7月24日，我國空間站建造階段首個實驗艙——問天實驗艙在海南文昌航天發射場由長征五號B遙三運載火箭托舉升空。25日凌晨，問天實驗艙與天和核心艙組合體成功在軌交會對接。
此次飛行任務中，有哪些航天科技為問天實驗艙的問天之路保駕護航？
文 | 宋晨 胡喆 溫競華
本文轉載自微信公眾號「新華視點」（ID：XHSXHSD），原文首發於2022年7月26日，原標題為《如何「四季如春」？怎樣「實時在線」？揭秘問天實驗艙的航天科技》.
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問天實驗艙為何能「四季如春」？
太空飛行器在軌時，沒有了大氣層的保護，在太陽照射的情況下，表面溫度可達100攝氏度以上，而沒有陽光時，溫度會降到零下100攝氏度以下。
問天實驗艙作為我國目前最重、尺寸最大的單體飛行器，在極冷極熱的太空環境中，想要保證艙內各種設備始終處於20多攝氏度的舒適環境，就要靠航天科技集團五院空間站問天實驗艙熱控團隊研製的「太空空調」。
「太空空調」的核心是遍布各個位置的液冷系統，航天科技集團五院問天實驗艙流體迴路負責人王德偉介紹，團隊為問天實驗艙研製了三套液冷系統，將各種設備或試驗載荷產生的熱量收集並輻射到外太空，可支持數千瓦級以上試驗載荷的散熱，其中一套是專門為艙外試驗載荷進行溫度保障的散熱迴路。
同時，航天科技集團五院的研製人員開發了大尺寸、高效界面導熱材料，兼顧了艙外載荷維修和導熱的雙重目的。
在「太空空調」的研製中，為滿足部分特殊設備的溫度控制要求，許多新科技紛紛登場，如艙外設備上使用的太陽反射率超過90%的「白色外衣」、石墨烯導熱索技術等。
7月25日在北京航天飛行控制中心拍攝的問天實驗艙與空間站組合體交會對接。這是問天實驗艙成功對接於天和核心艙前向埠的模擬圖像。 新華社記者 郭中正 攝
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問天實驗艙怎樣「實時在線」？
航天測控通信是指地面站對太空飛行器進行軌道測量、遙測遙控和數據傳輸，是太空飛行器升空後與地面的唯一聯繫，就像放風箏的線。因此，航天測控通信也被大家稱為太空飛行器的「生命線」。
本次問天實驗艙升空，中國電科用十餘個陸基測控站、海基測量船和天鏈中繼衛星編織了一張全覆蓋的測控通信網絡。
中國電科首席專家柴霖表示，目前我國已建成第三代「綜合化測控體制」，具備「多重組、深綜合、高可靠」等特點。
第三代「綜合化測控體制」採用了資源重組的設計理念和技術，即各部分之間以交叉組合的方式重構出多種設備形態，系統組成靈活多樣，提高了設備使用率和任務可靠度。
柴霖介紹，新一代測控設備為測運控一體化系統，既有傳統測控功能，又有高速數據傳輸功能，兩類數據融合傳輸，節省資源。
綜合化設備和智慧型手機一樣，可支持在一套航天測控通信設備同時安裝多個應用程式，不同信號形式、工作模式、技術體制的功能可以同時或分別使用。
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問天實驗艙怎樣保障用水？
一直以來，太空尿液處理與水回收技術是公認的技術難題，也是我國空間站建造的核心關鍵技術之一。
由航天科工集團二院206所研製的第二套環控生保尿處理子系統隨問天艙發射上行後，在與天和核心艙完成對接後投入使用，後續按照總體規劃，航天員乘組將對該套尿處理子系統進行狀態設置，並進行在軌測試以確認系統的功能狀態與性能指標是否正常，測試通過後，該套系統將按照總體規劃定期進行自清洗流程。
按照總體規劃，在發射問天實驗艙、夢天實驗艙後，中國空間站將完成在軌建造，隨後空間站將轉入長期運營階段。目前，位於天和核心艙的首套尿處理子系統按照工作節律正常運行，保障航天員正常用水，位於問天實驗艙的第二套尿處理子系統作為備份組件，兩套尿處理子系統將協同為更多的中國航天員乘組在空間站長期駐留提供清潔的再生水。
首套尿處理子系統於2021年4月29日隨天和核心艙發射入軌，並成功保障神舟十二號、神舟十三號6名航天員在軌長期駐留。目前，首套尿處理子系統產品運行過程中功能正常，性能穩定。
延伸閱讀：
太空「新居」是怎樣建造的？| 新聞背後的故事
7月24日14時22分，搭載問天實驗艙的長征五號B遙三運載火箭，在我國文昌航天發射場準時點火發射，約495秒後，問天實驗艙與火箭成功分離並進入預定軌道。
25日3時13分，問天實驗艙與天和核心艙組合體在軌完成交會對接。這是空間站有航天員在軌駐留期間首次進行空間交會對接。
25日10時03分，神舟十四號航天員乘組成功開啟問天實驗艙艙門，順利進入問天實驗艙。這是中國航天員首次在軌進入科學實驗艙。
問天實驗艙是中國空間站第二個艙段，也是首個科學實驗艙。此次發射前後有哪些動人細節？中國太空家園的「新居」有哪些技術突破？
文 | 溫競華 胡喆 宋晨
本文轉載自微信公眾號「新華視點」（ID：XHSXHSD），原文首發於2022年7月25日，原標題為《太空「新居」是怎樣建造的？| 新聞背後的故事》。
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毫米「計較」，打造更大更強太空「新居」
「問天實驗艙是空間站家族裡的大塊頭，艙體總長17.9米，發射重量達23噸，是我國目前最重、尺寸最大的單體飛行器，功能強大、結構複雜、指標先進。」航天科技集團五院空間站系統總體主任設計師張昊介紹。
「更大、更強、更全、更優、更細」——為使問天實驗艙達到這樣的目標，設計研製隊伍團結攻克了一系列工藝瓶頸，研發了多項關鍵技術，最終得以保證問天實驗艙高質量交付、成功發射。
問天實驗艙中的工作艙，是我國目前最大的載人密封太空飛行器艙體，艙段長度近10米。為了保證艙外安裝載荷的正常工作，艙外72個設備支架的接口精度要求非常高。但正是因為「個子大」，艙體結構上的精密接口尺寸受溫度的影響也被放大，導致支架裝調過程中測量誤差大。
與此同時，當前大型艙體研製使用的廠房空間大，產品研製周期長，實現廠房長時間恆定溫度環境的難度很大。為此，航天科技集團五院529廠載人航天領域總師趙長喜帶領團隊，巧妙提出了一種虛擬恆溫測量方法，依靠數學矩陣計算原理，使易受溫度影響的測量環節可靠穩定，最終實現了支架裝配的高精度，成功為問天實驗艙這個大體格雕琢出一個精準的外形，保證了問天實驗艙艙外載荷的高可靠工作。
氣閘艙是問天實驗艙最重要的組成部分之一，是未來航天員的主要出艙通道。然而要在艙體的柱段上進行出艙艙門焊接，給研製人員出了難題。以往的型號艙門處大多為規則的平面曲線焊縫，焊接厚度僅2毫米，而這個艙門焊接的位置在一個馬鞍形空間曲面上，焊接厚度還增加到5毫米，傳統的手工焊接已無法滿足要求。
經過反覆研究測試和大量工藝試驗，航天科技集團五院的研製人員提出了空間曲線自動化焊接新技術，自主研發了可柔性變化的焊接工裝，順利完成了密封艙艙門門框的焊接，各項指標均滿足設計要求。
正是近乎苛刻的對完美的追求，才打造出更優質的太空之家。
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精確精準，護航空間站「萬無一失」
中國空間站由一個核心艙和兩個實驗艙組成，這3個艙段的發射任務都由長五B火箭執行。2021年4月29日，長五B火箭成功發射天和核心艙，打響了空間站建造的開局之戰。一年後，問天實驗艙發射，長五B研製團隊再次執「箭」出征。
航天科技集團一院長五B火箭副總設計師婁路亮說，此次長五B發射問天艙，是我國大型低溫火箭首次執行交會對接任務，「零窗口」發射對火箭的運載能力、入軌精度和發射可靠性都提出了更高要求。圍繞任務特點，研製團隊用一年時間完成了30多項全箭飛行可靠性提升工作。
婁路亮說，交會對接就好比在太空「穿針引線」，為了更加精準、可靠地完成任務，長五B團隊在優化射前流程、拓展發射窗口和提升運載能力上尋求突破。
研製團隊首先將各系統環環相扣的工作流程由「串聯」調整為「並聯」，為火箭點火前預留2分30秒的故障處理時間。然後，「在滿足入軌精度的要求下，用「起飛時間修正技術」將發射窗口擴寬至2分30秒，即使火箭沒能完全按照預定窗口發射，也能在這個時間內通過後期的軌道修正精準完成入軌和交會對接。
團隊還將長五B火箭的運載能力提升至不低於23 噸。但大推力火箭精準入軌的難度也會變大，這就如同讓一輛正在高速行駛的汽車一腳剎車就停到指定位置。長五B火箭特有的「大推力直接入軌精度控制技術」和20.5米超大整流罩，讓空間站的艙段可以安全地到達預定軌道。
「就像眼睛不能進沙子，一個小小的多餘物就可能對火箭發射和對接造成災難性的後果。」航天科技集團一院長五B火箭總體副主任設計師劉秉說，為了保證問天艙成功實現交會對接，長五B團隊通過技術溝通、分析論證，嚴控火箭多餘物，儘量減少對艙體對接造成的影響。
此外，這一年，長五B團隊還開展了該型火箭的未來規劃論證工作。團隊對前七次飛行過程數據進行系統梳理，將原來 60天的發射準備時間縮短至53天左右，為後續應對高密度發射任務作準備。
見證問天實驗艙發射成功，長五B團隊暫時卸下了重擔。但正如他們所說：「每次發射成功後只能高興兩個小時。」夢天實驗艙發射即將到來，他們再一次扛起重任。
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從「天問」到「問天」，對太空不懈追問不變
2020年7月23日，長征五號遙四火箭托舉天問一號火星探測器，邁出了探索浩瀚宇宙的重要一步，開啟了中國人的行星探測時代。
從「天問」到「問天」，兩次發射剛好相差兩年零一天。從探索行星到建設中國人自己的空間站，兩年間，航天人從未停下前行的腳步，行星探測工程、探月工程、載人航天工程接連圓夢太空，走出一條條「問天」之路。
從「天問」到「問天」，一個「問」字揭示了它們共同的內涵——探索和追問。問天實驗艙既是航天員的太空「新居」，也承載著空間科學研究的重要使命。
作為「國家太空實驗室」的組成部分，問天實驗艙將主要進行生命科學和生物技術研究。目前，問天實驗艙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4個領域方向規劃部署了10餘個研究主題，已立項40餘項科學項目。
中科院空間應用中心研究員、集成技術中心副主任張璐介紹，我國在載人航天「三步走」的第二步時期，在天宮一號、天宮二號開展了多種類型的科學實驗，是以單一的實驗項目為主，實驗樣品不具備更換能力和需求。如今，進入空間站階段，科研實驗將從單一分散轉為大規模集團式，在太空建造一個真正的科學實驗室。艙內配置的科學實驗櫃就是開展多種科學實驗的通用基礎平台。
「除個別實驗櫃外，大部分實驗櫃的外部接口全部統一，內部載荷的接口做成了國家級標準，維修更換非常便捷。同時，實驗櫃也能夠兼容國際標準，為後續開展國際合作做好準備。」張璐說。
未來，空間站還將開展空間生命科學與人體研究、微重力物理科學、空間天文與地球科學、空間新技術及應用等4大領域的65個研究計劃，包括近千項研究項目。
空間應用系統副總師、中科院空間應用中心集成技術中心主任王珂說：「建成空間站只是我國空間科學研究的一個開始。後續，全國的高校、科研院所和大中小學生都可以參與到空間站的空間科學實驗中來。我們也歡迎全世界的科研人員共同利用我們的平台開展科學研究。」
來源：瞭望
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