本报记者 王硕

2022年7月24日14时22分，海南文昌航天发射场骄阳似火，长征五号B遥三运载火箭（以下简称长五B）冲上云霄，成功将我国空间站建造阶段首个实验舱，也是我国迄今为止发射的最重载荷——问天实验舱发射至预定轨道。这同时也是中国空间站首次在有人的状态下迎接航天器的来访。

根据中国载人航天工程办公室介绍，今年将实施6次飞行任务，完成我国空间站在轨建造。其中，7月发射问天实验舱，10月发射梦天实验舱，在分别与天和核心舱对接后，三舱形成“T”字基本构型，完成中国空间站在轨建造。

本次任务是承上启下的关键之战，意义重大。

“专列”首次执行零窗口发射任务

作为中国空间站舱段“专列”，长五B包揽了全部3个舱段的发射任务。

长五B是我国目前近地轨道运载能力最大的新一代运载火箭，拥有长达20.5米的整流罩，近地轨道运载能力达到25吨级。而问天实验舱是我国迄今为止重量最大的载荷，重量约为23.2吨。

与过去发射任务不同，问天实验舱要与天和核心舱进行快速交会对接，必须在规定时间准时发射，否则需要耗费巨大代价调整轨道；甚至终止发射，等待下一个发射窗口。因此，要求长五B实施零窗口发射。

而相比常温火箭，该火箭是低温氢氧火箭，面临着低温推进剂加注问题和复杂的发射前流程。

比如，长五B“肚子”里液氧液氢燃料占火箭体重的90%以上，液氧温度达到零下183摄氏度，液氢温度可达零下253摄氏度。而海南文昌发射场气候炎热潮湿，为保障这个“冰墩墩”正常运行，研究人员采取了许多措施，如采用隔热材料和工艺，设置绝热层；在整流罩上设置多路送风接口等。

同时，为保证准时发射，试验队员还为火箭发射上了“双保险”。

第一道是发射场流程优化。

航天科技集团一院长五B火箭总体副主任设计师刘秉介绍说，型号队伍对发射前负10分钟的发射流程进行了优化，将部分流程前置。保证距离发射2.5分钟时，火箭就已完成发射前各项准备工作，具备了点火发射能力。

别小看这短短2.5分钟，它意味着万一发生突发情况，型号队伍可以迅速作出决策、进行处置。

第二，长五B还应用了起飞时间偏差修正技术。通俗理解，火箭最迟可推延2.5分钟发射，在飞行过程中可自动修正因推迟发射导致的飞行偏差，将实验舱精准送入预定轨道。

准时点火只是开始，精准入轨才是成功。

此次任务要求火箭将问天实验舱准确送入与核心舱共面、共轨的转移轨道。就类似于以前火车到站，乘客需要“追火车”才能找到自己的车厢，现在高铁可以精准对标到地标停下一样，这对火箭的动力、结构和控制系统偏差控制水平提出了新的要求。

为此，火箭姿控系统和制导系统设计团队创新性地采用了“姿态控制增益优化”和“复合制导”两种方法，保证了长五B入轨精度。

“新房上线，欢迎入住！”

问天实验舱是我国空间站的首个实验舱，主要用于支持航天员驻留、出舱活动和开展空间科学实验，同时可作为天和核心舱的备份，对空间站进行管理。

它由工作舱、气闸舱及资源舱三部分组成，舱体总长17.9米，直径4.2米。其块头和分量和北京地铁13号线列车的一节车厢差不多，是全世界现役在轨最重的单舱主动飞行器。

其中工作舱是迄今我国最大、世界第二大单密封舱体。舱内装载了8个实验机柜、22个舱外载荷适配器，如同把一个大型科学实验室搬到了太空，将推动我国在生命生态、生物技术和变重力科学等科技领域的相关研究。

舱内还设有3个睡眠区、1个卫生区。完成对接后，中国空间站“床位”数增加到6个。后续神舟十五号载人飞船发射后，神舟十四号、神舟十五号两个乘组6名航天员将实现“太空会师”。空间站“满客”运行。

气闸舱外方内圆，是空间站系统唯一一个看上去是方形的舱体，是航天员开展出舱活动时的“更衣间”。空间站建成后，它将作为航天员进行舱外作业的主要出舱口。

问天实验舱的最顶端是资源舱，是一间多功能“太空资源仓库”。外壁两侧挂着1.2吨重的太阳翼，“头”顶着近1吨的对日定向装置与桁架组件，“肚中”还装着2吨重的推进燃料储箱……

此外，问天实验舱舱外还设置了云台灯、高清摄像机等。借助这些设备，地面测控人员更清楚地实时观察航天员出舱活动情况。另外，它们还能在太空中拍摄许多“壁纸大片”“唯美视频”，记录和呈现地球和外太空壮美景象。

“柔性翅膀”助力“用电无忧”

对于飞行器来说，搭载运载火箭成功进入预定轨道仅仅是“行百里路半九十”，太阳翼的成功在轨展开是发射任务圆满成功的重要标志。

随着更多科学实验任务的开展，空间站载荷供电需求也成倍增加。因此，问天实验舱配置了目前国内研制的最大面积可展收柔性太阳翼。全部展开后的翼展超过55米，比半个足球场还要长，展开面积可达134平方米。它将有效收集更多的太阳能，每天平均发电量超过430度，为空间站运行提供充足的能源。如果放在地面上，它的日发电量足够北京市的一个普通家庭用上一个半月。

但是，带着这样一对“柔性翅膀”进行交会对接，就好比两只手各持一面巨大的帆，一点微小抖动，都会导致实验舱的速度、相对位置和飞行姿态的控制精度严重下降。

为此，问天实验舱相应实现了多个系统功能创新，采取了太阳帆板二次展开方案——发射后先展开约1/5的长度，满足实验舱能量需求；待对接完成后再展开到位。

同时，为了让太阳翼24小时不间断追踪太阳，问天实验舱还首次采用太阳翼双自由度同时转动，意味着两翼可以像直升机的螺旋桨一样360度转起来，确保每一缕阳光都垂直照射在太阳翼上。再加上对锂离子蓄电池数量扩充，对供电能力扩容，助力中国空间站实现能源自由。

“移形换影”实现国际首次平面转位动作

据了解，迎来问天实验舱后，航天员将进入舱内启动生命维持系统，完成科学实验柜的组装，同时开展交叉科学实验。此外，全新的太空授课也将在问天实验舱开展，航天员还会择机首次从问天实验舱的出舱口出舱。按计划，在轨期间他们将从问天实验舱出舱口完成2到3次出舱活动。

今年10月，梦天实验舱将发射入轨。在那之前，问天实验舱将完成中国首次在轨大惯量转位动作，也是国际上首次以平面式转位方案进行航天器转位的探索尝试。即通过平面转位90度，将原本对接在节点舱前向对接口的问天实验舱转向节点舱的侧向停泊口并再次对接，从而腾出核心舱的前向对接口，为梦天实验舱的到访做好充分准备。

也就是说，空间站组合体将从“一”字构型转而形成“L”构型，等梦天实验舱到来后，再经历一番“移形换影”，最终形成“T”构型遨游太空。

随着此次任务的成功，航天人暂时卸下了重担，尽情欢呼、拥抱。但就如他们所说，每次发射成功后只能高兴两个小时，梦天实验舱发射即将到来，新的任务仍在肩上，他们将再一次扬帆起航……