问天实验舱升空，天宫空间站扩成“两居室”

原创 百舸争流 果壳

北京时间今天14时22分22秒，长征五号B遥三运载火箭在文昌航天发射场一号发射工位点火起飞。

火箭飞行约495秒后，将中国空间站问天实验舱准确送入预定对接初始轨道入口，发射任务圆满成功。

问天实验舱分离后，太阳翼“一次展开”，随后舱段“快速自主交会对接程序”开始，将在接下来的13个小时内进行数次变轨，预计在明天凌晨对接于天和核心舱节点舱的轴向对接口。

问天实验舱飞行任务标识｜CMS

此前，空间站组合体已偏航180°，建立了倒飞姿态，等待问天实验舱与其交会对接。对接完成后，组合体将再次偏航180°，返回三轴稳定对地正飞姿态。之后问天实验舱的太阳电池翼将完全展开。

问天实验舱太阳翼完全展开后的空间站组合体示意图｜本文作者

长征五号B遥三运载火箭

长征五号B遥三运载火箭从发射场技术区垂直转运至发射区｜新华社

长征五号B运载火箭，是目前我国近地轨道有效载荷运载能力最大的火箭型号。火箭由芯级外捆绑4个助推器，芯一级可直接将有效载荷送入轨道。

本次用来发射问天实验舱的遥三火箭高度为53.66米、整流罩直径为5.2米、起飞质量为849 000千克。

由于问天实验舱需要与空间站组合体进行交会对接，运载火箭需要将实验舱射入特定的初始对接轨道入口，因此本次也是长征五号B运载火箭的首次“零窗口”发射。

第二个大型永久舱段

问天实验舱（实验舱Ⅰ）是中国空间站的第二个大型永久舱段，主要任务是核心舱平台功能备份，支持开展密封舱内专项实验和部分暴露平台实验。

它可以对组合体进行统一管理与控制，并能支持航天员在轨驻留，提供专用航天员舱外活动气闸舱和应急避难场所。

问天实验舱构型示意图｜航天科技集团五院总体部

问天实验舱由工作舱、气闸舱和资源舱三个主要部分组成，舱体轴向长度为17.9米，舱体最大直径为4.2米。

问天实验舱｜CMS

其中工作舱长度约7.2米，气闸舱长度约2.4米，资源舱长度约3.4米，太阳翼一次展开后翼展约23米，二次完全展开后翼展约55米。

航天员在问天实验地面模拟器训练画面｜中国航天员科研训练中心

问天实验舱舱外配置了小机械臂，用于舱外载荷照料和支持航天员出舱。尾部采用局部桁架结构，之上安装的太阳电池翼采用双自由度驱动结构。

核心舱关键平台功能备份

问天实验舱对空间站天和核心舱的能源管理、信息管理、姿态与轨道控制、载人环境控制等关键平台功能提供备份。

空间站三舱地面联试，左为问天实验舱｜航天科技集团五院总体部

问天实验舱内配置了3个乘组睡眠区和1个卫生区，舱内还有一个额外的“太空厨房”，配置了与核心舱相同的饮水分配器、微波加热装置、热风加热装置、餐桌等，满足支持后续乘组在轨轮换期间6人共同在轨的需要。

问天实验舱内集成了与核心舱基本一致的再生式生命保障的全部6个子系统单元，满足乘组在轨轮换时的载人环境保障需求，同时也可以在核心舱载人环境系统发生故障时提供关键功能备份。

各再生生保子系统总装集成形式｜中国航天员科研训练中心

问天实验舱也是空间站航天员的应急避难场所。

核心舱一旦发生失压等紧急情况，航天员可以将核心舱的双向承压舱门关闭，这样节点舱和问天实验舱作为联通舱段，依然可以在保证航天员安全的同时，提供在轨修复故障所需要的时间。

若核心舱发生失火等紧急情况，将双向承压舱门关闭后，航天员依然可以通过联通的节点舱进入载人飞船，这为航天员应急情况处置和紧急撤离等情况提供了额外的安全保障。

密封舱内专项实验

问天实验舱，顾名思义，是一个可以支持开展空间实验的舱段。实验舱支持提供的实验规模比核心舱大很多。

神舟十四号乘组在地面模拟舱练习科学实验柜操作｜中国航天员科研训练中心

本次发射，舱内上行了4个科学实验机柜，主要为空间生命科学、生物技术学科以及其它一些学科的科学实验提供支持设施。

这4个科学实验机柜分别是：

变重力科学实验柜

变重力科学实验机柜｜中国科学院空间应用工程与技术中心

变重力科学实验柜是一个共用支持实验设施，它支持与重力相关的多类科学实验，包括空间生命科学与生物技术、微重力流体和燃烧科学等实验的不同重力效应和响应机制研究。

科学手套箱与低温存储柜

科学手套箱与低温存储柜｜中国科学院空间应用工程与技术中心

科学手套箱与低温存储柜也是一个共用支持实验设施，它为空间生命科学与生物技术、空间材料科学等方向的实验提供样品装载、精细操作、样品低温存储等支持。

科学手套箱（位于实验柜上部）可以提供温湿度可控的密闭洁净环境，内置支持精细操作的机械臂和显微装置，可以支持生命、材料科学等需要用到密闭洁净环境的科学实验。

低温存储装置（位于实验柜下部）能够提供 4 ℃、-20 ℃、-80 ℃的低温存储能力，可以满足生物、试剂、材料等样品不同低温存储条件，为开展长期空间实验提供保障。

生物技术实验柜

生物技术实验柜｜中国科学院空间应用工程与技术中心

生物技术实验柜主要由细胞组织培养模块、蛋白质结晶模块、专用实验装置等模块组成，支持开展组织细胞、蛋白质生化分子类、微生物类等多类型在轨实验和研究。

生命生态实验柜

生命生态实验柜｜中国科学院空间应用工程与技术中心

生命生态实验柜主要由多个通用生物培养模块、小型受控生命生态实验模块、微生物监测模块和一台离心机组成，支持在微重力和空间辐射环境下开展如生物个体（植物、小型动物等）效应、空间辐射学、生命生态支持系统基础、生命起源机理等主题的研究。

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暴露平台实验

问天实验舱的气闸舱和资源舱外，配置了多个暴露应用载荷接口，具有较强的舱外应用载荷支持能力。

所谓“暴露”，指的是直接暴露于太空环境。一些如空间环境监测、对地观测等领域的科学实验载荷，以及卫星平台等航天器新技术领域的试验载荷，需要在舱外环境下实施开展。这些载荷就可以通过标准适配接口安装在暴露实验平台上。

这些接口采用了通用的在轨可替换单元（ORU）式接口设计，可以通过问天实验舱机械臂进行安装、照料，具有较高的操作效率。

问天实验舱气闸舱外暴露应用载荷接口和小机械臂示意图｜航天科技集团五院总体部

同时，问天实验舱舱外还预留了1个扩展暴露平台接口和1个大型载荷挂点接口，支持在轨安装扩展暴露载荷平台和大型挂接载荷。

问天实验舱还配置了能量粒子、等离子空间环境监测有效载荷。

小机械臂

问天实验舱机械臂｜哈尔滨工业大学

问天实验舱外配置了一条作业范围约5米的7自由度小机械臂，锁挂在气闸舱外与实验舱一同发射入轨。

问天实验舱机械臂示意图｜航天科技集团五院总体部

这条小机械臂可以实现高精度操作，主要用来照料舱外暴露应用载荷。

小机械臂还可以与天和核心舱的大机械臂级联组合使用，通过神舟十三号第一次舱外活动安装的转接件串联后，运动范围可以达到15米，具有更大的任务灵活性。

大小机械臂级联组合后示意图｜航天科技集团五院总体部

机械臂还可以辅助航天员进行舱外活动转移、在轨巡检等任务。

EVA专用气闸舱

航天员蔡旭哲在问天气闸舱地面模拟器中训练｜中国航天员科研训练中心

问天实验舱配置了航天员开展舱外活动（EVA）的专用气闸舱，这是中国空间站的主份EVA气闸舱。

此前，神舟十二号和神舟十三号任务中多次开展的舱外活动，航天员都是通过天和节点舱作为气闸舱进出空间站的。但如此一来，在进行舱外活动的过程中，天和核心舱内的航天员前往载人飞船的应急通道就会被阻断。

问天气闸舱完成在轨功能测试后，天和节点舱的气闸舱功能将转为备份，从根本上避免了上述应急通道被阻挡的情况。

神舟十四号飞行乘组在任务期间预计将使用问天气闸舱开展2至3次舱外活动。

舱段转位与停泊

问天实验舱与天和核心舱前向口对接后，航天员将进入舱内开展一系列解锁、测试、试验等工作。此时，空间站组合体为“一”字构型。

对接问天实验舱后，空间站组合体为“一”字构型 | CMS

之后，问天实验舱将转移至节点舱Ⅳ象限的停泊口，为梦天实验舱的到来空出前向对接口。

转位过程将使用实验舱对接口上方配置专用的2自由度转位机械臂完成。核心舱的大机械臂也具备辅助舱段转位的能力，在转位机械臂故障时作为备份方案。

问天实验舱转位过程示意图 | 杨宏

转位完成后，实验舱将与节点舱再对接，组合体变成“L”构型。Ⅳ象限停泊口也将是空间站运营期间问天实验舱的永久停泊端口。

问天实验舱加入中国空间站组合体后，神舟十四号乘组还将在今年10月迎来中国空间站的下一个舱段——梦天实验舱。到那时，中国空间站将完成现阶段规划的三舱组合体在轨建造任务。

中国空间站三舱组合体示意图，左为问天，右为梦天｜CMS》

果壳将持续带来有关天宫空间站的最新消息，敬请关注。

作者：百舸争流

编辑：Steed

题图来源：人民日报

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