■ 中国妇女报全媒体见习记者 高越

    据中国载人航天工程办公室消息，2022年7月24日14时22分，我国首个空间站科学实验舱“问天”发射成功；7月25日3时13分，“问天”成功对接于天和核心舱前向端口，这是我国两个20吨级航天器首次在轨实现交会对接，也是空间站有航天员在轨驻留期间首次进行空间交会对接；7月25日10时03分，神舟十四号航天员乘组成功开启问天实验舱舱门，顺利进入问天实验舱，这是中国航天员首次在轨进入科学实验舱。

    “问天”作为我国空间站建造阶段首个实验舱、我国迄今为止最重的航天器，有哪些“独门神器”？将为空间站带去哪些新装备、新实验？航天员在太空的工作生活又会迎来怎样的变化？带着好奇，中国妇女报全媒体记者近日采访了相关航天专家。

    “问天”三大“独门神器”：气闸舱、小机械臂、柔性太阳翼

    问天实验舱舱体总长17.9米，直径4.2米，重约23吨，比天和核心舱更“强”更“壮”；还拥有3个“独门神器”：气闸舱、小机械臂、柔性太阳翼。

    气闸舱：航天员专用出舱区。 航天科技集团五院空间站系统总体主任设计师张昊介绍，气闸舱是一个内圆外方的舱体，具有舱容更大、舱门更宽、舱内更整洁等特点。未来，气闸舱将成为整个空间站系统的主要出舱通道，也就是航天员专用出舱区。

    “航天员从这里进进出出，可以更舒展、更从容，还能携带大个头的设备出舱工作，出舱能力大大提升。”张昊解释，航天员在天和核心舱的出舱口节点舱出舱活动空间大概是七八个立方米，气闸舱可达到十二三个立方米；气闸舱比节点舱更加整洁，舱内只配置了与出舱相关的设备，没有其他管路电缆的羁绊；舱门直径达1米，比节点舱舱门直径大15厘米。

    小机械臂：“短小精悍”更灵活，可独立完成舱外照料。相比于天和核心舱配备的展开长度达10米、最大承载质量25吨的大机械臂，“问天”搭载的机械臂要更“短小精悍”。

    张昊介绍，大机械臂手臂够长，转移范围更大，作业半径近10米；力气够大，可以抓住并转移一个完整的航天器。而“问天”的小机械臂长度约5米，承载能力为3吨，但这个“小手”设计目的就是抓握中小型设备，进行更为精细化操作。比如，它可在不需要航天员出舱情况下，独立完成舱外载荷的安装、更换等照料操作，可有效节省航天员在轨工作负荷。“我们可将大小机械臂视为人的两只手，互相交接东西，协作使用；也可将两只手臂攥在一起，形成一个约15米长的组合机械臂，进行覆盖整个空间站表面的一些操作和爬行需求。” 张昊说，“问天”共有22个标准载荷接口，未来十年在空间站搭载的科学实验载荷，可通过机械臂精准“投送”到自己对应的标准载荷接口位置“即插即用”，不需要航天员出舱操作。

    柔性太阳翼：是目前国内最长最大的。“问天”所携带的太阳翼，是目前国内最长最大的柔性太阳翼，刷新了我国航天器在轨使用太阳帆板的纪录。空间站在轨建造完成后，天和核心舱的一个太阳帆板将转移到问天实验舱资源舱尾部，届时问天实验舱将成为名副其实的“主发电站”，为组合体源源不断供电送能。

    张昊介绍，问天实验舱太阳翼单翼展开阵面加上一些安装结构，长度接近28米，两个太阳翼全部展开将近56米，比空间站3个舱组合在一起的舱体尺寸还要大，且一个太阳翼阵面面积可达100多平方米，将有效收集更多太阳能，为空间站运行提供充足能源。“这么大的太阳翼单翼发电功率9千瓦，双翼可达18千瓦，日平均发电量超过430度。与核心舱交会对接完成后，可满足整个空间站的用电需求。”张昊说。

    航天科技集团五院问天实验舱GNC分系统副主任设计师宋晓光介绍，问天实验舱的太阳翼柔性也大，只比衣服硬一点，而且采用了双轴控制，在舱体姿态不做调整的情况下，就能随时调整朝向。

    漫漫太空十余年，如何让“问天”的太阳翼始终保持最佳状态？据航天科技八院相关工作人员介绍，研制团队在国内首次采用双自由度的对日定向机构，无论春夏秋冬、无论空间站飞行姿态如何，“问天”的两个柔性太阳翼始终以“向日葵”的姿势朝向太阳，获取最大能量。为了架起太阳翼与“问天”稳固的能源传输桥梁，研制人员还在实验舱舱体与柔性太阳翼之间增设了半户外的“桁架”小舱段，穿上了特殊防护衣服的“桁架”，可实现两个自由度的对日定向机构的完美连接，同时收留了电源分系统的一些舱外设备，进行能量的汇集、转换与传递。

    科学实验柜体积虽小功能强大，确保“问天”的科学实验顺利开展 

    在太空中“养鱼”“种草”，让“细胞”住进太空……正如“问天”这个名字一样，问天实验舱内将陆续进行许多科学实验。载人航天工程空间应用系统副总师、中科院空间应用中心研究员吕从民介绍，问天实验舱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4个领域方向规划部署了10余个研究主题，已立项40余项科学项目。

    “为了支撑相关领域科学实验开展，问天实验舱内部署了多个宽约1米、高1.8米、深0.8米的科学实验柜，包括生命生态实验柜、生物技术实验柜、变重力科学实验柜、科学手套箱和低温存储柜等。”吕从民说，“科学实验柜相当于把占地几十平方米的科学实验系统装到一个不到2立方米的柜子里。”

    吕从民介绍，生命生态实验柜将开展拟南芥、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。

    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，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等。

    变重力科学实验柜为科学实验提供0.01G至2G高精度模拟重力环境，采用先进的无线传能和载波通信技术，支持开展微重力、模拟月球重力、火星重力等不同重力水平下的复杂流体物理、颗粒物质运动等科学研究。

    科学手套箱提供洁净密闭空间和温湿度环境控制，配置灵巧机械臂具备细胞级精细操作能力，为航天员操作多学科实验样品提供安全、高效支持。从-80℃到4℃的低温存储柜，能够满足不同实验样品的不同温度需求。

    此外，实验舱外还部署了能量粒子探测器、等离子体原位成像探测器，用于获取空间质子、电子、中子、重离子和等离子体等环境要素数据，为航天员健康、空间站安全运营提供保障支持，并可用于空间环境基础研究。

    空间应用系统副总师、中科院空间应用中心集成技术中心主任王珂指出，除按航天标准研制先进可靠的科学实验柜等设施外，每一个空间项目还需要事先进行深入的科学研究、事后对数据和实验样品进行高水平分析，“空间科学和应用研究不仅可帮助我们理解基础的物理学和宇宙学规律，同时通过生物、医学、材料学等研究提升人类在地球上的生活质量，而且可为人类未来走向深空做一些知识和技术上的储备。”

    两台“高速通信处理器”协同保障，“问天连地”通话自由畅通

    随着中国空间站的扩建，航天员们的沟通场景也变得复杂起来。记者从航天科技集团八院了解到，问天实验舱搭载的话音设备，与核心舱、载人飞船、货运飞船可以完美组建语音传输系统，真正做到了舱里、舱外和地面随时互联，畅聊无阻。

    12个软件实时处理30路链路数据，让航天员在空间站就像在家里一样，“站”里“站”外打电话、与在途飞船“电联”、各舱间“群聊”、需要时给各端小伙伴单独调整音量，在太空家园的任何角落都可接入聊天，精准设定单个或多个通话对象，边听音乐边聊天……空间站的话音功能，堪比我们平时使用的微信语音通话，利用空间站WIFI可无线聊天，断开网络可有线通话。

    中国空间站将在轨工作十几年，承担大量的科学实验，其接口众多，那么多的语音、图像、遥测、遥控、载荷数据，包括“微信通话”数据，都要有序传输、快速通过，这就要靠空间站测控分系统难度最大的关键单机之一——“高速通信处理器”来实现。“高速通信处理器”，顾名思义就是要高速处理和传输数据，它相当于空间站天地通信处理中枢，要完成空间站各类平台、载荷数据与地面系统间的高速传输处理，让天地通信永远保持畅通。

    问天实验舱成功对接天和核心舱后，中国空间站迎来了第二台“高速通信处理器”，空间站的测控数据处理能力将翻倍，问天实验舱和天和核心舱的“高速通信处理器”将互为备份、接力续航、协同工作。如果一台机器坏了，另外一台完全可以胜任整个组合体的数据传送处理，可以更大程度上保证空间站数据传输的可靠性。

    后续，中国空间站将按计划开展组合体姿态融合控制、小机械臂爬行和大小臂组合测试等在轨工作，并利用问天舱气闸舱和小机械臂进行航天员出舱活动。据悉，全新的太空授课也将在问天实验舱进行，让广大青少年也可在“太空实验室”里探寻宇宙的奥秘。

    “问天”升空，叩问苍穹。当问天实验舱那一对长长的柔性太阳翼展开时，像是一架被缓缓拉开的手风琴在宇宙中奏响美妙乐章，而“为科学而飞”正是中国航天“问天之旅”的主基调。