中國空間站首個科學(xué)實驗艙發(fā)射成功

赴天宮相會 向星河“問天”(科技自立自強·逐夢深空)

問天實驗艙示意圖。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，中國空間站問天實驗艙成功進(jìn)入太空。作為中國空間站首個科學(xué)實驗艙，也是國家太空實驗室的重要組成部分，問天實驗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。

比天和核心艙更高、更大、更重

中國空間站問天實驗艙全長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所。問天實驗艙豎起來有6層樓高，體積和重量跟北京地鐵13號線列車的一節(jié)車廂差不多，是全世界現(xiàn)役在軌最重的單艙主動飛行器。

問天實驗艙配置了與天和核心艙一樣的航天員生活設(shè)施，包括3個睡眠區(qū)、1個衛(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。科研人員說，問天實驗艙的加入，使得空間站空間更大，航天員活動空間更充裕。比如，可以把太空自行車從天和核心艙拆到問天實驗艙，增加通道通過性。未來，太空授課也會“搬”到問天實驗艙進(jìn)行。

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

問天實驗艙的工作艙長達(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所。工作艙的儲物空間也不小，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)與機構(gòu)設(shè)計團(tuán)隊進(jìn)行了大量人性化設(shè)計，如可翻轉(zhuǎn)式柜門設(shè)計，讓儲物效率更高。航天員的3個獨立“臥室”，每間自帶防輻射舷窗，在休息時可安心欣賞艙外風(fēng)景。艙內(nèi)設(shè)置的獨立衛(wèi)生區(qū)，進(jìn)一步提升了私密性。設(shè)計人員還在艙壁上設(shè)計了防護(hù)結(jié)構(gòu)，使得密封艙能夠在嚴(yán)酷的太空環(huán)境中堅固耐用、穩(wěn)定運行。

問天實驗艙的一大特點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，視覺效果十分獨特，是空間站系統(tǒng)唯一一個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，可以更舒展、更從容，出艙活動、開展艙外實驗更為便利。由于出艙口變寬，航天員還能攜帶大個頭的設(shè)備出艙工作，艙外工作能力大大提升。

與天和核心艙相比，問天實驗艙還具備更強的超萬瓦級的供電能力、千兆級的信息傳輸能力。問天實驗艙同時具備對空間站組合體的管理和控制功能，可以接管對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，問天實驗艙與天和核心艙有明顯不同，前者尾部有一對巨大的“翅膀”，也就是太陽能帆板或稱柔性太陽電池翼。

問天實驗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“翅膀”都達(dá)到了天和核心艙太陽翼的兩倍之多。

在太空運行中，問天實驗艙的這對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。問天實驗艙的每天平均發(fā)電量，能為空間站運行提供充足的能源，足夠一個普通家庭用上一個半月。

問天實驗艙是空間站系統(tǒng)中艙外活動部件最多的艙體，大量的艙外設(shè)施設(shè)備更好地保障了出艙活動，也為更精細(xì)的艙外操作提供了支持。在問天實驗艙氣閘艙外，配置了一個5米長的小型機械臂。這套7自由度的機械臂小巧、精度高，最大負(fù)荷能力達(dá)3噸，雖然拖動能力小于核心艙的大機械臂，但方便抓取中小型設(shè)備，操作更為靈巧。它既可以單獨使用，也可以跟核心艙的大機械臂組合為15米長的組合臂，能在整個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)。

在問天實驗艙艙體上，還集成了結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，對艙體結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)進(jìn)行實時監(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)會立即自動響應(yīng)、快速報警，并對撞擊進(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，此次問天實驗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、平板電腦和其他便攜式電子產(chǎn)品，問天實驗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)還在問天實驗艙內(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。平時氣閘艙可支持艙外航天服貯存、在軌檢測、航天員訓(xùn)練。

當(dāng)問天實驗艙和天和核心艙對接到位，航天員將會使用專用扳手打開實驗艙閘門，啟動艙內(nèi)生命維持系統(tǒng)，完成科學(xué)實驗柜的組裝，并開展科學(xué)實驗。

將進(jìn)行空間生命科學(xué)研究

以天和核心艙、問天實驗艙和夢天實驗艙為基本構(gòu)型的天宮空間站完成建造后，意味著國家太空實驗室也將建成，并將開展長期、多領(lǐng)域、大規(guī)模空間科學(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，問天實驗艙以生命科學(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)試驗等領(lǐng)域規(guī)劃部署了研究主題。通過這些科學(xué)項目的實施，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)研究的主要場所，問天實驗艙艙內(nèi)配置了生命生態(tài)實驗柜、生物技術(shù)實驗柜、科學(xué)手套箱與低溫存儲柜、變重力科學(xué)實驗柜等科學(xué)實驗設(shè)施，就像把一個大型科學(xué)實驗室搬到了太空。其中，兩個生命科學(xué)實驗柜和變重力科學(xué)實驗柜是開展科學(xué)實驗的場所，科學(xué)手套箱為航天員對科學(xué)樣品精細(xì)操作提供安全、高效支持，低溫裝置用于實驗樣品在軌存儲。

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

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

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