北京時間7月24日14時22分22秒，長征五號B遙三運載火箭在文昌航天發(fā)射場一號發(fā)射工位點火起飛。

(資料圖片僅供參考)

火箭飛行約495秒后，將中國空間站問天實驗艙準確送入預定對接初始軌道入口，發(fā)射任務圓滿成功。

長征五號B遙三運載火箭點火瞬間｜央視新聞

問天實驗艙分離后，太陽翼“一次展開”，隨后艙段“快速自主交會對接程序”開始，將在接下來的13個小時內(nèi)進行數(shù)次變軌，預計在明天凌晨對接于天和核心艙節(jié)點艙的軸向?qū)涌凇?/p>

問天實驗艙飛行任務標識｜CMS

此前，空間站組合體已偏航180°，建立了倒飛姿態(tài)，等待問天實驗艙與其交會對接。對接完成后，組合體將再次偏航180°，返回三軸穩(wěn)定對地正飛姿態(tài)。之后問天實驗艙的太陽電池翼將完全展開。

問天實驗艙太陽翼完全展開后的空間站組合體示意圖｜本文作者

長征五號B遙三運載火箭

長征五號B遙三運載火箭從發(fā)射場技術區(qū)垂直轉運至發(fā)射區(qū)｜新華社

長征五號B運載火箭，是目前我國近地軌道有效載荷運載能力最大的火箭型號?；鸺尚炯壨饫?個助推器，芯一級可直接將有效載荷送入軌道。

長征五號B遙三運載火箭垂直轉運精彩畫面｜新華社

本次用來發(fā)射問天實驗艙的遙三火箭高度為53.66米、整流罩直徑為5.2米、起飛質(zhì)量為849 000千克。

由于問天實驗艙需要與空間站組合體進行交會對接，運載火箭需要將實驗艙射入特定的初始對接軌道入口，因此本次也是長征五號B運載火箭的首次“零窗口”發(fā)射。

第二個大型永久艙段

問天實驗艙（實驗艙Ⅰ）是中國空間站的第二個大型永久艙段，主要任務是核心艙平臺功能備份，支持開展密封艙內(nèi)專項實驗和部分暴露平臺實驗。

它可以對組合體進行統(tǒng)一管理與控制，并能支持航天員在軌駐留，提供專用航天員艙外活動氣閘艙和應急避難場所。

問天實驗艙構型示意圖｜航天科技集團五院總體部

問天實驗艙由工作艙、氣閘艙和資源艙三個主要部分組成，艙體軸向長度為17.9米，艙體最大直徑為4.2米。

問天實驗艙｜CMS

其中工作艙長度約7.2米，氣閘艙長度約2.4米，資源艙長度約3.4米，太陽翼一次展開后翼展約23米，二次完全展開后翼展約55米。

航天員在問天實驗地面模擬器訓練畫面｜中國航天員科研訓練中心

問天實驗艙艙外配置了小機械臂，用于艙外載荷照料和支持航天員出艙。尾部采用局部桁架結構，之上安裝的太陽電池翼采用雙自由度驅(qū)動結構。

核心艙關鍵平臺功能備份

問天實驗艙對空間站天和核心艙的能源管理、信息管理、姿態(tài)與軌道控制、載人環(huán)境控制等關鍵平臺功能提供備份。

空間站三艙地面聯(lián)試，左為問天實驗艙｜航天科技集團五院總體部

問天實驗艙內(nèi)配置了3個乘組睡眠區(qū)和1個衛(wèi)生區(qū)，艙內(nèi)還有一個額外的“太空廚房”，配置了與核心艙相同的飲水分配器、微波加熱裝置、熱風加熱裝置、餐桌等，滿足支持后續(xù)乘組在軌輪換期間6人共同在軌的需要。

問天實驗艙內(nèi)集成了與核心艙基本一致的再生式生命保障的全部6個子系統(tǒng)單元，滿足乘組在軌輪換時的載人環(huán)境保障需求，同時也可以在核心艙載人環(huán)境系統(tǒng)發(fā)生故障時提供關鍵功能備份。

各再生生保子系統(tǒng)總裝集成形式｜中國航天員科研訓練中心

問天實驗艙也是空間站航天員的應急避難場所。

核心艙一旦發(fā)生失壓等緊急情況，航天員可以將核心艙的雙向承壓艙門關閉，這樣節(jié)點艙和問天實驗艙作為聯(lián)通艙段，依然可以在保證航天員安全的同時，提供在軌修復故障所需要的時間。

若核心艙發(fā)生失火等緊急情況，將雙向承壓艙門關閉后，航天員依然可以通過聯(lián)通的節(jié)點艙進入載人飛船，這為航天員應急情況處置和緊急撤離等情況提供了額外的安全保障。

密封艙內(nèi)專項實驗

問天實驗艙，顧名思義，是一個可以支持開展空間實驗的艙段。實驗艙支持提供的實驗規(guī)模比核心艙大很多。

神舟十四號乘組在地面模擬艙練習科學實驗柜操作｜中國航天員科研訓練中心

本次發(fā)射，艙內(nèi)上行了4個科學實驗機柜，主要為空間生命科學、生物技術學科以及其它一些學科的科學實驗提供支持設施。

這4個科學實驗機柜分別是：

變重力科學實驗柜

變重力科學實驗機柜｜中國科學院空間應用工程與技術中心

變重力科學實驗柜是一個共用支持實驗設施，它支持與重力相關的多類科學實驗，包括空間生命科學與生物技術、微重力流體和燃燒科學等實驗的不同重力效應和響應機制研究。

科學手套箱與低溫存儲柜

科學手套箱與低溫存儲柜｜中國科學院空間應用工程與技術中心

科學手套箱與低溫存儲柜也是一個共用支持實驗設施，它為空間生命科學與生物技術、空間材料科學等方向的實驗提供樣品裝載、精細操作、樣品低溫存儲等支持。

科學手套箱（位于實驗柜上部）可以提供溫濕度可控的密閉潔凈環(huán)境，內(nèi)置支持精細操作的機械臂和顯微裝置，可以支持生命、材料科學等需要用到密閉潔凈環(huán)境的科學實驗。

低溫存儲裝置（位于實驗柜下部）能夠提供 4 ℃、-20 ℃、-80 ℃的低溫存儲能力，可以滿足生物、試劑、材料等樣品不同低溫存儲條件，為開展長期空間實驗提供保障。

生物技術實驗柜

生物技術實驗柜｜中國科學院空間應用工程與技術中心

生物技術實驗柜主要由細胞組織培養(yǎng)模塊、蛋白質(zhì)結晶模塊、專用實驗裝置等模塊組成，支持開展組織細胞、蛋白質(zhì)生化分子類、微生物類等多類型在軌實驗和研究。

生命生態(tài)實驗柜

生命生態(tài)實驗柜｜中國科學院空間應用工程與技術中心

生命生態(tài)實驗柜主要由多個通用生物培養(yǎng)模塊、小型受控生命生態(tài)實驗模塊、微生物監(jiān)測模塊和一臺離心機組成，支持在微重力和空間輻射環(huán)境下開展如生物個體（植物、小型動物等）效應、空間輻射學、生命生態(tài)支持系統(tǒng)基礎、生命起源機理等主題的研究。

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暴露平臺實驗

問天實驗艙的氣閘艙和資源艙外，配置了多個暴露應用載荷接口，具有較強的艙外應用載荷支持能力。

所謂“暴露”，指的是直接暴露于太空環(huán)境。一些如空間環(huán)境監(jiān)測、對地觀測等領域的科學實驗載荷，以及衛(wèi)星平臺等航天器新技術領域的試驗載荷，需要在艙外環(huán)境下實施開展。這些載荷就可以通過標準適配接口安裝在暴露實驗平臺上。

這些接口采用了通用的在軌可替換單元（ORU）式接口設計，可以通過問天實驗艙機械臂進行安裝、照料，具有較高的操作效率。

問天實驗艙氣閘艙外暴露應用載荷接口和小機械臂示意圖｜航天科技集團五院總體部

同時，問天實驗艙艙外還預留了1個擴展暴露平臺接口和1個大型載荷掛點接口，支持在軌安裝擴展暴露載荷平臺和大型掛接載荷。

問天實驗艙還配置了能量粒子、等離子空間環(huán)境監(jiān)測有效載荷。

小機械臂

問天實驗艙機械臂｜哈爾濱工業(yè)大學

問天實驗艙外配置了一條作業(yè)范圍約5米的7自由度小機械臂，鎖掛在氣閘艙外與實驗艙一同發(fā)射入軌。

問天實驗艙機械臂示意圖｜航天科技集團五院總體部

這條小機械臂可以實現(xiàn)高精度操作，主要用來照料艙外暴露應用載荷。

小機械臂還可以與天和核心艙的大機械臂級聯(lián)組合使用，通過神舟十三號第一次艙外活動安裝的轉接件串聯(lián)后，運動范圍可以達到15米，具有更大的任務靈活性。

大小機械臂級聯(lián)組合后示意圖｜航天科技集團五院總體部

機械臂還可以輔助航天員進行艙外活動轉移、在軌巡檢等任務。

EVA專用氣閘艙

航天員蔡旭哲在問天氣閘艙地面模擬器中訓練｜中國航天員科研訓練中心

問天實驗艙配置了航天員開展艙外活動（EVA）的專用氣閘艙，這是中國空間站的主份EVA氣閘艙。

此前，神舟十二號和神舟十三號任務中多次開展的艙外活動，航天員都是通過天和節(jié)點艙作為氣閘艙進出空間站的。但如此一來，在進行艙外活動的過程中，天和核心艙內(nèi)的航天員前往載人飛船的應急通道就會被阻斷。

問天氣閘艙完成在軌功能測試后，天和節(jié)點艙的氣閘艙功能將轉為備份，從根本上避免了上述應急通道被阻擋的情況。

神舟十四號航天員乘組在中性浮力水槽進行艙外活動訓練｜中國航天員科研訓練中心

神舟十四號飛行乘組在任務期間預計將使用問天氣閘艙開展2至3次艙外活動。

艙段轉位與停泊

問天實驗艙與天和核心艙前向口對接后，航天員將進入艙內(nèi)開展一系列解鎖、測試、試驗等工作。此時，空間站組合體為“一”字構型。

對接問天實驗艙后，空間站組合體為“一”字構型 |CMS

之后，問天實驗艙將轉移至節(jié)點艙Ⅳ象限的停泊口，為夢天實驗艙的到來空出前向?qū)涌凇?/p>

轉位過程將使用實驗艙對接口上方配置專用的2自由度轉位機械臂完成。核心艙的大機械臂也具備輔助艙段轉位的能力，在轉位機械臂故障時作為備份方案。

問天實驗艙轉位過程示意圖 |楊宏

轉位完成后，實驗艙將與節(jié)點艙再對接，組合體變成“L”構型。Ⅳ象限停泊口也將是空間站運營期間問天實驗艙的永久停泊端口。

問天實驗艙加入中國空間站組合體后，神舟十四號乘組還將在今年10月迎來中國空間站的下一個艙段——夢天實驗艙。到那時，中國空間站將完成現(xiàn)階段規(guī)劃的三艙組合體在軌建造任務。

中國空間站三艙組合體示意圖，左為問天，右為夢天｜CMS

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