中國空間站首個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射成功

赴天宮相會(huì) 向星河“問天”(科技自立自強(qiáng)·逐夢(mèng)深空)

問天實(shí)驗(yàn)艙示意圖。資料來源：中國航天科技集團(tuán)五院

【資料圖】

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7月24日，中國空間站問天實(shí)驗(yàn)艙成功進(jìn)入太空。作為中國空間站首個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)艙，也是國家太空實(shí)驗(yàn)室的重要組成部分，問天實(shí)驗(yàn)艙將為航天員在軌工作生活提供更大空間，也為空間科學(xué)研究提供更大平臺(tái)。

比天和核心艙更高、更大、更重

中國空間站問天實(shí)驗(yàn)艙全長17.9米，直徑4.2米，發(fā)射重量23噸，比空間站天和核心艙更高、更大、更重，將為航天員提供專用的生活和工作場(chǎng)所。問天實(shí)驗(yàn)艙豎起來有6層樓高，體積和重量跟北京地鐵13號(hào)線列車的一節(jié)車廂差不多，是全世界現(xiàn)役在軌最重的單艙主動(dòng)飛行器。

問天實(shí)驗(yàn)艙配置了與天和核心艙一樣的航天員生活設(shè)施，包括3個(gè)睡眠區(qū)、1個(gè)衛(wèi)生區(qū)和廚房等設(shè)施，未來可與核心艙一起來支持兩艘載人飛船輪換期間6名航天員的生活?？蒲腥藛T說，問天實(shí)驗(yàn)艙的加入，使得空間站空間更大，航天員活動(dòng)空間更充裕。比如，可以把太空自行車從天和核心艙拆到問天實(shí)驗(yàn)艙，增加通道通過性。未來，太空授課也會(huì)“搬”到問天實(shí)驗(yàn)艙進(jìn)行。

結(jié)構(gòu)上，問天實(shí)驗(yàn)艙由用來完成科學(xué)實(shí)驗(yàn)的工作艙、支持太空出艙的氣閘艙及儲(chǔ)備上行物資的資源艙3部分組成。

問天實(shí)驗(yàn)艙的工作艙長達(dá)9米，是目前我國航天器中體型最大、承載最重的密封艙，也是世界第二大單密封艙體，這里還是航天員的生活工作場(chǎng)所。工作艙的儲(chǔ)物空間也不小，達(dá)60立方米以上。為提升航天員的居住舒適度，中國航天科技集團(tuán)五院空間站結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了大量人性化設(shè)計(jì)，如可翻轉(zhuǎn)式柜門設(shè)計(jì)，讓儲(chǔ)物效率更高。航天員的3個(gè)獨(dú)立“臥室”，每間自帶防輻射舷窗，在休息時(shí)可安心欣賞艙外風(fēng)景。艙內(nèi)設(shè)置的獨(dú)立衛(wèi)生區(qū)，進(jìn)一步提升了私密性。設(shè)計(jì)人員還在艙壁上設(shè)計(jì)了防護(hù)結(jié)構(gòu)，使得密封艙能夠在嚴(yán)酷的太空環(huán)境中堅(jiān)固耐用、穩(wěn)定運(yùn)行。

問天實(shí)驗(yàn)艙的一大特點(diǎn)是配置了全新的出艙氣閘艙，這是未來空間站完全建成后航天員的主用出艙口。新的氣閘艙出艙口朝下，更為寬敞，航天員出艙更方便。

與以往傳統(tǒng)密封艙不同，氣閘艙首次采用“外方內(nèi)圓”的構(gòu)型方案，視覺效果十分獨(dú)特，是空間站系統(tǒng)唯一一個(gè)看上去是方形的艙體，里面則為圓柱狀。作為我國最大的專用氣閘艙，出艙口比以往艙門更大、保護(hù)裝置配備更齊全，在軌組裝應(yīng)急艙門則為航天員出艙活動(dòng)提供了雙重安全保障。航天員通過新的氣閘艙進(jìn)行出艙準(zhǔn)備和艙外返回時(shí)，可以更舒展、更從容，出艙活動(dòng)、開展艙外實(shí)驗(yàn)更為便利。由于出艙口變寬，航天員還能攜帶大個(gè)頭的設(shè)備出艙工作，艙外工作能力大大提升。

與天和核心艙相比，問天實(shí)驗(yàn)艙還具備更強(qiáng)的超萬瓦級(jí)的供電能力、千兆級(jí)的信息傳輸能力。問天實(shí)驗(yàn)艙同時(shí)具備對(duì)空間站組合體的管理和控制功能，可以接管對(duì)空間站組合體的操作，從而在整體上提高空間站的可靠性。

柔性太陽翼單翼展開面積可達(dá)110平方米

在外形上，問天實(shí)驗(yàn)艙與天和核心艙有明顯不同，前者尾部有一對(duì)巨大的“翅膀”，也就是太陽能帆板或稱柔性太陽電池翼。

問天實(shí)驗(yàn)艙配置的是目前國內(nèi)研制的最大面積可展收柔性太陽翼，單翼全展開狀態(tài)下最長達(dá)27米，展開面積可達(dá)110平方米。無論是展開面積還是供電能力，這對(duì)“翅膀”都達(dá)到了天和核心艙太陽翼的兩倍之多。

在太空運(yùn)行中，問天實(shí)驗(yàn)艙的這對(duì)太陽能帆板能以最佳角度面向太陽，避免飛行過程中被其他艙段遮擋陽光。問天實(shí)驗(yàn)艙的每天平均發(fā)電量，能為空間站運(yùn)行提供充足的能源，足夠一個(gè)普通家庭用上一個(gè)半月。

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，大量的艙外設(shè)施設(shè)備更好地保障了出艙活動(dòng)，也為更精細(xì)的艙外操作提供了支持。在問天實(shí)驗(yàn)艙氣閘艙外，配置了一個(gè)5米長的小型機(jī)械臂。這套7自由度的機(jī)械臂小巧、精度高，最大負(fù)荷能力達(dá)3噸，雖然拖動(dòng)能力小于核心艙的大機(jī)械臂，但方便抓取中小型設(shè)備，操作更為靈巧。它既可以單獨(dú)使用，也可以跟核心艙的大機(jī)械臂組合為15米長的組合臂，能在整個(gè)空間站不同艙段之間“爬行”，共同完成航天員的出艙、艙外設(shè)施照料、巡檢等任務(wù)。

在問天實(shí)驗(yàn)艙艙體上，還集成了結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)艙體結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。一旦出現(xiàn)空間碎片撞擊或艙壓異常下降事件，系統(tǒng)會(huì)立即自動(dòng)響應(yīng)、快速報(bào)警，并對(duì)撞擊進(jìn)行高精度定位，為航天員顯示出撞擊區(qū)域圖形，大大減少航天員詳細(xì)定位撞擊漏孔的時(shí)間，進(jìn)一步保障太空駐留安全。

據(jù)航天員系統(tǒng)專家介紹，此次問天實(shí)驗(yàn)艙還搭載了航天員生活、工作所需的部分產(chǎn)品，包括全套廚房設(shè)備。這相當(dāng)于空間站組合體有了兩套太空廚房，提高了航天員生活的便利性。為了方便航天員在軌使用手機(jī)、平板電腦和其他便攜式電子產(chǎn)品，問天實(shí)驗(yàn)艙也配套了與天和核心艙相同的充電設(shè)備，和地面使用的電源適配器功能類似，有效擴(kuò)展了空間站的便攜式電子產(chǎn)品充電能力。

此外，航天員系統(tǒng)還在問天實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)配套了全套艙外航天服的出艙支持設(shè)備，出艙活動(dòng)任務(wù)期間可支持航天員的艙載供氧、制冷等過閘功能。平時(shí)氣閘艙可支持艙外航天服貯存、在軌檢測(cè)、航天員訓(xùn)練。

當(dāng)問天實(shí)驗(yàn)艙和天和核心艙對(duì)接到位，航天員將會(huì)使用專用扳手打開實(shí)驗(yàn)艙閘門，啟動(dòng)艙內(nèi)生命維持系統(tǒng)，完成科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜的組裝，并開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

將進(jìn)行空間生命科學(xué)研究

以天和核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙為基本構(gòu)型的天宮空間站完成建造后，意味著國家太空實(shí)驗(yàn)室也將建成，并將開展長期、多領(lǐng)域、大規(guī)?？臻g科學(xué)與應(yīng)用研究。

載人航天工程空間應(yīng)用系統(tǒng)副總師、中科院空間應(yīng)用中心研究員呂從民介紹，問天實(shí)驗(yàn)艙以生命科學(xué)和生物技術(shù)研究為主，在空間生命科學(xué)與生物技術(shù)、微重力流體物理、空間材料科學(xué)、空間應(yīng)用新技術(shù)試驗(yàn)等領(lǐng)域規(guī)劃部署了研究主題。通過這些科學(xué)項(xiàng)目的實(shí)施，關(guān)注生命生長發(fā)育和人的健康，探索人類長期太空生存所面臨的一系列科學(xué)問題。

作為空間站內(nèi)進(jìn)行空間生命科學(xué)研究的主要場(chǎng)所，問天實(shí)驗(yàn)艙艙內(nèi)配置了生命生態(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，就像把一個(gè)大型科學(xué)實(shí)驗(yàn)室搬到了太空。其中，兩個(gè)生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜和變重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜是開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)所，科學(xué)手套箱為航天員對(duì)科學(xué)樣品精細(xì)操作提供安全、高效支持，低溫裝置用于實(shí)驗(yàn)樣品在軌存儲(chǔ)。

呂從民說，生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜以多種類型的生物個(gè)體為實(shí)驗(yàn)樣品，將開展擬南芥、線蟲、果蠅、斑馬魚等生物的空間生長實(shí)驗(yàn)，揭示微重力對(duì)生物個(gè)體生長、發(fā)育、代謝的影響，促進(jìn)人類對(duì)生命現(xiàn)象本質(zhì)的理解。這意味著空間站里也會(huì)“種草”“養(yǎng)魚”。

在問天實(shí)驗(yàn)艙艙外，還部署了能量粒子探測(cè)器、等離子體原位成像探測(cè)器等，用于獲取空間環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)，為航天員健康、空間站安全運(yùn)營提供保障支持，并用于空間環(huán)境基礎(chǔ)研究。

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