太空“新居”是这样建造的

●一博 编

问天实验舱模拟图

2022年7月24日14时22分，搭载问天实验舱的长征五号B遥三运载火箭，在我国文昌航天发射场准时点火发射，约495秒后，问天实验舱与火箭成功分离并进入预定轨道。

7月25日3时13分，问天实验舱与天和核心舱组合体在轨完成交会对接。这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。

问天实验舱是中国空间站第二个舱段，也是首个科学实验舱。此次发射前后有哪些动人细节？中国太空家园的“新居”有哪些技术突破？

毫米“计较”，打造太空“新居”

“问天实验舱是空间站家族里的大块头，舱体总长17.9米，发射重量达23吨，是我国目前最重、尺寸最大的单体飞行器，功能强大、结构复杂、指标先进。”航天科技集团五院空间站系统总体主任设计师张昊介绍。

“更大、更强、更全、更优、更细”——为使问天实验舱达到这样的目标，设计研制队伍团结攻克了一系列工艺瓶颈，研发了多项关键技术，最终得以保证问天实验舱高质量交付、成功发射。

问天实验舱中的工作舱，是我国目前最大的载人密封航天器舱体，舱段长度近10米。为了保证舱外安装载荷的正常工作，舱外72个设备支架的接口精度要求非常高。但正是因为“个子大”，舱体结构上的精密接口尺寸受温度的影响也被放大，导致支架装调过程中测量误差大。

与此同时，当前大型舱体研制使用的厂房空间大，产品研制周期长，实现厂房长时间恒定温度环境的难度很大。为此，航天科技集团五院529厂载人航天领域总师赵长喜带领团队，巧妙提出了一种虚拟恒温测量方法，依靠数学矩阵计算原理，使易受温度影响的测量环节可靠稳定，最终实现了支架装配的高精度，成功为问天实验舱这个大块头雕琢出一个精准的外形，保证了问天实验舱舱外载荷的高可靠工作。

气闸舱是问天实验舱最重要的组成部分之一，是未来航天员的主要出舱通道。然而要在舱体的柱段上进行出舱舱门焊接，给研制人员出了难题。以往的型号舱门处大多为规则的平面曲线焊缝，焊接厚度仅2毫米，而这个舱门焊接的位置在一个马鞍形空间曲面上，焊接厚度还增加到5毫米，传统的手工焊接已无法满足要求。经过反复研究测试和大量工艺试验，航天科技集团五院的研制人员提出了空间曲线自动化焊接新技术，自主研发了可柔性变化的焊接工装，顺利完成了密封舱舱门门框的焊接，各项指标均满足设计要求。

精准护航，“万无一失”

中国空间站由一个核心舱和两个实验舱组成，这3个舱段的发射任务都由长五B火箭执行。2021年4月29日，长五B火箭成功发射天和核心舱，打响了空间站建造的开局之战。一年后，问天实验舱发射，长五B研制团队再次执“箭”出征。

问天实验舱内的4个科学实验柜

航天科技集团一院长五B火箭副总设计师娄路亮说，此次长五B发射问天舱，是我国大型低温火箭首次执行交会对接任务，“零窗口”发射对火箭的运载能力、入轨精度和发射可靠性都提出了更高要求。围绕任务特点，研制团队用一年时间完成了30多项全箭飞行可靠性提升工作。

研制团队首先将各系统环环相扣的工作流程由“串联”调整为“并联”，为火箭点火前预留2分30秒的故障处理时间。然后，在满足入轨精度的要求下，用“起飞时间修正技术”将发射窗口扩宽至2分30秒，即使火箭没能完全按照预定窗口发射，也能在这个时间内通过后期的轨道修正精准完成入轨和交会对接。

团队还将长五B火箭的运载能力提升至不低于23吨。但大推力火箭精准入轨的难度也会变大，这就如同让一辆正在高速行驶的汽车一脚刹车就停到指定位置。长五B火箭特有的“大推力直接入轨精度控制技术”和20.5米超大整流罩，让空间站的舱段可以安全地到达预定轨道。

“就像眼睛不能进沙子，一个小小的多余物就可能对火箭发射和对接造成灾难性的后果。”航天科技集团一院长五B火箭总体副主任设计师刘秉说。为了保证问天舱成功实现交会对接，长五B团队通过技术沟通、分析论证，严控火箭多余物，尽量减少对舱体对接造成的影响。

不懈追问，从“天问”到“问天”

2020年7月23日，长征五号遥四火箭托举天问一号火星探测器，迈出了探索浩瀚宇宙的重要一步，开启了中国人的行星探测时代。

长五B火箭与问天实验舱组合体

从“天问”到“问天”，两次发射刚好相差两年零一天。从探索行星到建设中国人自己的空间站，两年间，航天人从未停下前行的脚步，行星探测工程、探月工程、载人航天工程接连圆梦太空，走出一条条“问天”之路。

从“天问”到“问天”，一个“问”字揭示了它们共同的内涵——探索和追问。问天实验舱既是航天员的太空“新居”，也承载着空间科学研究的重要使命。

作为“国家太空实验室”的组成部分，问天实验舱将主要进行生命科学和生物技术研究。目前，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4个领域方向规划部署了10余个研究主题，已立40余项科学项目。

中科院空间应用中心研究员、集成技术中心副主任张璐介绍，我国在载人航天“三步走”的第二步时期，在天宫一号、天宫二号开展了多种类型的科学实验，是以单一的实验项目为主，实验样品不具备更换能力和需求。如今，进入空间站阶段，科研实验将从单一分散转为大规模集团式，在太空建造一个真正的科学实验室。舱内配置的科学实验柜就是开展多种科学实验的通用基础平台。

未来，空间站还将开展空间生命科学与人体研究、微重力物理科学、空间天文与地球科学、空间新技术及应用4大领域的65个研究计划，包括近千项研究项目。

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说：“建成空间站只是我国空间科学研究的一个开始。后续，全国的高校、科研院所和大中小学生都可以参与到空间站的空间科学实验中来。我们也欢迎全世界的科研人员共同利用我们的平台开展科学研究。”