“零窗口”任务，发射获得圆满成功。

　　由于问天实验舱需要与空间站天和核心舱进行快速交会对接，因此必须在规定时间分秒不差地发射，否则将无法到达指定位置，需要耗费巨大代价调整轨道，甚至导致发射终止，严重影响任务周期。航天科技集团一院长五B火箭总体副主任设计师刘秉介绍，为保证准时发射，科研人员对射前负10分锺的发射流程进行了优化，将部分流程前置。其实，距离发射2.5分锺时，火箭就已完成发射前各项准备工作，具备了点火发射能力，随时可发射。

　　据介绍，长征五号系列火箭因为使用“深低温”液氧液氢燃料而被称为“冰箭”，大块头的“胖五”还有了“冰墩墩”的新外号。24日是大暑节气的第二天，海南的高温可以想像。科研人员为让“冰墩墩”圆满穿越“火线”也进行了系列科技攻关。航天科技集团一院介绍，在长五B火箭进行低温推进剂加注后，箭体表面的温度低，就会出现结露现象，箭体表面的冷凝水顺着箭体流下，对箭体结构的防水提出较大挑战。周身冰冷的火箭在完成加注后要防止贮箱内部温度过高，因此采用隔热材料和工艺，在外层均设置了绝热层。此外，“冰墩墩”长五B从总装厂房被转移到发射塔架过程中，科研人员还为它设置了全程冷链运输。

　　七步展开 太阳蝉翼收放自如

图：科研人员对问天实验舱进行测试。

　　正在太空中飞行的问天实验舱，张开一对柔性太阳翼，犹如有了一双翅膀。航天科技集团八院介绍，问天实验舱配置有目前内地研制的最大面积可展收柔性太阳翼，单翼全展开状态下长达27米，面积可达134平米。柔性翼全部收拢后厚度只有18厘米，与一部手机的长度相当。厚度不足1毫米问天实验舱柔性太阳翼犹如一张能发电的“薄纸”，不仅继承了天和核心舱柔性太阳电池翼的优点，更是青出于蓝而胜于蓝。

　　对于一般航天器来说，太阳翼的成功在轨展开是发射任务圆满成功的重要标志。问天舱太阳翼采用三维七步的动作，分二个阶段展开，整个过程持续80分锺。为何采用了全球首创的“二次展开”关键技术?据介绍，在问天与天和交会对接过程中，两个数十吨级的航天器，以约7.9km/s的速度运动，需要精准控制它们的位置、速度、姿态才能保证可靠的对接，稍有偏差航天器就会发生碰撞。如果太阳电池翼完全展开，实验舱就好比两只手各持一面巨大的帆，微小的抖动，都会导致实验舱的速度、相对位置和飞行姿态的控制精度严重下降，控制难度指数级增加。

　　因此，航天科技集团八院团队突破了“二次展开”的关键技术，在实验舱发射后独立飞行阶段，柔性太阳电池翼首先展开一部分电池板以满足实验舱能量需求，可以降低飞行控制难度使得交会对接又稳又准。在对接完成后，再次完成全展开，建立完整的能源系统。