問天實驗艙示意圖。

  資料來源：中國航天科技集團五院

  核心閱讀

  7月24日，中國空間站問天實驗艙成功進入太空。作為中國空間站首個科學實驗艙，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號線列車的一節車廂差不多，是全世界現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施，包括3個睡眠區、1個衛生區和廚房等設施，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”到問天實驗艙進行。

  結構上，問天實驗艙由用來完成科學實驗的工作艙、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，中國航天科技集團五院空間站結構與機構設計團隊進行了大量人性化設計，如可翻轉式柜門設計，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景。艙內設置的獨立衛生區，進一步提升了私密性。設計人員還在艙壁上設計了防護結構，使得密封艙能夠在嚴酷的太空環境中堅固耐用、穩定運行。

  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。

  與以往傳統密封艙不同，氣閘艙首次采用“外方內圓”的構型方案，視覺效果十分獨特，是空間站系統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、保護裝置配備更齊全，在軌組裝應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行出艙準備和艙外返回時，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研制的最大面積可展收柔性太陽翼，單翼全展開狀態下最長達27米，展開面積可達110平方米。無論是展開面積還是供電能力，這對“翅膀”都達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中艙外活動部件最多的艙體，大量的艙外設施設備更好地保障了出艙活動，也為更精細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，最大負荷能力達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、艙外設施照料、巡檢等任務。

  在問天實驗艙艙體上，還集成了結構健康監測系統，對艙體結構的健康狀態進行實時監控。一旦出現空間碎片撞擊或艙壓異常下降事件，系統會立即自動響應、快速報警，并對撞擊進行高精度定位，為航天員顯示出撞擊區域圖形，大大減少航天員詳細定位撞擊漏孔的時間，進一步保障太空駐留安全。

  據航天員系統專家介紹，此次問天實驗艙還搭載了航天員生活、工作所需的部分產品，包括全套廚房設備。這相當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品，問天實驗艙也配套了與天和核心艙相同的充電設備，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品充電能力。

  此外，航天員系統還在問天實驗艙內配套了全套艙外航天服的出艙支持設備，出艙活動任務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、航天員訓練。

  當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，啟動艙內生命維持系統，完成科學實驗柜的組裝，并開展科學實驗。

  將進行空間生命科學研究

  以天和核心艙、問天實驗艙和夢天實驗艙為基本構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、多領域、大規模空間科學與應用研究。

  載人航天工程空間應用系統副總師、中科院空間應用中心研究員呂從民介紹，問天實驗艙以生命科學和生物技術研究為主，在空間生命科學與生物技術、微重力流體物理、空間材料科學、空間應用新技術試驗等領域規劃部署了研究主題。通過這些科學項目的實施，關注生命生長發育和人的健康，探索人類長期太空生存所面臨的一系列科學問題。

  作為空間站內進行空間生命科學研究的主要場所，問天實驗艙艙內配置了生命生態實驗柜、生物技術實驗柜、科學手套箱與低溫存儲柜、變重力科學實驗柜等科學實驗設施，就像把一個大型科學實驗室搬到了太空。其中，兩個生命科學實驗柜和變重力科學實驗柜是開展科學實驗的場所，科學手套箱為航天員對科學樣品精細操作提供安全、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、發育、代謝的影響，促進人類對生命現象本質的理解。這意味著空間站里也會“種草”“養魚”。

  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，用于獲取空間環境要素數據，為航天員健康、空間站安全運營提供保障支持，并用于空間環境基礎研究。